AMRs (Autonome Mobile Roboter), intelligente Beschilderungen, Barcode-Scanner, Überwachungssysteme, industrielle Handhelds usw. verändern die Art und Weise, wie Unternehmen arbeiten und mit Menschen in Kontakt treten. Eingebettete Bildverarbeitungs-Kameras spielen eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, dass diese Geräte ihre Umgebung “sehen” können. Kameras helfen bei der Identifizierung, Beobachtung und Analyse von Objekten in einer Zielszene und generieren dabei wertvolle Video- und Bilddaten. Solche Video-Streaming-Anwendungen müssen mit Kameramodulen mit hoher Bandbreite und hoher Bildqualität ausgestattet sein, die sich leicht in die übrigen Komponenten des eingebetteten Geräts integrieren lassen.
Unter den verschiedenen Kameratypen, die in der Eingebetteten Bildverarbeitung eingesetzt werden, haben sich UVC-kompatible USB-Kameras aufgrund ihrer Bandbreite, Zuverlässigkeit und einfachen Integration als die richtige Wahl für viele Anwendungen erwiesen. Sie unterstützen Eingebettete Bildverarbeitungsgeräte wie biometrische und Zugangskontrollsysteme, Dokumentenscanner, Flughafenkioske und digitale Beschilderungen, Hautscanner, Telepräsenzroboter und vieles mehr.
Im heutigen Blog erfahren Sie, was eine USB-UVC-Kamera ist, wie sie funktioniert und was die wichtigsten Unterschiede zwischen USB3- und USB2-Kameras sind. Außerdem werden wir einen kurzen Vergleich der USB 3.0 Schnittstelle mit MIPI- und GMSL-Schnittstellen anstellen.
Was ist eine UVC-Kamera?
UVC-Kameras (USB-Videoklasse) sind USB-betriebene Geräte, die über eine Standard-Videostreaming-Funktionalität verfügen und sich nahtlos mit dem Host-Rechner verbinden. Es gibt Standard- und klassenspezifische Deskriptoren – Datenstrukturen, die zur Beschreibung der Fähigkeiten eines USB-Geräts verwendet werden. Die neueste Version der USB-Videoklassenspezifikation ist UVC 1.5. Die Gesamtheit aller klassenspezifischen VC-Deskriptoren (Video Control Unit/Terminal) beschreibt die Videofunktion für den Host vollständig.
Das Blockdiagramm der USB-Videoklassen-Anwendung ist unten dargestellt:
Abbildung 1: Blockdiagramm der USB-Videoklassen-Anwendung
Die wichtigsten Vorteile von UVC-Kameras
Es ist nicht verwunderlich, dass USB-UVC-Kameras zu den beliebtesten Kameratypen in Anwendungen der Eingebetteten Bildverarbeitung gehören. Im Folgenden werden einige der Vorteile der Verwendung einer UVC-Kamera in Ihrem Gerät für die eingebettete Bildverarbeitung genannt:
- Unterstützt mehrere Videoformate wie YUV, MJPEG, MPEG-2 TS, H.264, DV und andere.
- Arbeitet automatisch mit dem vom System bereitgestellten Treiber – ein externer Treiber ist nicht erforderlich.
- Nutzt einen eingebauten generischen Klassentreiber zur Steuerung der Videofunktion.
- Sorgt für mehr Flexibilität bei der Unterstützung mehrerer Videoauflösungen, Formate und Bildraten – und beeinflusst damit die Aushandlung der Bandbreite zwischen Gerät und Host.
Maximale theoretische Bandbreite von USB-Kameras
Da eingebettete Bildverarbeitungsanwendungen immer höhere Anforderungen an Auflösung und Bildrate stellen, mussten USB-Kameras im Laufe der Zeit weiterentwickelt werden, um den höheren Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Aus diesem Grund wurde die Bandbreite mit jeder neuen Version erhöht. Die folgende Tabelle veranschaulicht die Entwicklung von USB in Bezug auf ihre Versionen und die entsprechenden Bandbreiten:
| USB 1.0 | 1,5 Mbit/s niedrige Geschwindigkeit |
| 12 Mbit/s Volle Geschwindigkeit | |
| USB 2.0 | 480 Mbit/s Hohe Geschwindigkeit |
| USB 3.0 | 5 Gbit/s SuperSpeed |
| USB 3.1 | 10 Gbit/s SuperSpeed+ |
| USB 3.2 | 20 Gbit/s SuperSpeed+ |
| USB 4 | 40 Gbit/s |
Tabelle 1: Maximale theoretische Bandbreite von USB über alle Generationen hinweg
Aktualisierte Namenskonvention der verschiedenen USB-Versionen
Mit der Weiterentwicklung der USB-Schnittstelle hat sich auch die Namenskonvention in den verschiedenen Versionen geändert. PFB die Details dazu:
- USB 3.0 ist jetzt USB 3.2 Gen 1(SuperSpeed USB) – mit einem maximalen Datendurchsatz von 5 Gbit/s.
- USB 3.1 ist jetzt USB 3.2 Gen 2×1(SuperSpeed+ USB 10 Gbit/s) – mit einem maximalen Durchsatz von 10 Gbit/s.
- USB 3.2 ist jetzt USB 3.2 Gen 2×2(SuperSpeed+ USB 20 Gbit/s) – mit einem maximalen Durchsatz von 20 Gbit/s.
USB 2.0-Kameras im Vergleich zu USB 3.0-Kameras
Obwohl USB 2.0-Kameras sehr beliebt sind, stehen Ingenieure bei der Entwicklung einer solchen Kamera vor einer Reihe von Herausforderungen. Dazu gehören:
- HD-Video mit begrenzter Bandbreite.
- Verschlechterung der Bildqualität.
- Teure Kompressionskomponenten.
- Mangel an Kameradesigns mit kleinem Formfaktor.
- Zusätzlicher technischer Aufwand und Entwicklungszeit.
All diese Herausforderungen können jedoch durch ein Upgrade auf eine USB 3.0-Kamera überwunden werden. Um die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Schnittstellen zu verstehen, werfen Sie bitte einen Blick auf die folgende Tabelle:
| Parameter im Vergleich | USB 2.0 | USB 3.0 |
| Hochgeschwindigkeits-USB | Superspeed-USB | |
| Bandbreite | 480 Mbit/s | 5 Gbit/s |
| Komprimierung | HD-Videos über USB 2.0 erfordern eine Komprimierung, die die Bildqualität verschlechtert | USB 3.0 ermöglicht HD-Video ohne Komprimierung |
| Strom | USB 2.0 liefert 500 mA | USB 3.0 liefert 900 mA |
| Kommunikation | Einweg-Kommunikation | Zwei-Wege-Kommunikation |
| Anzahl der Drähte | Vier | Neun |
Tabelle 2: USB 2.0 im Vergleich zu USB 3.0
Kurz gesagt: USB 3.0 arbeitet 10-mal schneller als USB 2.0 und gibt 1,8-mal mehr Strom an busgespeiste Geräte ab als USB 2.0. Außerdem ist es abwärtskompatibel mit USB 2.0.
Es gibt weitere Schnittstellen wie MIPI CSI-2, GMSL, und GigE, die heute verwendet werden, um den wachsenden Anforderungen moderner Anwendungen gerecht zu werden. Erfahren Sie mehr über die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Schnittstellen USB 3.0, MIPI CSI-2 und GMSL.
| Merkmale | USB 3.0 | GMSL | MIPI CSI-2 |
| Bandbreite | 5 Gbit/s | 6 Gbit/s | 5 Gbps |
| Kabellänge | <5m | 15m | <30cm |
| Platzbedarf | Hoch | Hoch | Low |
| Plug-and-play | Unterstützt | Nicht unterstützt | Nicht unterstützt |
| Entwicklungskosten | Niedrig | Mittel bis hoch | Mittel bis hoch |
Tabelle 3: USB 3.0 im Vergleich zu GMSL im Vergleich zu MIPI CSI-2
Um die Unterschiede zwischen USB-Kameras, MIPI-Kameras, und GMSL-Kameras zu verstehen, empfehlen wir Ihnen, einen Blick auf die folgenden Artikel zu werfen:
- MIPI-Kamera im Vergleich zu USB-Kamera – ein detaillierter Vergleich
- GMSL-Kamera gegenüber MIPI-Kamera
Sie könnten auch den Artikel Was ist eine MIPI-Kamera? Wie funktioniert eine MIPI-Kamera? lesen, wenn Sie mehr über MIPI-Kameras erfahren möchten.
USB 2.0- und USB 3.0-Kameras entwickelt von e-con Systems
e-con Systems verfügt über mehr als 18 Jahre Erfahrung und ist Marktführer bei der Entwicklung und Bereitstellung von erstklassigen USB 2.0- und USB 3.0-Kameralösungen. Wir waren auch das erste Unternehmen weltweit, das eine UVC-konforme Kamera auf den Markt gebracht hat. Unsere USB-UVC-Kameras können an alle Ihre Bildgebungsanforderungen angepasst werden, ohne Kompromisse bei Qualität und Leistung einzugehen. Bitte besuchen Sie die folgenden Links, um einen Blick auf unser komplettes Portfolio an USB 2.0- und USB 3.0-Kameras zu werfen:
Sie können auch die Seite Kameraauswahl besuchen, um sich einen Überblick über das gesamte Kameraportfolio von e-con zu verschaffen, das auch MIPI-, GMSL- und parallele Kameras umfasst.
Wir hoffen, dass dieser Blog Ihnen geholfen hat, sich ein vollständiges Bild von UVC-Kameras und ihren Funktionen zu machen. Wenn Sie Hilfe bei der Integration von USB-Kameras in Ihre Geräte suchen, schreiben Sie uns bitte an camerasolutions@e-consystems.com.
Prabu ist Chief Technology Officer und Head of Camera Products bei e-con Systems und verfügt über eine reiche Erfahrung von mehr als 15 Jahren im Bereich der eingebetteten Bildverarbeitung. Er bringt umfassende Kenntnisse in den Bereichen USB-Kameras, eingebettete Bildverarbeitungskameras, Bildverarbeitungsalgorithmen und FPGAs mit. Er hat über 50 Kameralösungen für verschiedene Bereiche wie Medizin, Industrie, Landwirtschaft, Einzelhandel, Biometrie und mehr entwickelt. Er verfügt außerdem über Fachwissen in der Gerätetreiberentwicklung und BSP-Entwicklung. Derzeit liegt der Schwerpunkt von Prabu auf der Entwicklung intelligenter Kameralösungen, die KI-basierte Anwendungen des neuen Zeitalters ermöglichen.