Vision Components MIPI-CSI: Schnittstelle für Embedded-Vision-Systeme

Eine Sensorplatine von Vision Components mit MIPI-CSI-2-Schnittstelle

Neben LVDS und SPI ist die MIPI-CSI-Schnittstelle (Mobile Industry Processor Interface – Camera Serial Interface) in Embedded-Vision-Systemen immer häufiger zu finden. Sie bietet eine besonders hohe Datenbandbreite und vielfältige Anschlussmöglichkeiten für kurze Übertragungsstrecken.

Jan Erik Schmitt, Geschäftsführer Vertrieb von Vision Components, gibt nähere Informationen.

Markt&Technik: Welche Aufgaben und Funktionen erfüllt die MIPI-CSI-2-Schnittstelle in Embedded-Vision-Systemen? Welche Systemkomponenten verbindet die MIPI-CSI-2-Schnittstelle miteinander?

Jan Erik Schmitt: Die Verbindung zwischen der Auswerteeinheit und der Sensorplatine ist ein integraler Bestandteil von Embedded-Vision-Systemen, zumal die Qualität der übertragenen Bilddaten zweifellos ein wichtiger Faktor für die Auswertung ist. Bei den VC-Standardprodukten verwendet Vision Components dafür beispielsweise eine LVDS- oder SPI-Schnittstelle, abhängig von der Schnittstelle des jeweiligen Bildsensors.

Die MIPI-CSI-2-Schnittstelle ist ein von der MIPI Alliance geschaffener Standard und dient ebenfalls zur Anbindung des Sensors an die CPU. Die MIPI Alliance wiederum zielt als Unternehmensverband auf die Standardisierung der Hard- und Software-Schnittstellen von Mobilgeräten und Embedded-Systemen ab.

Die MIPI Alliance hat nach der MIPI-CSI-2-Schnittstelle auch die MIPI-CSI-3-Schnittstelle spezifiziert. Worin unterscheiden sich die beiden Schnittstellen?

MIPI-CSI-2 beschreibt sowohl die physikalische Signalübertragung als auch die Schnittstelle zur Kamerakonfiguration. Die physikalische Übertragungsstrecke nach CSI-2 besteht aus mehreren differenziellen Übertragungspaaren (Lanes genannt), und zwar mindestens aus einer Takt- und einer Daten-Lane. Für höhere Datenraten lassen sich zusätzliche Lanes hinzufügen; Systeme mit vier Daten-Lanes sind durchaus üblich. CSI-2 spezifiziert außerdem ein komplettes Protokoll für die Übertragung der Bilddaten inklusive der Semantik, also beispielsweise wo der Bildpunkt herkommt und mit welcher Bittiefe er übertragen wird. Mittels virtueller Kanäle können die Daten einer Stereokamera über eine einzige MIPI-Verbindung übertragen und beim Empfang wieder getrennt werden. MIPI beschreibt auch, auf welche Weise Steuerbefehle zum Bildsensor übertragen werden, nämlich über eine Variante des I2C-Busses.

Die MIPI-CSI-3-Schnittstelle ist die Weiterentwicklung der CSI-2 und insgesamt leistungsstärker. Es handelt sich bei ihr um ein bidirektionales Hochgeschwindigkeits-Protokoll, ebenfalls speziell entwickelt zur Datenübertragung von Bildern und Videos. Um die höhere Leistung zu erreichen, setzt die CSI-3-Schnittstelle auf M-PHY und UniPro (ebenfalls von der MIPI Alliance entwickelt). Die höhere Datentransferrate ermöglicht höhere Bildqualität und kürzere Übertragungszeiten.

Warum wird in Embedded-Vision-Systemen nicht die MIPI-CSI-3-Schnittstelle, sondern die MIPI-CSI-2-Schnittstelle verwendet?

Obwohl die MIPI-CSI-3-Schnittstelle leistungsfähiger ist, hat sie sich noch nicht durchgesetzt, was hauptsächlich daran liegt, dass die im Markt eingesetzte Hardware bisher meist nicht darauf ausgelegt ist – die entsprechende Schnittstelle muss natürlich in der Hardware vorhanden sein, um sie einsetzen zu können. Hinzu kommt, dass CSI-2 für die meisten Anwendungen völlig ausreicht. Hier ist einfach der Bedarf noch nicht in dem Maß vorhanden, das erforderlich ist, um die Hardware-Entwicklung voranzutreiben.

Gibt es zur MIPI-CSI-2-Schnittstelle in Embedded-Vision-Systemen Alternativen? Wenn ja, welche Vor- und Nachteile haben sie gegenüber der MIPI-CSI-2-Schnittstelle?

In Embedded-Vision-Systemen gibt es seit vielen Jahren zwei Optionen zur Sensoranbindung, die stark verbreitet sind: LVDS und SPI. Die Qualität der Datenübertragung ist ausgezeichnet, sodass sie sich beispielsweise für Industrieapplikationen gut eignen.

Der Vorteil der MIPI-CSI-2-Schnittstelle ist ihre besonders hohe Datenbandbreite und der niedrigere Pegel, der nur eine geringe Stromaufnahme erfordert. Auch der direkte Anschluss an eine Vielzahl von Prozessor-Boards ist ein großer Vorteil. Gerade hier hat sich einiges getan: Die Hersteller dieser Prozessor-Boards kommen zu einem großen Teil aus der Consumer-Elektronik und bieten meist – teilweise sogar ausschließlich – die MIPI-Schnittstelle in ihrer Hardware. Ein weiteres Plus: Prozessoren und auch Sensoren aus dem Consumer-Bereich und/oder dem Automotive-Bereich sind wegen der hohen Stückzahlen in einem ganz anderen Preissegment verortet.