在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，數(shù)據(jù)如同流淌在信息高速公路上的血液，驅(qū)動(dòng)著各個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。而在嵌入式視覺領(lǐng)域，高速數(shù)據(jù)傳輸正扮演著越來(lái)越關(guān)鍵的角色，它不僅是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)視覺感知的基礎(chǔ)，更是開啟未來(lái)智能應(yīng)用無(wú)限可能的鑰匙。

隨著智能設(shè)備的普及、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的不斷升級(jí)以及各類軟件的飛速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟪尸F(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)。企業(yè)迫切需要數(shù)據(jù)在其復(fù)雜的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施中以閃電般的速度傳輸，同時(shí)還需確保傳輸過(guò)程具備高度的適應(yīng)性、可擴(kuò)展性以及安全性。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠼o系統(tǒng)帶來(lái)了前所未有的壓力，對(duì)底層基礎(chǔ)設(shè)施提出了近乎嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。無(wú)論是提升手機(jī)視頻質(zhì)量，讓人們能夠隨時(shí)隨地記錄高清精彩瞬間;還是幫助無(wú)人駕駛汽車在瞬息萬(wàn)變的路況中及時(shí)準(zhǔn)確地避免碰撞，保障道路交通安全;亦或是激活智能家居安全設(shè)備，為家庭構(gòu)筑可靠的安全防線，以及監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，確保生產(chǎn)流程的高效穩(wěn)定，高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾远疾谎远鳌?

在嵌入式視覺應(yīng)用中，一系列關(guān)鍵的硬件、軟件以及接口協(xié)議要求構(gòu)成了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕?。移?dòng)行業(yè)處理器接口(MIPI)作為一種標(biāo)準(zhǔn)化接口，在移動(dòng)和嵌入式視覺領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，它如同一條暢通的橋梁，將外設(shè)和傳感器與設(shè)備的嵌入式處理器緊密相連，有力地支持著各種傳感器、處理器和顯示器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。千兆位多媒體串行鏈路(GMSL)則是一種高度可配置的 SERDES 互連解決方案，特別適用于高速、高分辨率視頻和顯示應(yīng)用，能夠通過(guò)單線同時(shí)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、控制和電源信號(hào)，大大簡(jiǎn)化了布線復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)集成度。DSI 負(fù)責(zé)將處理過(guò)的視頻或圖像數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地傳輸?shù)狡聊簧?，是眾多現(xiàn)代嵌入式視覺應(yīng)用不可或缺的重要組成部分。PCIe® 作為一種高性能、可擴(kuò)展且定義明確的接口標(biāo)準(zhǔn)，在連接系統(tǒng)的處理單元與攝像頭、傳感器等外圍設(shè)備方面發(fā)揮著核心作用，為數(shù)據(jù)傳輸提供了高速穩(wěn)定的通道。以太網(wǎng)電纜作為一種常見的有線連接方式，在局域網(wǎng)(如 GigE Vision、以太網(wǎng) AVB/TSN、IPMX、Dante 和 NDI)和廣域網(wǎng)(如 SMPTE 2022、SMPTE 2110)傳輸中都有廣泛應(yīng)用，其通用性和成熟的技術(shù)體系為數(shù)據(jù)的長(zhǎng)距離傳輸提供了可靠保障。

盡管這些協(xié)議和組件各自在視覺應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，但它們并非孤立存在，還需要互補(bǔ)的硬件和軟件協(xié)同工作，才能充分發(fā)揮出最受歡迎的功能。在這方面，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)憑借其獨(dú)特的靈活性和先進(jìn)的功能脫穎而出，成為了實(shí)現(xiàn)嵌入式視覺協(xié)議無(wú)縫集成的理想選擇。開發(fā)人員可以借助 FPGA 強(qiáng)大的可編程能力，將各種協(xié)議和組件有機(jī)地整合在一起，充分挖掘它們的潛力，發(fā)揮出強(qiáng)大的作用。

以萊迪思為例，其提供了全面的硬件和軟件解決方案，致力于將這些協(xié)議和組件完美集成到視覺應(yīng)用中?；谌R迪思 Nexus?和萊迪思 Avant? FPGA 平臺(tái)的 FPGA 系列產(chǎn)品，具備嵌入式存儲(chǔ)、大量 I/O 接口以及領(lǐng)先的低功耗特性。這些 FPGA 擁有優(yōu)化的互連功能、低功耗和小封裝尺寸等優(yōu)勢(shì)，能夠出色地支持高速應(yīng)用場(chǎng)景，滿足嵌入式視覺系統(tǒng)對(duì)硬件性能和功耗的嚴(yán)格要求。萊迪思 mVision?解決方案集合更是包含了一系列實(shí)用工具，為嵌入式視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了極大的便利，幫助他們能夠快速開發(fā)和部署基于 FPGA 的應(yīng)用，涵蓋了機(jī)器視覺、機(jī)器人、ADAS、視頻監(jiān)控和無(wú)人機(jī)等眾多熱門領(lǐng)域。其中，參考設(shè)計(jì)和演示涵蓋了傳感器橋接和聚合、顯示器連接和圖像處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為設(shè)計(jì)人員在構(gòu)建嵌入式視覺系統(tǒng)時(shí)提供了寶貴的示例和預(yù)開發(fā)起點(diǎn)，大大縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。軟件工具萊迪思 Radiant?和 Lattice Diamond?則提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能，確保了在嵌入式視覺設(shè)計(jì)中 FPGA 能夠快速、高效地集成到系統(tǒng)中。此外，IP 核如模塊化 MIPI/D-PHY 和 USB3/GigE Vision 等，可作為可擴(kuò)展設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)構(gòu)建模塊，進(jìn)一步提升了設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性。

在嵌入式視覺應(yīng)用開發(fā)過(guò)程中，橋接 / 排隊(duì)和通道聚合是兩個(gè)至關(guān)重要的功能。它們?nèi)缤悄艿慕煌屑~管理員，負(fù)責(zé)設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)，并將一種媒體 / 格式巧妙地轉(zhuǎn)換為另一種媒體 / 格式。例如，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，視頻數(shù)據(jù)可能會(huì)通過(guò)多種不同的物理介質(zhì)進(jìn)行傳輸，然后經(jīng)過(guò)聚合、優(yōu)先級(jí)排序或選擇性預(yù)處理等一系列操作，最后再打包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，以確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、高效地到達(dá)目的地。在某些情況下，媒體數(shù)據(jù)并非通過(guò)網(wǎng)絡(luò)橋接傳輸?shù)竭h(yuǎn)處，而是通過(guò) PCIe 或以太網(wǎng)進(jìn)入主機(jī) PC 或 SoC 進(jìn)行計(jì)算處理，這種靈活的數(shù)據(jù)傳輸和處理方式為滿足不同應(yīng)用需求提供了多樣的選擇。

嵌入式視覺應(yīng)用對(duì)算力有著極高的要求，同時(shí)還不能犧牲效率或數(shù)據(jù)質(zhì)量。萊迪思 FPGA 系統(tǒng)通過(guò)支持關(guān)鍵組件和協(xié)議，為開發(fā)人員創(chuàng)建高速、低功耗的系統(tǒng)提供了有力支持。在萊迪思開發(fā)者大會(huì)上，展示了多個(gè)令人矚目的基于 FPGA 的嵌入式視覺應(yīng)用實(shí)例。其中，利用 GSML 到 Holoscan 傳感器橋?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣 AI 的應(yīng)用備受關(guān)注。通過(guò)萊迪思與 NVIDIA® 合作開發(fā)的 Holoscan 傳感器橋接，開發(fā)人員能夠輕松地將支持 GMSL 的攝像頭與使用 MIPI 的開發(fā)套件和顯示器進(jìn)行配對(duì)。這一創(chuàng)新的參考設(shè)計(jì)為硬件開發(fā)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師提供了極大的便利，使他們能夠在沒有 MIPI 接口的系統(tǒng)中充分利用 GMSL 組件，同時(shí)確保滿足嵌入式和網(wǎng)絡(luò)邊緣用例對(duì)高比特率和穩(wěn)定連接性的嚴(yán)格要求。另一個(gè)具有代表性的應(yīng)用是橋接 MIPI DSI 和 DisplayPort。借助萊迪思 FPGA 和 IP 核，開發(fā)人員可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和高清顯示器之間的無(wú)縫銜接。以萊迪思 CertusPro?-NX 為例，開發(fā)人員能夠通過(guò) MIPI 協(xié)議將視頻數(shù)據(jù)從 DSI 平穩(wěn)地傳輸?shù)? DisplayPort。這一解決方案不僅滿足了各行業(yè)嵌入式視覺的靈活連接需求，特別是在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用，有助于確保高質(zhì)量的視頻輸出，同時(shí)還降低了對(duì)圖形處理器(GPU)等昂貴組件的處理能力要求，為企業(yè)節(jié)省了成本。

除了上述已經(jīng)展示的應(yīng)用之外，利用動(dòng)態(tài)接口的、基于萊迪思 FPGA 的系統(tǒng)在未來(lái)還展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。在不斷發(fā)展的機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，機(jī)器人需要實(shí)時(shí)處理大量的視覺信息，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的動(dòng)作控制和環(huán)境感知，高速數(shù)據(jù)傳輸和高效的視覺處理能力將是決定機(jī)器人性能的關(guān)鍵因素。通過(guò)人工智能強(qiáng)化的工業(yè)檢測(cè)工具也對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸有著迫切需求，它們需要快速準(zhǔn)確地分析生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和質(zhì)量問(wèn)題，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在汽車視覺系統(tǒng)方面，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車需要在極短的時(shí)間內(nèi)處理來(lái)自多個(gè)攝像頭和傳感器的海量視覺數(shù)據(jù)，高速數(shù)據(jù)傳輸是實(shí)現(xiàn)安全、可靠自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)保障。強(qiáng)大的硬件和適應(yīng)性強(qiáng)的連接接口相結(jié)合，為開發(fā)人員支持要求高效控制和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)那度胧揭曈X系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，也為嵌入式視覺的未來(lái)發(fā)展打開了無(wú)限可能的大門。

高速數(shù)據(jù)傳輸在嵌入式視覺領(lǐng)域正發(fā)揮著不可替代的核心作用，它是推動(dòng)嵌入式視覺技術(shù)不斷創(chuàng)新和廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵力量。從硬件到軟件，從接口協(xié)議到系統(tǒng)集成，各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展共同構(gòu)建了嵌入式視覺的未來(lái)藍(lán)圖。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，我們有理由相信，嵌入式視覺將在更多領(lǐng)域綻放光彩，為人們的生活和社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)更多驚喜和變革。