Analogtipp HighRes Videodaten in der Bildverarbeitung übertragen

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Fortschritte in der Sensortechnik und Ultra-High-Definition- oder 4K-Videosensoren in winzigen modularen Gehäusen ermöglichen eine KI-basierte Bildverarbeitung in Industrie und Medizintechnik. Flaschenhals ist neben der Miniaturisierung die Datenübertragung. Eine Lösung bietet hier eine spezielle SerDes-Technik.

In der industriellen Bildverarbeitung müssen häufig hochaufgelöste Bilddaten von einem extrem kleinen Sensor über eine äußerst dünne Leitung an das Auswertungssystem übertragen werden. Gleichzeitig werden Steuerungsanweisungen zurück an den Sensor übermittelt.

Bei der Bildverarbeitung in mobilen Industrierobotern, in der Medizintechnik oder Machine-Vision-Systemen sollen darüber hinaus die hochaufgelösten Videodaten mit besonders geringer Latenz erfasst und ausgewertet werden (Bild 1). In Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen kommen eine minimale Anzahl von Leitungen, ein geringer Leiterquerschnitt sowie die Verlustleistung des Sensors als Kriterien hinzu.

Schelle Schnittstellen für die HighRes-Videoübertragung

Grundsätzlich kommen viele schnelle Interface-Techniken für die Übertragung hochaufgelöster Videodaten in Frage. Ethernet sorgt aber wegen des protokollbedingten Verarbeitungsaufwands für zusätzliche Latenzen. Außerdem werden für die Anbindung der Sensoren an Ethernet zusätzliche Leitungen und Bauteile benötigt.

Zum Beispiel erzeugt ein Bildaufnehmer mit 4 Megapixeln und einer Bildwiederholfrequenz von 30 fps Bilddaten mit einer Rate von etwa 3,2 GBit/s – zu viel also beispielsweise für 1000-BaseT. Abhilfe könnte hier eine Datenkompression schaffen, jedoch würden die daraus resultierenden Artefakte zu Fehlern bei der Bildverarbeitung führen.

SerDes: Alles über eine dünne Leitung übertragen

Eine Lösung für dieses Problem bietet eine spezielle SerDes-Technologie (Serializer/Deserializer) wie der V³Link Serializer TSER953 und die Deserializer TDES954 und TDES960. Gemeinsam sind diese Bausteine in der Lage, hochaufgelöste Videosignale, Steuersignale und die Stromversorgung über eine einzige, extrem dünne Leitung zu übertragen (Bild 2).

Die V³Link-Deserializer versorgen alle angeschlossenen Serializer zudem mit einem Takt, was die Synchronisation der Videosignale aus mehreren Sensoren gestattet und Fehler vermeidet, die durch die Drift separater Oszillatoren in den einzelnen Bildaufnehmern entstehen können.

V³Link-Deserializer: Was bringt er?

Kennzeichnend für V³Link-Bausteine sind auch ihre adaptiven Equalizer, die Verluste bis zu 21 dB (bei Frequenzen von 2,1 GHz) kompensieren und deshalb sehr kleine Leiterquerschnitte von beispielsweise 28 bis 32 AWG erlauben (je größer der AWG-Wert, desto dünner ist die Leitung und umso höher sind zwangsläufig die Verluste).

Dünnere Leitungen sind allerdings für den Einsatz bei beengten Platzverhältnissen prädestiniert, etwa in Endoskopen. Da Stromversorgung und Steuersignale über ein und dieselbe Leitung übertragen werden, kommt man mit weniger Kabeln aus.

Da der V³Link-Serializer nur wenig Strom verbraucht, lassen sich Sensor und Serializer auf engstem Raum und zudem ohne besondere Kühlmaßnahmen integrieren. Die V³Link-SerDes-ICs unterstützen darüber hin­aus unterschiedliche Kabelsysteme wie Koax, UTP und STP sowie zahlreiche Taktungsarten.

* Vijay Ceekala ist Systems and Applications Manager FPD-Link Products bei Texas Instruments in Santa Clara / USA.

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