임베디드 비전 시스템에서 카메라 인터페이스는 이미지 센서를 처리 코어에 연결하는 신경 회로로, 데이터가 효율적이고 안정적으로 전송되는 방식을 결정합니다.
오늘날의 임베디드 장치에서 카메라 인터페이스 선택은 전체 비전 시스템의 성능, 전력 소비 및 비용에 중요한 영향을 미칩니다. 스마트폰에서 자율 주행차, 산업 테스트에서 의료 영상에 이르기까지 다양한 애플리케이션 시나리오에 따라 서로 다른 인터페이스 솔루션이 필요합니다.
MIPI CSI-2는 현재 모바일 및 임베디드 장치에서 가장 인기 있는 카메라 인터페이스 표준입니다. 효율적인 데이터 전송 능력과 낮은 전력 소비로 인해 대부분의 스마트 장치에서 선호하는 선택입니다.
01 인터페이스 개요 및 개발 역사
임베디드 카메라 인터페이스 기술의 개발은 아날로그에서 디지털로, 저속에서 고속으로 진화하는 과정을 거쳤습니다. 초기 임베디드 장치는 주로 CVBS와 같은 아날로그 인터페이스를 사용했지만, 디지털 이미지 처리의 요구가 증가함에 따라 디지털 인터페이스가 점차 주류가 되었습니다.
1990년대 후반에는 병렬 디지털 인터페이스가 인기를 얻었고, 이후 더 높은 해상도와 프레임 속도에 대한 요구를 충족하기 위해 고속 직렬 인터페이스가 등장했습니다. MIPI Alliance는 2005년에 CSI-2 표준을 발표했으며, 현재 업계 표준이 되었습니다.
현재 주류 인터페이스에는 MIPI CSI-2, DVP, USB 및 LVDS가 있습니다. 각 인터페이스는 고유한 특정 애플리케이션 시나리오와 장단점을 가지고 있습니다. 이러한 인터페이스의 특성과 차이점을 이해하는 것은 임베디드 비전 시스템을 설계하는 데 매우 중요합니다.
02 MIPI CSI-2 인터페이스
MIPI CSI-2(Camera Serial Interface 2)는 Mobile Industry Processor Interface Alliance에서 개발한 카메라 직렬 인터페이스 표준이며, 현재 다양한 임베디드 장치에서 널리 사용되고 있습니다.
CSI-2는 계층화된 아키텍처를 사용합니다. 물리 계층(PHY)은 D-PHY 또는 C-PHY 프로토콜을 사용하고, 데이터 링크 계층은 패킷 형식 지정 및 오류 감지를 제공하며, 애플리케이션 계층은 픽셀 대 바이트 매핑을 처리합니다.
이 인터페이스는 비디오 데이터, 동기화 신호, 임베디드 데이터 및 사용자 정의 데이터를 포함한 여러 데이터 유형을 지원합니다. 다중 채널 특성으로 인해 여러 데이터 채널을 통해 병렬 전송이 가능하여 대역폭을 늘릴 수 있습니다.
CSI-2의 주요 장점은 높은 대역폭(최대 6Gbps/채널), 낮은 전력 소비, 강력한 간섭 방지 기능 및 작은 핀 수입니다. 그러나 단점은 복잡한 프로토콜, 특수 수신기 요구 사항 및 상대적으로 어려운 디버깅입니다.
03 DVP 병렬 인터페이스
DVP(Digital Video Port)는 8/10/12/16비트 데이터 버스, 수평 및 수직 동기화 신호, 데이터 전송을 위한 픽셀 클럭을 사용하는 전통적인 병렬 디지털 비디오 인터페이스입니다.
DVP 인터페이스는 데이터 버스(DATA), 픽셀 클럭(PCLK), 수평 동기화(HSYNC), 수직 동기화(VSYNC) 및 일부 제어 신호로 구성된 간단한 구조를 가지고 있습니다. 데이터 전송은 픽셀 클럭의 에지에 의해 트리거됩니다.
이 인터페이스의 장점은 간단한 프로토콜, 구현 및 디버깅 용이성, 전용 수신기가 없어 범용 MCU에 직접 연결할 수 있다는 것입니다. 그러나 단점은 많은 핀 수, 짧은 전송 거리, 간섭에 대한 취약성 및 제한된 대역폭입니다.
DVP는 간단한 감시 및 보급형 스캐닝 장비와 같은 저해상도, 저프레임 속도 애플리케이션에 적합합니다. 최대 대역폭은 일반적으로 200Mbps를 초과하지 않습니다.
04 USB 비디오 인터페이스
USB 카메라 인터페이스는 주로 호스트 장치에 연결하는 데 사용됩니다. UVC(USB Video Class) 표준을 준수하며, 특수 드라이버를 설치하지 않고도 대부분의 운영 체제에서 제대로 작동합니다.
USB 인터페이스에는 여러 버전이 있습니다. USB 2.0은 480Mbps 대역폭을 제공하고, USB 3.0은 5Gbps로 증가하며, 최신 USB4는 최대 40Gbps에 도달합니다. 최신 버전은 더 높은 해상도와 프레임 속도를 지원합니다.
이 인터페이스의 장점은 다재다능함, 간편한 핫 스왑 기능, 장거리 전송 지원(확장 케이블 사용)입니다. 그러나 단점은 높은 전력 소비와 높은 대기 시간으로, 매우 높은 실시간 성능이 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
USB 카메라는 PC 주변 장치, 화상 회의 시스템, 소비자 감시 및 기타 분야에서 널리 사용되며, 호스트 장치에 연결하는 가장 간단한 방법 중 하나를 제공합니다.
05 기타 특수 인터페이스
LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스는 차동 신호를 사용하며, 강력한 간섭 내성을 제공하고 장거리 전송에 적합합니다. 산업용 카메라 및 자동차 카메라에 일반적으로 사용됩니다.
GigE(Gigabit Ethernet) 인터페이스는 이더넷을 통해 비디오 데이터를 전송하며, 초장거리 전송(최대 100미터)을 지원하여 산업용 머신 비전 및 대규모 감시 시스템에 적합합니다. Camera Link는 산업용 비전을 위해 특별히 설계된 고속 인터페이스로, 최대 7Gbps의 대역폭을 제공합니다. 그러나 상대적으로 비싸고 주로 고급 산업 검사 장비에 사용됩니다.
06 인터페이스 선택 고려 사항
카메라 인터페이스를 선택할 때는 대역폭 요구 사항(해상도 × 프레임 속도 × 색상 깊이), 전력 소비 제약, 전송 거리, 시스템 복잡성 및 비용 예산을 고려하십시오.
모바일 장치의 경우 낮은 전력 소비와 높은 효율성을 위해 MIPI CSI-2를 선호합니다. 간단한 애플리케이션은 비용 절감을 위해 DVP를 선택할 수 있습니다.PC 연결의 경우 USB가 적합합니다.산업 환경의 경우 GigE 또는 Camera Link를 고려하십시오.
호환성 또한 주요 고려 사항입니다. 프로세서 인터페이스 지원, 소프트웨어 생태계의 풍부함, 개발 리소스의 가용성은 모두 인터페이스 선택 결정에 영향을 미칩니다.
07 실제 애플리케이션 예시
스마트폰에서 MIPI CSI-2는 절대적인 주류입니다. 다중 카메라 시스템은 CSI-2 인터페이스를 통해 프로세서에 연결되어 데이터 채널을 공유합니다.
Raspberry Pi와 같은 개발 보드는 CSI-2 및 DVP 인터페이스를 모두 제공합니다. CSI-2는 고성능 카메라 모듈에 연결하는 데 사용되고, DVP는 간단한 센서와 호환됩니다.
자동차 카메라는 일반적으로 장거리 전송과 더 나은 간섭 내성이 필요하기 때문에 LVDS 또는 전용 자동차 이더넷을 사용합니다.
산업 검사 장비는 속도 요구 사항에 따라 GigE 또는 Camera Link 인터페이스를 선택합니다. 전자는 중간 속도 애플리케이션에 적합하고, 후자는 고속 및 고정밀 요구 사항을 충족합니다.
08 미래 개발 동향
카메라 인터페이스 기술은 더 높은 속도, 낮은 전력 소비 및 더 큰 단순성을 향해 진화하고 있습니다. MIPI CSI-3는 새로운 M-PHY 물리 계층을 사용하여 더 높은 대역폭과 더 나은 전력 효율성을 제공합니다.
Compute Express Link(CXL)과 같은 새로운 상호 연결 기술도 향후 카메라 인터페이스 분야에 영향을 미쳐 더 낮은 대기 시간과 더 높은 대역폭 연결 솔루션을 제공할 수 있습니다. 무선 카메라 인터페이스도 진화하고 있습니다.예를 들어, WiFi 6 및 5G 기술은 고화질 무선 비디오 전송을 가능하게 하여 드론 및 VR/AR 장치에 새로운 솔루션을 제공합니다.스마트 홈 회사가 새로운 초인종 카메라를 개발했을 때, 초기에는 비용 절감을 위해 DVP 인터페이스를 선택했지만, 비디오 대기 시간이 심각하고 사용자 경험이 좋지 않다는 것을 발견했습니다.
MIPI CSI-2로 전환한 후, 비용이 약간 증가했지만 비디오 유창성이 크게 향상되었고 긍정적인 시장 평가를 받았습니다. 이 사례 연구는 제품 성능에 대한 인터페이스 선택의 중요한 영향을 보여줍니다.
요약하면,올바른 임베디드 카메라 인터페이스를 선택하려면 성능, 전력 소비, 비용 및 복잡성 간의 균형을 맞춰야 합니다. 다양한 인터페이스의 기술적 특성과 적용 가능한 시나리오를 이해하는 것은 특정 애플리케이션에 가장 적합한 선택을 하는 데 매우 중요합니다.기술적 결정은 단일 매개변수에만 기반해서는 안 되며, 시스템 요구 사항, 개발 리소스 및 제품 포지셔닝을 종합적으로 고려하여 가장 적합한 시각 전송 채널을 선택해야 합니다.
임베디드 비전 시스템에서 카메라 인터페이스는 이미지 센서를 처리 코어에 연결하는 신경 회로로, 데이터가 효율적이고 안정적으로 전송되는 방식을 결정합니다.
오늘날의 임베디드 장치에서 카메라 인터페이스 선택은 전체 비전 시스템의 성능, 전력 소비 및 비용에 중요한 영향을 미칩니다. 스마트폰에서 자율 주행차, 산업 테스트에서 의료 영상에 이르기까지 다양한 애플리케이션 시나리오에 따라 서로 다른 인터페이스 솔루션이 필요합니다.
MIPI CSI-2는 현재 모바일 및 임베디드 장치에서 가장 인기 있는 카메라 인터페이스 표준입니다. 효율적인 데이터 전송 능력과 낮은 전력 소비로 인해 대부분의 스마트 장치에서 선호하는 선택입니다.
01 인터페이스 개요 및 개발 역사
임베디드 카메라 인터페이스 기술의 개발은 아날로그에서 디지털로, 저속에서 고속으로 진화하는 과정을 거쳤습니다. 초기 임베디드 장치는 주로 CVBS와 같은 아날로그 인터페이스를 사용했지만, 디지털 이미지 처리의 요구가 증가함에 따라 디지털 인터페이스가 점차 주류가 되었습니다.
1990년대 후반에는 병렬 디지털 인터페이스가 인기를 얻었고, 이후 더 높은 해상도와 프레임 속도에 대한 요구를 충족하기 위해 고속 직렬 인터페이스가 등장했습니다. MIPI Alliance는 2005년에 CSI-2 표준을 발표했으며, 현재 업계 표준이 되었습니다.
현재 주류 인터페이스에는 MIPI CSI-2, DVP, USB 및 LVDS가 있습니다. 각 인터페이스는 고유한 특정 애플리케이션 시나리오와 장단점을 가지고 있습니다. 이러한 인터페이스의 특성과 차이점을 이해하는 것은 임베디드 비전 시스템을 설계하는 데 매우 중요합니다.
02 MIPI CSI-2 인터페이스
MIPI CSI-2(Camera Serial Interface 2)는 Mobile Industry Processor Interface Alliance에서 개발한 카메라 직렬 인터페이스 표준이며, 현재 다양한 임베디드 장치에서 널리 사용되고 있습니다.
CSI-2는 계층화된 아키텍처를 사용합니다. 물리 계층(PHY)은 D-PHY 또는 C-PHY 프로토콜을 사용하고, 데이터 링크 계층은 패킷 형식 지정 및 오류 감지를 제공하며, 애플리케이션 계층은 픽셀 대 바이트 매핑을 처리합니다.
이 인터페이스는 비디오 데이터, 동기화 신호, 임베디드 데이터 및 사용자 정의 데이터를 포함한 여러 데이터 유형을 지원합니다. 다중 채널 특성으로 인해 여러 데이터 채널을 통해 병렬 전송이 가능하여 대역폭을 늘릴 수 있습니다.
CSI-2의 주요 장점은 높은 대역폭(최대 6Gbps/채널), 낮은 전력 소비, 강력한 간섭 방지 기능 및 작은 핀 수입니다. 그러나 단점은 복잡한 프로토콜, 특수 수신기 요구 사항 및 상대적으로 어려운 디버깅입니다.
03 DVP 병렬 인터페이스
DVP(Digital Video Port)는 8/10/12/16비트 데이터 버스, 수평 및 수직 동기화 신호, 데이터 전송을 위한 픽셀 클럭을 사용하는 전통적인 병렬 디지털 비디오 인터페이스입니다.
DVP 인터페이스는 데이터 버스(DATA), 픽셀 클럭(PCLK), 수평 동기화(HSYNC), 수직 동기화(VSYNC) 및 일부 제어 신호로 구성된 간단한 구조를 가지고 있습니다. 데이터 전송은 픽셀 클럭의 에지에 의해 트리거됩니다.
이 인터페이스의 장점은 간단한 프로토콜, 구현 및 디버깅 용이성, 전용 수신기가 없어 범용 MCU에 직접 연결할 수 있다는 것입니다. 그러나 단점은 많은 핀 수, 짧은 전송 거리, 간섭에 대한 취약성 및 제한된 대역폭입니다.
DVP는 간단한 감시 및 보급형 스캐닝 장비와 같은 저해상도, 저프레임 속도 애플리케이션에 적합합니다. 최대 대역폭은 일반적으로 200Mbps를 초과하지 않습니다.
04 USB 비디오 인터페이스
USB 카메라 인터페이스는 주로 호스트 장치에 연결하는 데 사용됩니다. UVC(USB Video Class) 표준을 준수하며, 특수 드라이버를 설치하지 않고도 대부분의 운영 체제에서 제대로 작동합니다.
USB 인터페이스에는 여러 버전이 있습니다. USB 2.0은 480Mbps 대역폭을 제공하고, USB 3.0은 5Gbps로 증가하며, 최신 USB4는 최대 40Gbps에 도달합니다. 최신 버전은 더 높은 해상도와 프레임 속도를 지원합니다.
이 인터페이스의 장점은 다재다능함, 간편한 핫 스왑 기능, 장거리 전송 지원(확장 케이블 사용)입니다. 그러나 단점은 높은 전력 소비와 높은 대기 시간으로, 매우 높은 실시간 성능이 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
USB 카메라는 PC 주변 장치, 화상 회의 시스템, 소비자 감시 및 기타 분야에서 널리 사용되며, 호스트 장치에 연결하는 가장 간단한 방법 중 하나를 제공합니다.
05 기타 특수 인터페이스
LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스는 차동 신호를 사용하며, 강력한 간섭 내성을 제공하고 장거리 전송에 적합합니다. 산업용 카메라 및 자동차 카메라에 일반적으로 사용됩니다.
GigE(Gigabit Ethernet) 인터페이스는 이더넷을 통해 비디오 데이터를 전송하며, 초장거리 전송(최대 100미터)을 지원하여 산업용 머신 비전 및 대규모 감시 시스템에 적합합니다. Camera Link는 산업용 비전을 위해 특별히 설계된 고속 인터페이스로, 최대 7Gbps의 대역폭을 제공합니다. 그러나 상대적으로 비싸고 주로 고급 산업 검사 장비에 사용됩니다.
06 인터페이스 선택 고려 사항
카메라 인터페이스를 선택할 때는 대역폭 요구 사항(해상도 × 프레임 속도 × 색상 깊이), 전력 소비 제약, 전송 거리, 시스템 복잡성 및 비용 예산을 고려하십시오.
모바일 장치의 경우 낮은 전력 소비와 높은 효율성을 위해 MIPI CSI-2를 선호합니다. 간단한 애플리케이션은 비용 절감을 위해 DVP를 선택할 수 있습니다.PC 연결의 경우 USB가 적합합니다.산업 환경의 경우 GigE 또는 Camera Link를 고려하십시오.
호환성 또한 주요 고려 사항입니다. 프로세서 인터페이스 지원, 소프트웨어 생태계의 풍부함, 개발 리소스의 가용성은 모두 인터페이스 선택 결정에 영향을 미칩니다.
07 실제 애플리케이션 예시
스마트폰에서 MIPI CSI-2는 절대적인 주류입니다. 다중 카메라 시스템은 CSI-2 인터페이스를 통해 프로세서에 연결되어 데이터 채널을 공유합니다.
Raspberry Pi와 같은 개발 보드는 CSI-2 및 DVP 인터페이스를 모두 제공합니다. CSI-2는 고성능 카메라 모듈에 연결하는 데 사용되고, DVP는 간단한 센서와 호환됩니다.
자동차 카메라는 일반적으로 장거리 전송과 더 나은 간섭 내성이 필요하기 때문에 LVDS 또는 전용 자동차 이더넷을 사용합니다.
산업 검사 장비는 속도 요구 사항에 따라 GigE 또는 Camera Link 인터페이스를 선택합니다. 전자는 중간 속도 애플리케이션에 적합하고, 후자는 고속 및 고정밀 요구 사항을 충족합니다.
08 미래 개발 동향
카메라 인터페이스 기술은 더 높은 속도, 낮은 전력 소비 및 더 큰 단순성을 향해 진화하고 있습니다. MIPI CSI-3는 새로운 M-PHY 물리 계층을 사용하여 더 높은 대역폭과 더 나은 전력 효율성을 제공합니다.
Compute Express Link(CXL)과 같은 새로운 상호 연결 기술도 향후 카메라 인터페이스 분야에 영향을 미쳐 더 낮은 대기 시간과 더 높은 대역폭 연결 솔루션을 제공할 수 있습니다. 무선 카메라 인터페이스도 진화하고 있습니다.예를 들어, WiFi 6 및 5G 기술은 고화질 무선 비디오 전송을 가능하게 하여 드론 및 VR/AR 장치에 새로운 솔루션을 제공합니다.스마트 홈 회사가 새로운 초인종 카메라를 개발했을 때, 초기에는 비용 절감을 위해 DVP 인터페이스를 선택했지만, 비디오 대기 시간이 심각하고 사용자 경험이 좋지 않다는 것을 발견했습니다.
MIPI CSI-2로 전환한 후, 비용이 약간 증가했지만 비디오 유창성이 크게 향상되었고 긍정적인 시장 평가를 받았습니다. 이 사례 연구는 제품 성능에 대한 인터페이스 선택의 중요한 영향을 보여줍니다.
요약하면,올바른 임베디드 카메라 인터페이스를 선택하려면 성능, 전력 소비, 비용 및 복잡성 간의 균형을 맞춰야 합니다. 다양한 인터페이스의 기술적 특성과 적용 가능한 시나리오를 이해하는 것은 특정 애플리케이션에 가장 적합한 선택을 하는 데 매우 중요합니다.기술적 결정은 단일 매개변수에만 기반해서는 안 되며, 시스템 요구 사항, 개발 리소스 및 제품 포지셔닝을 종합적으로 고려하여 가장 적합한 시각 전송 채널을 선택해야 합니다.
