cameralink详细介绍

CameraLink详细介绍一、CameraLink标准的产生背景及它的技术优点1、CameraLink标准的产生背景过去，工业级的数字视频市场在相机和图像采集卡之间虽然已经制定了一种通信标准，但相机制造商和图像采集卡制造商却使用不同的连接器来发展他们的产品，这使得传输线缆很难整合生产，给用户也带来了很多麻烦。同时，随着数据传输速率和复杂性的不断提高，对一种通用性接口标准的需求就变得非常重要了。在高数据率、综合数据交换时代，手工制作的线缆已经不可能满足需求。为保证在高数据率条件下通信的可靠性，需要特别制定一个标准的引脚分配和线缆装配方法来确保兼容设备能够轻而易举地连接在一起。该标准可以使用户通过大批量购买线缆来降低开发成本。并且，该标准接口的存在也应该能大大节约用户为整合一套兼容的相机和图像采集卡而花费在获得技术上的时间，在此背景下CameraLink标准诞生了。CameraLink的标准是由数家工业级相机及采集卡大制造商共同制定出来的,是一种基于视频应用发展而来的通信接口。标准本身由美国NationalSemiconductor公司基于其ChannelLink的技术发展而来的,并定义出配套的标准工业接口器件，也就是信号线也标准化了,让相机和图像采集卡的信号传输更简单化了。同时定义了3种传输模式：基本模式(BaseConfiguration)、中级模式(MediumConfiguration)、完整模式(FullConfiguration)，以及相应的信号引脚规范和数据传输量，并且同时提供4路的相机控制信号线。图像采集卡和相机之间的通信采用了LVDS(LowVoltageDifferentialSignaling)，速度快而且抗噪性能较好。图像采集卡和相机之间使用专门的连接线，距离最远10米，一般提供的是标准的3米连接线。现阶段，应用ChannelLink技术可实现高达2.38Gbps的传输速率，而CameraLink运用了3路ChannelLink技术，其传输速率足以满足当今数字相机对高数据传输速率的要求。由于CameraLink的高性能、低成本以及其连接的便利性，迅速得到许多相机及图像采集卡的生产商的支持。2、ChannelLink技术的优点ChannelLink技术有很多的优点,它是建立在现有的通用、低成本技术（例如TTL和LVDS）之上的一种数据传输技术，所以它很容易学习和应用。ChannelLink的相关协议芯片不但价格便宜而且易于使用，同时，既然它使用低压摆幅差分电流模式驱动，那么ChannelLink就降低了电子噪声干扰。ChannelLink技术的主要优势在于它的数据线多路技术，这种技术使线缆的使用量大大缩减[14]。如果用传统的RS-422/644技术传输28位的数据，则在传输线缆上就需要56只终端电阻，而使用ChannelLink技术只要11只终端电阻，即4对数据线，1对时钟线和至多一个地，所以不但线缆外型变小了而且还降低了屏蔽的要求，这也意味着可以在线缆上使用较小体积的连接器二、CameraLink标准概述CameraLink技术标准是基于NationalSemiconductor公司的ChannelLink标准发展而来的，而ChannelLink标准是一种多路并行LVDS传输接口标准。ChannelLink标准低压差分信号（LVDS）是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在350mV左右，具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在1.923Gbps。90年代美国国家半导体公司（NationalSemiconductor）为了找到平板显示技术的解决方案，开发了基于LVDS物理层平台的ChannelLink技术。此技术一诞生就被进行了扩展，用来作为新的通用视频数据传输技术使用。如图1所示，ChannelLink由一个并转串信号发送驱动器和一个串转并信号接收器组成，其最高数据传输速率可达2.38G。数据发送器含有28位的单端并行信号和1个单端时钟信号，将28位CMOS/TTL信号串行化处理后分成4路LVDS数据流，其4路串行数据流和1路发送LVDS时钟流在5路LVDS差分对中传输。接收器接收从4路LVDS数据流和1路LVDS时钟流中把传来的数据和时钟信号恢复成28位的CMOS/TTL并行数据和与其相对应的同步时钟信号。图1ChannelLink工作模式图三、ChannelLink的多路复用（CameraLink标准）标准的CameraLink是由多路ChannelLink复用而成的，不仅包含相机图像数据信号和时钟信号，而且还包含相机的控制信号和串行通信信号。CameraLink的接口配置包括：基本模式(BaseConfiguration)、中级模式(MediumConfiguration)、完整模式(FullConfiguration)。在基本模式中，一对ChannelLink信号发送驱动器和接收器随同4对用来控制相机的RS-644LVDS收发器和2对用来协调相机和采集卡间串行通信的RS-644LVDS收发器协同工作。一对ChannelLink信号发送驱动器和接收器仅局限于28位并行视频数据传输，因此基本模式就不能够满足所有的视频传输情况。中级模式包括2对ChannelLink信号发送驱动器与接收器和与之随同的用于相机控制和串行通信的LVDS线对。中级模式最高可传输56位并行视频数据。完整模式包括了3对ChannelLink信号发送驱动器和接收器和与之随同的用于相机控制和串行通信的LVDS线对。完整模式最高可传输84位的视频数据。图2CameraLink接口的配置模式关于CameraLink的各种接口配置模式如图2所示，基本模式配置下只需要一条标准的电缆连接相机和图像采集卡，而中级模式和完整模式的配置下，则需要2条标准电缆四、ChannelLink标准的端口和端口分配1．端口定义一个端口定义为一个8位的字，在这个8位的字中，最低的1位（LSB）是bit0，最高的1位（MSB）是bit7。CameraLink标准使用8个端口，即端口A至端口H。2．端口分配在基本配置模式中，端口A、B和C被分配到唯一的CameraLink驱动器/接收器对上；在中级配置模式中，端口D、E和F被分配到第二个驱动器/接收器对上；在完整配置模式中，端口A、B和C被分配到第一个驱动器/接收器对上，端口D、E和F被分配到第二个驱动器/接收器对上，端口G和H被分配到第三个驱动器/接收器对上（见图2）。表1给出了三种配置的端口分配，CameraLink芯片及连接器的使用数量情况。表13种配置模式的端口分配配置模式端口芯片数量连接器数量基本A,B,C11中级A,B,C,D,E,F22完整A,B,C,D,E,F,G,H32每一个CameraLink驱动器都有标注着从TX0至TX27的28个数据输入引脚，相应的接收器有标注着从RX0至RX27的28个数据输出引脚。3．端口的位分配从表2中我们可以看出在3种CameraLink配置模式中，图像数据位是怎样分配到端口的。这种位分配方式已经被应用于市场上最流行的相机上了。表2CameraLink接口的端口分配驱动器输入信号对应芯片引脚StrobeTxCLKOut/TxCLKInLVALTX/RX24FVALTX/RX25DVALTX/RX26SpareTX/RX23PortA0，PortD0，PortG0TX/RX0PortA1，PortD1，PortG1TX/RX1PortA2，PortD2，PortG2TX/RX32PortA3，PortD3，PortG3TX/RX3PortA4，PortD4，PortG4TX/RX4PortA5，PortD5，PortG5TX/RX6PortA6，PortD6，PortG6TX/RX27PortA7，PortD7，PortG7TX/RX5PortB0，PortE0，PortH0TX/RX7PortB1，PortE1，PortH1TX/RX8PortB2，PortE2，PortH2TX/RX9PortB3，PortE3，PortH3TX/RX12PortB4，PortE4，PortH4TX/RX13PortB5，PortE5，PortH5TX/RX14PortB6，PortE6，PortH6TX/RX10PortB7，PortE7，PortH7TX/RX11PortC0，PortF0TX/RX15PortC1，PortF1TX/RX18PortC2，PortF2TX/RX19PortC3，PortF3TX/RX20PortC4，PortF4TX/RX21PortC5，PortF5TX/RX22PortC6，PortF6TX/RX16PortC7，PortF7TX/RX17如果只用端口D和G，那么它们与器件的连接方法与端口A相同。同样，如果使用端口E和H，它们与器件连接方法同端口B的相同，端口F的与端口C的相同。如果相机在每个周期内仅输出1个像素，那么就使用分配给像素A的端口；如果相机在每个周期内输入2个像素，那么使用分配像素A和像素B的端口；如果在每个周期内输出3个像素，那么使用分配给像素A、B和C的端口；依次类推至相机每周期输出8个像素，那么分配给A～H的8个端口都将被使用。五；CameraLink连接器与电缆引脚定义ChannelLink的高速速率传输使选择连接器和电缆这一环节变得非常重要。必须严格依照CameraLink标准中关于对连接器与电缆的引脚定义去设计相机和采集卡的相关连接信号。1.连接器连接器规定的制造商是3M公司，其规格化的3M26-pinMDR（MiniDRibbon）产品是ChannelLink的标准连接器（如图3所示），故而CameraLink标准的连接器也选择此型号。图326-pinMDR连接器当将这些连接器安装到一个相机或者图像采集卡上时要用到插槽（如图4所示）。插槽上的连接器固定螺母要与标准的CameraLink电缆连接器上的固定螺丝匹配。图426-pinMDR连接器插槽示意图2．电缆3M按照CameraLink标准设计了一种专门用于相机和图像采集卡之间的集成电缆。这种双绞屏蔽电缆能够满足高速差分信号应用中的所有严格要求。3M电缆产品的通用型号为14X23—SZLB—XXX—OLC。它的有效长度在1m至10m之间。另外，它有2种外壳可供选择。关于电缆的选型参数说明如图5所示。本设计中采用的是14B23—SZLB—200—OLC，即带固定螺丝的2m长电缆。图53M电缆产品选型说明图3．连接器的引脚分布表4给出了安装于相机或者图像采集卡上的26-pinMDR连接器的引脚定义。表4MDR-26连接器引脚定义中级、完整配置模式基本配置模式（含控制与串行通信）相机端图像采集卡端ChannelLink信号电缆相机端图像采集卡端连接器ChannelLink信号11InnershieldInnershield11Innershield1414InnershieldInnershield1414Innershield225Y0-PAIR1-225X0-1512Y0+PAIR1+1512X0+324Y1-PAIR2-324X1-1611Y1+PAIR2+1611X1+423Y2-PAIR3-423X2-1710Y2+PAIR3+1710X2+522Yclk-PAIR4-522Xclk-189Yclk+PAIR4+189Xclk+621Y3-PAIR5-621X3-198Y3+PAIR5+198X3+720100ΩPAIR6+720SerTC+207TerminatedPAIR6-207SerTC-819Z0-PAIR7-819SerTFG-216Z0+PAIR7+216SerTFG+918Z1-PAIR8-918CC1-225Z1+PAIR8+225CC1+1017Z2-PAIR9+1017CC2+234Z2+PAIR9-234CC2-1116Zclk-PAIR10-1116CC3+243Zclk+PAIR10+243C