如何利用串行器／解串器应对高清视频数据传输挑战

人工智能的快速爆发，主要得益于在机器视觉和图像识别领域的快速发展。随着人们对于带宽、延迟、功耗等要求越来越严苛，边缘人工智能及视频捕获分析技术开始兴起。

为了确保数据的真实准确性，CMOS图像传感器变得越来越高清，边缘处理器技术的发展，也使得快速处理这些数据变成可能，帮助提高实时分析、快速异常检测等的准确性和灵活度。

机器视觉技术正广泛应用在包括机器人辅助手术、安全和监控平台、工业机器人等应用中。

伴随着小型化、轻型化以及高速化，传感器至处理系统的数据传输方式正在发生着改变。

许多现有的高速接口技术可以帮助实现高分辨率视频数据的可靠传输，但基于视觉的控制系统也存在缺点。例如，由于与协议相关的开销，以太网等标准技术会带来额外的延迟。由于以太网PHY无法直接连接到传感器的原生视频接口，因此它们还需要额外的电线和组件，例如晶体振荡器。例如，一个 4-MP、30-fps 的高分辨率成像器可以生成大约 3.2 Gbps 的视频数据。单个基于千兆位的以太网链路（例如 1000-BaseT）无法提供足够的吞吐量来承载这种未经压缩的高分辨率数据，这会在图像流中引入伪影，进而可能在基于机器视觉的视频处理中引入错误。

另外除了数据之外，诸如机器人辅助手术应用中，还需要进行命令传输控制，以使前端传感器做出相应动作。
 
V3Link串行器/解串器

采用专用串行器/解串器 (SerDes) 技术，是实现高速数据传输的手段。TI最新推出的V3Link TSER953 串行器和TDES954 和 TDES960 解串器协同工作，可以通过单根超细同轴电缆同时传输高分辨率视频、控制信号和电源。这些器件可帮传感器和处理器之间建立链接，以聚合时钟、未压缩视频、控制、电源和通用输入/输出信号，传输距离可达15米，如图所示。

框图显示了使用 V3 Link 设备的数据及电力传输示意

传感器信号可以单向由串行器传至解串器，功率传输则由SoC端传输至传感器，其他包括控制、时钟、GPIO等都支持双向路径。

嵌入式时钟可以实现跨多个传感器的视频同步，这允许用于 3D 重建和深度感测的视频拼接、图像混合和立体视觉等。使用来自 TDES960 的内部生成的帧同步信号，可以同步多个摄像头并实现 600 ns 的精度，这可以实现机器视觉中的多个时间触发应用。提取参考时钟的主时钟同步消除了由为多个成像器计时的不同振荡器的相对漂移引起的同步误差。

自适应均衡器技术可减少信号损失和功耗

此外为促进视频数据、控制信号和电源通过单根电缆传输，V3Link 设备包括自适应均衡器技术，在2.1 GHz 时可补偿高达 21 dB 的损耗，从而能够使用非常细的 28 至 32 美国线规（AWG) 电缆。AWG 编号越高，电缆越细，信号损耗越高。

更细的电缆更具灵活性，可以支持传感器需要在狭窄、空间受限的应用（如内窥镜）中定位的应用。在同一根细电缆上传输电源和控制信号的能力也最大限度地减少了导体的数量。

在传感器侧的典型功耗为 250 mW 时，V3Link 串行器功率极低，从而能够将传感器和串行器集成到非常紧凑的区域中，而无需额外的散热设施。V3Link 产品专有主时钟同步技术消除了传感器侧对晶体或任何振荡器的需求，进一步降低了成本和总体空间要求。

结论

从医学成像应用到机器视觉相机，边缘 AI 正在推动对实时视频捕获、传输和分析的需求。 V3Link SerDes IC 可帮助工程师满足这些需求，同时减少电缆数量、功耗和整体系统成本。 V3Link 设备提供通用链接技术，非常适合需要实时捕获、传输和分析高分辨率视频数据的大多数应用。这些器件支持各种布线配置，如同轴、非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线，以及多种时钟模式，如同步和异步。

TI在高速串行器/解串器上一直有长期投入，其FPD-Link™ 串行器和解串器，为汽车系统中的各种视频接口（包括用于高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的摄像头和信息娱乐系统显示屏）优化高分辨率信号的设计和传输。通过更少的导线在汽车系统中传输高分辨率、未压缩的数据。而今，随着工业、医疗等领域对于高分辨率的原始高清视频数据的需求与日俱增，V3Link高速串行器/解串器可应对医疗内窥镜、各类机器人、视频监控以及家电等领域，实现更灵活小巧的设计。