Camera Link — это стандарт протокола последовательной связи [1] , разработанный для приложений интерфейса камеры на основе интерфейса Channel-link компании National Semiconductor . Он был разработан с целью стандартизации научной и промышленной видеопродукции, включая камеры, кабели и устройства захвата кадров . Стандарт поддерживается и администрируется Ассоциацией автоматизированных изображений или AIA, глобальной торговой группой индустрии машинного зрения .
Camera Link использует от одной до трех микросхем приемопередатчика Channel-link с четырьмя каналами связи по 7 последовательных битов каждый. [1] [2] [3] Как минимум, Camera Link использует 28 бит для представления до 24 бит данных пикселей и 3 бита для сигналов синхронизации видео, оставляя один запасной бит. Биты синхронизации видео — это допустимые данные, допустимые кадры и действительные строки. Данные сериализуются в соотношении 7:1, а четыре потока данных и выделенный тактовый сигнал передаются по пяти парам LVDS . Приемник принимает четыре потока данных LVDS и тактовый сигнал LVDS, а затем передает на плату 28 бит и тактовый сигнал. Стандарт канала связи камеры требует передачи этих 28 бит по 4 последовательным дифференциальным парам с коэффициентом сериализации 7. Параллельные тактовые сигналы передаются вместе с данными. Обычно тактовый сигнал 7× должен генерироваться блоком PLL или SERDES для передачи или приема сериализованного видео. Для десериализации данных можно использовать сдвиговый регистр и счетчик . Сдвиговый регистр фиксирует каждый из последовательных битов по одному, а затем регистрирует данные в параллельной тактовой области — как только счетчик данных достигает своего конечного значения.
Camera Link поставляется в нескольких вариантах, которые различаются объемом передаваемых данных. Некоторым из них для передачи требуется два кабеля.
В конфигурации «Базовая» Camera Link сигналы передаются по одному разъему/кабелю. [1] [2] [3] Используемый кабель представляет собой 26-контактный штекерный разъем MDR («Mini D Ribbon»), оптимизированный компанией 3M для сигнала LVDS. В дополнение к 5 парам LVDS, передающим последовательные видеоданные (24 бита данных и 4 бита кадрирования/разрешения), разъем также передает 4 дискретных сигнала управления LVDS и 2 асинхронных последовательных канала связи LVDS для связи с камерой. При максимальной рабочей частоте чипсета (85 МГц) базовая конфигурация обеспечивает пропускную способность видеоданных 2,04 Гбит /с (255 МБ /с).
Спецификация Camera Link включает конфигурации с более высокой пропускной способностью, которые обеспечивают дополнительные пути видеоданных через второй разъем/кабель. «Средняя» конфигурация удваивает пропускную способность видео, добавляя 24 бита данных и те же 4 бита кадрирования/включения, которые присутствуют в «Базовой» конфигурации. [1] [2] [3] Это обеспечивает 48-битный канал видеоданных с пропускной способностью до 4,08 Гбит /с (510 МБ /с). В конфигурации «Полная» к пути данных добавляются еще 16 бит, в результате чего получается 64-битный видеотракт [1] [2] [3] , который может передавать 5,44 Гбит /с (680 МБ /с).
Некоторые производители камер и оборудования для сбора данных расширили пропускную способность интерфейса за пределы, установленные спецификацией интерфейса Camera Link. Эти форматы расширяют ширину «полной» конфигурации за счет использования 8 неиспользуемых битов и переназначения 8 резервных битов кадрирования/разрешения для создания ширины пути данных до 80 бит по двум разъемам/кабелям, что еще больше увеличивает пропускную способность видео. В отрасли сложился консенсус относительно 80-битного варианта, и совместимые камеры и устройства захвата кадров продаются под термином «Camera Link Deca». Однако некоторые производители используют термин «Extended Full» для обозначения конфигурации Deca, [4] , а третьи продолжают использовать термин Camera Link Full, ссылаясь на Full Deca. 80-битный видеотракт может передавать 6,8 Гбит /с (850 МБ /с). [5]
На изображении ниже показана относительная синхронизация сигнала часов и одной линии данных одного из трансиверов Channel Link, используемого для передач Camera Link. Слова данных начинаются в середине старшей фазы тактового сигнала, и первым передается старший бит. [6]
Биты значений пикселей не присваиваются последовательным передатчикам по порядку, а переставляются сложным образом, как показано на следующем рисунке. На рисунке биты данных Camera Link обозначены последовательно и включают 8 дополнительных битов, не входящих в спецификацию Camera Link Full. (Стандарт Camera Link делит биты данных на восемь 8-битных портов, обозначаемых буквенно-цифровыми комбинациями, но использует те же буквенно-цифровые комбинации для цветовых каналов, которые не всегда соответствуют один к одному, что делает это обозначение неоднозначным.)
Верхняя половина этого рисунка относится только к конфигурациям Medium и Full, для которых требуются два физических интерфейса и два кабеля. Два прямоугольника посередине представляют собой кабели, а контакты разъема каждого сигнала напечатаны с обеих сторон.
Слева от трансиверов печатается список битов данных пикселей, передаваемых по этому каналу, от младшего до старшего бита. Символы L, F и D относятся к битам линейной синхронизации, кадровой синхронизации и действительности данных соответственно. Подчеркивание означает неиспользованный запасной бит. Остается сказать, как биты данных пикселей назначаются битам от 0 до 71, используемым на рисунке. Для пикселей в оттенках серого это тривиальное сопоставление «один к одному»; для цветных пикселей с кратностью 8 бит на цвет цвета просто объединяются в порядке красного, зеленого и синего (от младшего до старшего бита). Для 12-битных данных RGB младшие 8 бит каждого цвета назначаются битам данных 0–7,16–23,32–39; от старших 4 битов каждого цвета до битов 8–11,12–15,40–43. [1]
Стандарт предписывает 26-контактные миниатюрные дельта-разъемы (MDR-26) для использования с Camera Link; [1] уменьшенный вариант SDR-26 разрешен начиная со стандартной версии 1.2. Назначение контактов разъема показано на большом рисунке в предыдущем разделе. Распиновка разъема следующая:
Согласующие дифференциальные пары намеренно расположены на противоположных сторонах разъема и на разных сторонах разъема на разных концах кабеля. Это предотвращает перекос, поскольку разъем установлен на печатной плате перпендикулярно . [6]
Кабели Camera Link представляют собой экранированную витую пару. Стандарт определяет, что дифференциальные пары должны быть экранированы индивидуально, а кабель в целом должен иметь два экрана. [1] Некоторые компании экономят средства, не экранируя две пары сигналов последовательного интерфейса, которые передают более медленные сигналы, чем данные камеры; эти кабели имеют один конец для камеры и один конец для захвата, их нельзя перепутать, а также нельзя использовать в качестве второго кабеля в средней или полной конфигурации.
Стандарт Camera Link поддерживается AIA . В октябре 2000 года был выпущен стандарт интерфейса Camera Link (1.0). В январе 2004 года была принята версия 1.1 с расширенной поддержкой функций программного обеспечения. Комитет по стандартизации принял версию 1.2 в январе 2007 года, представив разъемы mini SDR («Shrunk D Ribbon») (SDR-26) и питание через Camera Link (POCL). Приложение D версии 1.2 добавляет к стандарту механические и электрические описания, особенно характеристики кабеля. В приложении E версии 1.2 перечислены требования к оборудованию POCL. Camera Link 2.0 была выпущена в ноябре 2011 года.