組み込みビジョンシステムは、ライフサイエンス、製造業、スポーツ放送など、様々な業界で極めて重要な役割を担っています。その性能は、カメラの映像システムから処理ユニットへと、途切れることなく画像を伝送するための最適なインターフェースを選択できるかどうかに大きく左右されます。インターフェースには、高いスループットを維持し、データフローのボトルネックを回避し、さらにアプリケーションに適した伝送距離を確保することが求められます。
GMSL（ギガビット・マルチメディア・シリアル・リンク）インターフェースは、最大15メートルの距離で高品質かつ低遅延の画像データ伝送を実現することで、これらの要件を満たしています。このインターフェースは、高解像度映像の低遅延処理と長距離データ伝送をサポートするため、多くの最先端の組み込みビジョンシステムで急速に採用が進んでいます。
このブログでは、GMSL テクノロジーについて知っておくべきすべてのことを説明します。
GMSL テクノロジーとは何でしょうか?
ギガビット・マルチメディア・シリアル・リンク（GMSL）カメラインターフェースは、高速かつ高解像度の映像出力を効率的に処理するために設計されています。送信側では、シリアライザーが並列データを高速なシリアルストリームに変換し、データラインの複雑さを軽減するとともに、信号干渉のリスクを最小限に抑えます。受信側では、デシリアライザがシリアルデータを元のパラレル形式に復元し、処理可能な状態に戻します。
GMSLインターフェースは、最大6GB/秒のビデオ転送速度に対応しており、非圧縮の高解像度ビデオストリームを最小限の遅延で伝送することが可能です。この高速伝送能力は、リアルタイムでのデータ処理を必要とするアプリケーションにとって極めて重要です。
GMSLカメラインターフェースの基本原則
シリアライザー/デシリアライザー (SerDes) 手法
GMSLテクノロジーの中核をなすのは、シリアライザ／デシリアライザ（SerDes）技術です。シリアライザは、カメラセンサーから入力される並列データを連続的なシリアルデータストリームへと変換します。この変換により、ケーブル設計が簡素化され、信号干渉のリスクが低減されるとともに、高速データ伝送時の信号整合性が維持されます。
一方、受信側のデシリアライザは、シリアルデータを元の並列形式に復元し、受信システムが正しく処理できるようにします。
ケーブル配線
GMSLインターフェースでは、優れたシールド性能を持ち、高周波信号を長距離にわたって伝送しても損失が少ないことで知られる同軸ケーブルが使用されます。同軸ケーブルは、信号の整合性を維持し、データ破損を防止するとともに、外部の電磁波による干渉を最小限に抑える役割を果たします。また、GMSLインターフェースは、高速データ伝送を維持しつつ、よりコスト効率の高い代替手段としてツイストペアケーブルでも動作可能です。
データレートと解像度
GMSLテクノロジーは、高いデータレートをサポートし、非圧縮ビデオや高解像度画像の伝送を可能にします。最大6 Gbpsのデータレート（※原文「GB/秒」は一般的に「Gbps」）をサポートすることで、GMSLは、最もデータ量の多いアプリケーションにおいても、パフォーマンスを損なうことなくスムーズに動作することを保証します。
マルチインターフェース対応
GMSLインターフェースは、HDMI、CSI-2、DSI、eDPなど、様々なデータフォーマットと互換性を持ちます。これにより、各アプリケーションの要件に応じて柔軟に対応することが可能です。
双方向通信
GMSLは、ビデオデータ伝送と同じ物理媒体上で制御信号を送受信できる双方向通信をサポートします。これにより、カメラベースのアプリケーションにおいて、リアルタイムなフィードバックおよび制御が可能となります。GMSLは単一のインターフェースでビデオデータと制御データの両方を扱えるため、システム設計を簡素化し、追加配線の必要性を削減します。これにより、製品開発および導入の効率が大幅に向上します。
GMSLカメラインターフェースの種類
GMSL1
GMSL1は、車載ビデオストリーミングをはじめとする多様なアプリケーションに適した高速データ伝送を実現します。同軸ケーブルを使用し、最大 3.125 Gbps のデータレートをサポートします。これにより、1080p/60fps の非圧縮ビデオを、標準遅延 1マイクロ秒未満 で伝送することが可能です。
GMSL2
GMSL2は、GMSL1よりもさらに高い帯域幅を提供し、最大6 Gbps のデータレートを15メートルのケーブル長でサポートします。また、4K解像度のサポート、長距離伝送への対応、および強化されたデータ整合性チェック機能を備えています。そのため、GMSL2インターフェースは、高帯域幅とデータ品質が求められる厳しい環境に最適です。
GMSL3
GMSL3は、フォワードチャネルで最大 12 Gbps、リバースチャネルで最大 187 Mbps のデータレートをサポートします。非圧縮の 4K解像度映像を90fps で伝送でき、滑らかで高品質なビデオストリームを実現します。さらに、GMSL3は1本のPoC（Power over Coax）ケーブル上で3つの4Kストリームを統合できるため、リアルタイム3Dイメージングやサラウンドビューシステムの実装に最適です。
GMSLテクノロジーの仕組み
- GMSLカメラインターフェースは、高速データシリアル化（SerDes：Serializer/Deserializer）の原理に基づいて動作します。カメラセンサーが画像を取得すると、通常、並列形式の生ピクセルデータがシリアライザに送られます。
- シリアライザは、この並列データを高速シリアルデータストリームに変換し、必要なデータラインの本数を削減するとともに、信号干渉のリスクを最小限に抑えます。
- シリアル化されたデータストリームは、ノイズや外来干渉に対する耐性を考慮して選択された同軸ケーブルまたはシールドツイストペアケーブル（STP）を介して伝送されます。
- 受信側では、データがディスプレイや処理装置などの宛先に到達すると、デシリアル化されます。
- デシリアライザによってシリアルデータが元の並列形式に復元され、後段のシステムで適切に処理されます。
GMSL プロトコルには、送信中にデータの整合性を維持するためのエラー訂正技術も統合されています。
e-con Systemsが提供するGMSLカメラ
e-con Systemsは、OEMカメラの設計、開発、製造において20年以上の経験を持つ業界のパイオニアです。産業、農業、医療など、様々な用途に対応するGMSL、GMSL2、GMSL3カメラを多数取り揃えています。
これらの最先端のカメラには、HDR、IP66/67/69K 定格のエンクロージャ、グローバル シャッター/ローリング シャッター、LED フリッカー軽減などの世界クラスの機能が搭載されています。e-con Systems の GMSL カメラは、NVIDIA Jetson 開発キットを含むさまざまなプラットフォームとも互換性があります。
カメラセレクターページで、当社の製品ラインナップ全体をご覧ください。
GMSL カメラを組み込みビジョン アプリケーションに統合する際にサポートが必要な場合は、camerasolutions@e-consystems.com までお問い合わせください。.
Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。