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Hochauflösende Bildverarbeitungssysteme mit USB 3.0 umsetzen

Schnell und verlustfrei

7. April 2015, 10:21 Uhr | Irina Hübner

Wenn große Video- und Bilddateien verzerrungsfrei und ohne merklichen Zeitverlust auf einem Endgerät angezeigt werden sollen, dann müssen alle Komponenten eines Bildverarbeitungssystems optimal aufeinander abgestimmt sein. Der Datenübertragungstechnik kommt dabei eine entscheidende Rolle zu.

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HD-Bildqualität ist mittlerweile gängig bei Multimedia-Geräten im modernen Haushalt und auch im professionellen Bereich finden sich zahlreiche Anwendungen, die hohe Auflösungen, einen ausgezeichneten Kontrast, eine beträchtliche Farbtiefe sowie schnelle Bildwiederholraten erfordern. Zu diesen gehören Sicherheitsanwendungen, die medizinische Bildgebung sowie industrielle Bildverarbeitungsaufgaben in der Fertigung. Fortschritte in der Bildverarbeitung und die Verbreitung fortschrittlicher Bildverarbeitungstechniken hängen stark von der Verfügbarkeit bzw. der Verwendung moderner Halbleitertechniken ab, die hohe Datenübertragungsraten erlauben.

Vorteile von USB 3.0

Seit der Einführung des USB-Standards Mitte der 1990er Jahre hat sich der Standard erheblich weiterentwickelt. Er geht inzwischen weit über die einfache Anbindung von Peripheriegeräten wie Maus oder Tastatur hinaus, für die auch geringe Datenübertragungsraten ausreichen. So lag die höchstmögliche Datenübertragungsrate für Full Speed nach USB 1.0 bei 12 Mbit/s. Mit USB 3.0 wurde die maximale Datenübertragungsrate auf 5 Gbit/s erhöht. Damit ist es nun möglich, leistungsfähige Video- und Bildverarbeitungssysteme zu implementieren, die kosteneffizient sind und keine großen Entwicklungsressourcen erfordern. USB 3.0 ist um etwa den Faktor 10 schneller als USB 2.0, vollständig rückwärtskompatibel und mit derselben Plug-and-Play-Fähigkeit ausgestattet wie der Vorgängerstandard. Ein weiterer Pluspunkt von USB 3.0 ist, dass Kabellängen bis immerhin 10 m unterstützt werden.

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Insbesondere bei Bildverarbeitungsaufgaben können sämtliche Vorzüge der USB-3.0-Technik ausgenutzt werden. Ein Kabel zwischen der Kamera und dem Datenerfassungssystem genügt, über das sowohl die Videodaten übertragen werden als auch die Spannungsversorgung erfolgt. Gerade bei ferngesteuerten Video-Installationen ist es von Vorteil, Spannungsversorgung und Datenübertragung über dieselbe Leitung abwickeln zu können, denn neben anderen Einschränkungen ist die Installation mehrerer Leitungen oft ein nicht vernachlässigbarer Kostenfaktor. Bild 1 vergleicht die USB-3.0- mit der USB-2.0- und der Camera-Link-Schnittstellentechnik. Für die Camera-Link-Schnittstelle wurde eine Konfiguration mittlerer Geschwindigkeit mit einer Bildfrequenz von 38 Hz gewählt. Mit einer Datenwortbreite von 16 bit pro Pixel ergibt sich eine Datenrate von 2,24 Gbit/s bei der Übertragung von Videodaten mit 2560 × 1440 Pixeln. Für die weitere Verbreitung von HD-Videoinstallationen ist eine Schnittstellentechnik mit großem Datendurchsatz wesentlich.