如何在基于机器视觉的应用中通过单线传输高清视频数据

人工智能 (AI) 正在从根本上改变机器视觉和图像处理应用程序的能力。边缘 AI 是人工智能的一个子集，可实现尖端决策，在 5G 网络和物联网 (IoT) 等新基础设施的开发中发挥着重要作用。Edge AI 可以提高精度和灵敏度，用于高分辨率图像处理数据的实时分析以及模式和异常情况的高速检测。这些功能对于机器人辅助手术、基于 3D 图像处理的安全监控平台以及工厂自动化环境中基于视觉的工业机器人控制非常有用。

传感器技术的进步和小型模块化封装中超高清/4K 视频图像传感器的开发使这种向基于人工智能的边缘处理过渡成为可能。

机器人辅助内窥镜平台和机器视觉相机等应用将高分辨率图像数据从安装在极小的探针芯片上的传感器传输到物理连接的视频捕获和分析系统，而您必须通过一根非常细的电缆进行传输。同时，来自视频采集系统的控制信息返回给探针芯片，让您可以从倾斜、变焦等方面控制探针芯片的位置。

基于视觉的控制系统，例如图 1 所示的工业移动机器人，实时采集和高分辨率视频数据分析需要非常低的延迟。它还需要非常低的延迟以在相反方向发送控制信息以校正相机位置。电缆和电线的数量、电线的尺寸以及传感器侧的功耗可能是内窥镜和机器视觉等空间受限应用的主要限制因素。

 1：工业移动机器人作为基于视觉的控制系统

虽然许多现有的高速接口技术有助于确保高清视频数据的可靠传输，但它们对于基于视觉的控制系统也存在缺陷。例如，由于与协议相关的开销，以太网等标准技术具有额外的延迟。以太网物理层设备不能直接连接到传感器的本地视频接口，需要额外的布线和组件，如晶体振荡器。例如，一个 4MP、30fps 的高分辨率成像器产生大约 3.2Gbps 的视频数据。单个千兆以太网链路，例如 1000-BaseT，没有足够的吞吐量来承载这种未压缩的高分辨率数据，从而导致图像流和基于机器视觉的视频中出现伪影，可能会导致过程中出现错误。 

什么是 V 3 Link TM  SerDes IC ？

V 3 Link 专用串行器/解串器 (SerDes) 技术，例如“TSER953”串行器以及“TDES954”和“TDES960”解串器，允许使用单根超细线同时传输高分辨率视频、控制信号和电源. 这些设备在传感器和处理器之间建立链接，聚合时钟、未压缩视频、控制、电源和通用 I/O 信号（见图 2）。

图2 ：V 3 Link序列化数据使用设备/反序列化和电力传输示意图

在这种配置中，视频信号从位于传感器模块中的串行器传输到位于传感器融合分析系统中的解串器或解串器集线器，同时还提供控制信号和电源路径。

它还通过为从V 3 Link 解串器连接的所有串行器提供内部时钟来实现多个传感器之间的视频同步。这可以实现用于 3D 重建和深度感测的视频切换、图像混合和立体视觉。使用 TDES960 内部生成的帧同步信号，您可以同步多个摄像头，实现 600ns 的精度，并在机器视觉中实现多个时间触发应用。使用从反向通道提取参考时钟的主时钟同步消除了由为多个成像器提供时钟的各种振荡器的相对漂移引起的同步误差。

通过自适应均衡器技术减少信号损失和功耗

视频数据、控制信号和电源不仅可以通过单根电缆轻松传输，而且 V 3 Link 设备采用自适应均衡器技术，可以补偿 2.1 GHz 时高达 21 dB 的损耗，使其极其28-32 AWG（美国线规）电缆。AWG 值越高，线缆越细，信号损耗越高。

电缆越细，就越灵活，使其适用于内窥镜等空间受限需要将传感器放置在狭小空间内的应用。它还允许通过同一根细电缆传输电源和控制信号，从而最大限度地减少导体数量。

V 3 Link 串行器在传感器侧的标准功耗为 250mW，功耗非常低，允许传感器和串行器安装在非常紧凑的区域，无需额外的散热装置，提供额外的空间。这将是不必要的。V 3 Link 产品采用专有的 Grandmaster 时钟同步技术，无需传感器侧的晶体或振荡器，进一步降低成本和总体空间要求。

总结

从医学图像处理应用程序到机器视觉相机，Edge AI 推动了对实时视频捕获、传输和分析的需求。V 3 by Link SerDes IC，工程师在满足这些需求的同时，可以减少电缆数量、功耗和整个系统的成本。V 3 Link 设备采用通用链接技术，适用于大多数需要实时捕获、传输和分析高分辨率视频数据的应用。这些设备支持各种电缆配置，例如同轴、非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线，以及各种时钟模式，例如同步和异步。