技術(shù)干貨?|?在基于機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用中，如何單線傳輸高分辨率視頻數(shù)據(jù)？

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人工智能 (AI) 正在從根本上改變機(jī)器視覺(jué)和成像應(yīng)用的功能。邊緣 AI 是人工智能的一個(gè)分支，能在邊緣位置實(shí)現(xiàn)本地化決策，在新基建的 5G 網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用中扮演關(guān)鍵角色。通過(guò)在設(shè)備中部署與實(shí)現(xiàn)邊緣 AI，TI 幫助中國(guó)和全球客戶不斷加速這一關(guān)鍵技術(shù)在各行各業(yè)的落地，推動(dòng)人工智能的實(shí)用化，為中國(guó)新基建發(fā)展添磚加瓦。邊緣 AI 使高分辨率成像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析的精度和靈敏度變得更高，并且能夠快速檢測(cè)模式或異常。這些功能正在為機(jī)器人輔助外科手術(shù)、基于 3D 成像的安全和監(jiān)控平臺(tái)以及工廠自動(dòng)化環(huán)境中基于視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人提供幫助。

隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步以及采用微型模塊化封裝的超高清或 4K 視頻圖像傳感器的實(shí)現(xiàn)，這種向基于邊緣 AI 處理的轉(zhuǎn)變成為可能。

機(jī)器人輔助內(nèi)窺鏡平臺(tái)和機(jī)器視覺(jué)攝像機(jī)等應(yīng)用需要傳輸來(lái)自安裝在極小的探針尖端上的傳感器的高分辨率圖像數(shù)據(jù)，而該探針尖端通過(guò)極細(xì)的電纜與視頻采集和分析系統(tǒng)相連。來(lái)自視頻采集系統(tǒng)的控制信息同時(shí)流回到探針尖端，從而提供了一種通過(guò)傾斜和縮放等控制手段來(lái)控制探針尖端位置的方法。

圖 1 展示了工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人這類基于視覺(jué)的控制系統(tǒng)，它們需要極低的延遲，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高精度視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析。通過(guò)反向路徑傳輸控制信號(hào)以調(diào)整攝像機(jī)位置的過(guò)程也同樣需要低延遲。電纜和導(dǎo)體的數(shù)量、導(dǎo)體的尺寸以及傳感器端的功率耗散可能是空間受限應(yīng)用（如內(nèi)窺鏡和機(jī)器視覺(jué)）的重要限制因素。

圖 1. 基于視覺(jué)的控制系統(tǒng)——工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人

許多現(xiàn)有的高速接口技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)高分辨率視頻數(shù)據(jù)的可靠傳輸，但基于視覺(jué)的控制系統(tǒng)也存在缺點(diǎn)。例如，由于與協(xié)議相關(guān)的開(kāi)銷，以太網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)會(huì)產(chǎn)生額外的延遲。由于以太網(wǎng)物理層設(shè)備無(wú)法直接連接到傳感器的本地視頻接口，因此這些設(shè)備還需要額外的導(dǎo)線和元件（如晶體振蕩器）。例如，一個(gè) 4MP、30fps 的高分辨率成像儀可以生成大約 3.2Gbps 的視頻數(shù)據(jù)。單個(gè)基于千兆位的以太網(wǎng)鏈路（例如 1000-BaseT）無(wú)法提供足夠的吞吐量來(lái)承載這種未經(jīng)壓縮的高分辨率數(shù)據(jù)，這會(huì)在圖像流中引入偽影，進(jìn)而可能在基于機(jī)器視覺(jué)的視頻處理中導(dǎo)致錯(cuò)誤。?

專用串行器/解串器 (SerDes) 技術(shù)（如?V³Link TSER953 串行器以及 TDES954 和 TDES960 解串器）協(xié)同工作，通過(guò)單根超細(xì)導(dǎo)線同時(shí)傳輸高分辨率視頻、控制信號(hào)和電力。這些器件有助于在傳感器和處理器之間建立鏈路，以聚合時(shí)鐘、未壓縮的視頻、控制、電力和通用輸入/輸出信號(hào)，如圖 2 所示。

圖 2：使用 V³Link 器件進(jìn)行數(shù)據(jù)串行化、解串化和電力傳輸?shù)氖疽鈭D

在該配置中，信號(hào)和電力通過(guò)正向通道傳輸，該通道從位于傳感器模塊中的串行器通往位于傳感器融合分析系統(tǒng)中的解串器或解串器集線器，同時(shí)，該通道還能傳輸控制信號(hào)和電力。

V³Link 解串器還為所有連接的串行器提供嵌入式時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)跨多個(gè)傳感器的視頻同步，支持視頻拼接、圖像混合、立體視覺(jué)的 3D 重建和深度感應(yīng)。使用 TDES960 內(nèi)部生成的幀同步信號(hào)，您可以同步多個(gè)攝像機(jī)并實(shí)現(xiàn) 600ns 的精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多個(gè)需要時(shí)間觸發(fā)的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用。通過(guò)從反向通道中提取參考時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)主時(shí)鐘同步，還能消除由為多個(gè)成像儀充當(dāng)時(shí)鐘的不同振蕩器的相對(duì)漂移引起的同步誤差。

用于減少信號(hào)損失和降低功耗的自適應(yīng)均衡器技術(shù)

除了支持視頻數(shù)據(jù)、控制信號(hào)和電力的單線傳輸之外，V³Link 器件還包含自適應(yīng)均衡器技術(shù)，在 2.1GHz 頻率下可補(bǔ)償高達(dá) 21dB 的損耗，從而支持使用極細(xì)的 28 至 32 美國(guó)線規(guī) (AWG) 電纜。AWG 編號(hào)數(shù)字越大，電纜越細(xì)，信號(hào)損耗也越高。

較細(xì)的電纜更加靈活，可以支持傳感器在狹窄、空間受限的環(huán)境（如內(nèi)窺鏡）中定位的應(yīng)用。在同一根細(xì)電纜上傳輸電力和控制信號(hào)的功能也可以最大限度地減少導(dǎo)體的數(shù)量。

在傳感器端 250mW 的典型功耗下，V³Link 串行器消耗的功率非常低，能夠?qū)鞲衅骱痛衅骷傻椒浅＞o湊的區(qū)域中，沒(méi)有功耗且不會(huì)發(fā)熱，從而不需要額外的空間。借助 V³Link 產(chǎn)品的專有主時(shí)鐘同步技術(shù)，傳感器端無(wú)需使用晶振或任何振蕩器，這進(jìn)一步降低了成本和總體空間要求。

結(jié)語(yǔ)

從醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用到機(jī)器視覺(jué)攝像機(jī)，邊緣 AI 正在推動(dòng)對(duì)實(shí)時(shí)視頻采集、傳輸和分析的需求。V³Link SerDes IC 可幫助工程師滿足這些需求，同時(shí)減少電纜數(shù)量并降低功耗和整體系統(tǒng)成本。V³Link 器件提供通用鏈路技術(shù)，非常適合大多數(shù)需要實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析高分辨率視頻數(shù)據(jù)的應(yīng)用。這些器件支持各種布線配置（如同軸電纜、非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線）以及多種時(shí)鐘模式（如同步和異步）。

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