圖 1 Camera Link線纜

由于單個(gè)Camera Link芯片只有28位數(shù)據(jù)可用，為了提高傳輸數(shù)據(jù)的效率，需要幾個(gè)Camera Link芯片。按使用要求不同，視頻傳輸模式分為三種配置：Base(基本)配置為一個(gè)Camera Link芯片，一根電纜；?Medium(中級(jí))配置為兩個(gè)Camera Link芯片，一根電纜；Full(完整)配置為兩個(gè)Camera Link芯片，兩根電纜。

Base模式需要一塊Channel Link的芯片和一個(gè)Camera Link機(jī)械接口，發(fā)送器在每個(gè)像素時(shí)鐘里發(fā)送 28bits數(shù)據(jù)，包括4bits的圖像使能信號(hào)和24bits的圖像數(shù)據(jù)。24bits圖像數(shù)據(jù)可以是一個(gè)像素點(diǎn)的24-bitRGB數(shù)據(jù)、3個(gè)像素點(diǎn)的8-bit黑白圖像數(shù)據(jù)、1到2個(gè)像素點(diǎn)的10-bit或12-bit的黑白圖像數(shù)據(jù)、一個(gè)像素點(diǎn)的14-bit或16-bit的黑白圖像數(shù)據(jù)。Base模式產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)吞吐量為2.04Gbit/s(255MB/s)。

Medium模式需要兩塊Channel Link的芯片和兩個(gè)Camera Link機(jī)械接口，發(fā)送器在每個(gè)像素時(shí)鐘里發(fā)送40bits數(shù)據(jù)，包括4bits的圖像使能信號(hào)和36bits的圖像數(shù)據(jù)。4bits圖像使能信號(hào)與Base模式下相同。36bits圖像數(shù)據(jù)可以是一個(gè)像素點(diǎn)的36-bit或30-bitRGB數(shù)據(jù)、4個(gè)像素點(diǎn)的8-bit黑白圖像數(shù)據(jù)、3到4個(gè)像素點(diǎn)的10-bit或12-bit的黑白圖像數(shù)據(jù)。Medium模式視頻數(shù)據(jù)吞吐量為4.08Gbit/s(510 MB/s)。

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Full模式需要三塊Channel Link的芯片和兩個(gè)Camera Link機(jī)械接口，發(fā)送器在每個(gè)像素時(shí)鐘里發(fā)送68bits數(shù)據(jù)，包括4bits的圖像使能信號(hào)和64bits的圖像數(shù)據(jù)。4bits圖像使能信號(hào)與Base模式下相同。Full模式視頻數(shù)據(jù)吞吐量為5.44Gbit/s(680MB/s)。

Deca模式是由于某些相機(jī)和數(shù)據(jù)采集硬件制造商已將接口的帶寬擴(kuò)展到超出了Camera Link接口規(guī)范所施加的限制，所以通過利用8個(gè)未使用的位并重新分配8個(gè)冗余成幀/啟用位來在兩個(gè)連接器/電纜上產(chǎn)生高達(dá)80位的數(shù)據(jù)路徑寬度來擴(kuò)展“Full”配置的寬度，從而進(jìn)一步增加了視頻帶寬。Deca模式視頻數(shù)據(jù)吞吐量為6.8Gbit/s(850MB/s)。

業(yè)界已經(jīng)就80位版本達(dá)成共識(shí)，并且兼容的相機(jī)和圖像采集卡以“Camera Link?Deca”一詞進(jìn)入市場(chǎng)。但是有部分制造商使用“Extended Full”來指代Deca配置，而另一些制造商則使用“Full Deca”。

圖2?圖解Base、Medium、Full

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了與Camera Link一起使用的26針微型Delta色帶連接器(MDR-26)，2007年升級(jí)的1.2版標(biāo)準(zhǔn)中，首次引入了Mini SDR(Shrunk D Ribbon)連接器(SDR-26)和相機(jī)鏈路電源(PoCL)，即Mini?Camera Link接口，以及Power over?Camera Link功能。

?圖 3 連接器的引腳分配

Camera Link標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)

Camera Link技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是基于National?Semiconductor公司的Channel Link標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來的，標(biāo)準(zhǔn)的Camera Link是由多路Channel Link復(fù)用而成的，不僅包含相機(jī)圖像數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，而且還包含相機(jī)的控制信號(hào)和串行通信信號(hào)，而Channel Link標(biāo)準(zhǔn)是一種多路并行LVDS傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)。LVDS是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，電壓擺幅在350mV左右，具有擾動(dòng)小、跳變速率快的特點(diǎn)，在無失傳輸介質(zhì)里的理論最大傳輸速率在?1.923Gbps。

Camera Link就是一種基于物理層的LVDS傳輸方式。下圖為Camera Link總線發(fā)送端與接收端的連接框圖，也是該總線的基本模式?？偩€發(fā)送端，將28位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4對(duì)LVDS串行差分?jǐn)?shù)據(jù)傳送出去，還有一對(duì)LVDS串行差分?jǐn)?shù)據(jù)線用來傳輸圖像數(shù)據(jù)輸出同步時(shí)鐘；而總線接收端，將串行差分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成28位并行數(shù)據(jù)，同時(shí)轉(zhuǎn)換出同步時(shí)鐘。這樣不但減少了傳輸線的使用量，而且由于采用串行差分傳輸方式，還減少了傳輸過程中的電磁干擾。

圖 4?Camera Link總線基本模式

所以，Camera Link有實(shí)時(shí)、高速的特點(diǎn)，高帶寬保證了密集數(shù)據(jù)的快速傳輸，并且無延遲，采用串行差分傳輸?shù)姆绞绞沟每垢蓴_的能力也尤為突出。

不斷的升級(jí)和進(jìn)化

隨著相機(jī)幀率的不斷提高，Camera Link標(biāo)準(zhǔn)無法輕松擴(kuò)展到850 MB/s以上，因此需要另一個(gè)新接口來滿足以相同甚至更低的成本獲得更高帶寬的需求。在眾多行業(yè)領(lǐng)先的生產(chǎn)商對(duì)最佳技術(shù)解決方案進(jìn)行了廣泛的探索之后，Teledyne DALSA的HS-Link技術(shù)提供了第一個(gè)“概念證明”，以單鏈路（或者在Camera?Link?HS行話中叫做“l(fā)ane”）實(shí)現(xiàn)最高300 MB/s的傳輸速度，并以20條通道實(shí)現(xiàn)最高6GB/s的傳輸速度。

Camera Link?HS標(biāo)準(zhǔn)中，電纜可以直接連接FPGA，無需額外器件或者設(shè)備，因此成本更低。同時(shí)Camera Link?HS可以用較高的電壓，以及接收機(jī)自動(dòng)均衡來補(bǔ)償電纜損耗，從而實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸。

相較于Camera Link線纜，Camera Link?HS在超過15m的時(shí)候可以擁有更長(zhǎng)的傳輸距離；在低于15m的情況下，Camera Link?HS單根線纜即可達(dá)到和2根Camera Link線纜同樣的帶寬，部署成本卻更低。同樣都是3mm線纜直徑，Camera Link?HS在單根線纜上的帶寬高達(dá)3.4Gbit/s。

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圖5 圖左為應(yīng)用Camera Link的CIS相機(jī)；

圖右為Active?Silicon圖像采集卡

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總結(jié)

在相機(jī)不斷發(fā)展的今天，高像素、高幀率仍是一個(gè)重要的發(fā)展方向。在未來，為了滿足更高的生產(chǎn)和科研要求，會(huì)有越來越多的相機(jī)適配Camera Link協(xié)議，以滿足不斷增長(zhǎng)的需求，應(yīng)用Camera Link的相機(jī)將會(huì)在市場(chǎng)占據(jù)穩(wěn)定的份額，Camera Link協(xié)議將會(huì)為你的數(shù)據(jù)傳輸提供優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。

【來源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】

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