Integration von Blockkameras
HDMI, SDI, USB3, Analog, IP-basiert?
Warum Blockkameras?
Blockkameras erfreuen sich großer Beliebtheit, da sie einige sehr wichtige Funktionen mit einer offenen und flexiblen Systemarchitektur kombinieren. Die große Stärke von Blockkameras ist, dass sie in der Regel mit einem optischen Zoomobjektiv, Autofokus-Funktionen und einem kompakten Gehäuse ausgestattet sind.
Da verschiedene Märkte unterschiedliche Videostandards erfordern, bieten die meisten modernen Blockkameras eine 30-polige LVDS-, HDMI- oder MIPI-Schnittstelle. Um Systemintegratoren die Möglichkeit zu geben, den Videoübertragungsstandard für ihre Anwendung auszuwählen, bietet AIVION Schnittstellenlösungen für viele verschiedene Blockkameramodelle an.

Was ist der beste Videoübertragungsstandard für meine Anwendung?
Es gibt viele Möglichkeiten, wie ein Kamera-Subsystem in ein Produkt integriert werden kann. Der Grund für die große Auswahl an Schnittstellen ist die Tatsache, dass es keinen einzigen Standard gibt, der nur Stärken hat. Es gibt immer ein "aber". In einer idealen Welt würden Systemintegratoren gerne Folgendes kombinieren:
Geringe Latenz
Qualitativ hochwertiges Video
Ohne Artefakte und Rauschen
Hochauflösend
Hochauflösende Video-Streams
Geringe Kosten für die Verkabelung
Viele Frames pro Sekunde
Geringer Stromverbrauch
Übertragung über große Entfernungen
Hohe Flexibilität
zum Anschluss an verschiedene Gerätearten
Da es keine einfache Antwort auf die Frage gibt, welche Videoübertragung die beste ist, haben sich die meisten Anbieter von Blockkameras dazu entschlossen, Kameras mit einer LVDS-Schnittstelle (Low Voltage Differential Signal) anzubieten, die dem Systemintegrator die Frage nach der richtigen Videoübertragung überlässt. Diese Kamerablöcke können mit vielen verschiedenen Standardschnittstellen kombiniert werden, um die perfekte Lösung für Ihre Systemanforderungen zu finden.
Welche Videoübertragung benötige ich?

Latenz
Die Bedeutung der Latenzzeit ist der Grund, warum viele Integratoren von Blockkameras die Videoübertragung ohne IP nutzen. Die Videosignale der meisten Blockkameras liefern unkomprimierte Videosignale in hoher Qualität. Diese Videosignale erfordern eine große Bandbreite. Ein Full-HD-Videosignal mit einer Auflösung von 1920 Pixeln und 1080 Zeilen, das 60 Mal pro Sekunde übertragen wird (1080p60 genannt), erfordert 3 Gbit Daten pro Sekunde. IP-basierte Videosysteme verwenden Datenkompressionstechniken, um die benötigte Bandbreite zu minimieren. Es gibt verschiedene Kompressionsverfahren wie M-JPEG, MPEG4 oder H.264. Einige Standards verwenden Komprimierungstechniken, die nach Redundanzen innerhalb eines Frames suchen, während andere auch mehrere Frames verwenden können, um die Datenmenge zu minimieren. Je mehr Frames ein System zur Dekodierung und Kodierung des Videostroms verwendet, desto höher ist in der Regel die Latenzzeit. IP-basierte Videoschnittstellen haben eine höhere Systemlatenz als nicht komprimierungsbasierte USB3-, HDMI-, SDI- oder analoge Schnittstellen.
Bildqualität
Die Bildqualität hängt vom Kamerablock ab. Wichtige Faktoren sind die Sensorgröße, die Sensorempfindlichkeit, die Objektivqualität und die Bildverarbeitung in der Kamera. Wenn die Videoübertragung eine Videokomprimierung erfordert, kann sich die Schnittstelle negativ auf die Videoqualität auswirken, da Komprimierungstechniken, die keine visuellen verlustfreien Komprimierungstechniken verwenden, Artefakte hinzufügen und einige Details im Bild kosten. Unsere USB3-, HDMI- oder SDI-Schnittstellen haben keinen negativen Einfluss auf die Videoqualität, da wir hier keine Kompressionsverfahren verwenden.


Auflösung
Die aktuellen Generationen von Blockkameras sind Digitalkameras mit CMOS-Sensoren. Typische Auflösungen sind:
- HD (1280 x 720)
- Full-HD (1920x1080)
- WQHD (2560x1440)
- UHD (3840x1260)
Je höher die Auflösung, desto mehr Bandbreite wird für die Übertragung des unkomprimierten Videostroms benötigt. Manchmal kann die Auswahl eines bestimmten Videostandards eine bestimmte Auflösung ausschließen. WQHD kann zum Beispiel für eine HDMI-Schnittstelle verwendet werden, aber der SDI-Standard spezifiziert diese Auflösung nicht. Daher unterstützen unsere SDI-Schnittstellen (Koax und Glasfaser) die WQHD-Auflösung nicht. Einige Kameras gruppieren Pixel zusammen, wenn eine niedrigere Auflösung gewählt wird. Der Vorteil dieser "größeren" Pixel besteht darin, dass sie mehr Licht einfangen können und die Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen verbessern. Der Nachteil ist die geringere Auflösung. Wenn Sie eine Kamera in diesem Modus verwenden, ist es wichtig, dass die Schnittstelle mit beiden Modi umgehen kann.
Geringe Kosten für die Verkabelung


Wie viele Bilder pro Sekunde?
Je höher die Auflösung des Bildes und je höher die Bildrate des Videos, desto mehr Bandbreite wird benötigt. Bei SD-SDI-Systemen (den alten PAL- oder NTSC-Standards, die in der Regel Datenraten um 270 Mbit/s verwenden) kann die Übertragungslänge etwa 300 m betragen. Die HD-Standards (1,5Gbit/s oder 3Gbit/s) haben typischerweise nicht mehr als 100m. Aber auch hier macht es einen Unterschied, ob das Videoformat interlaced (nur Halbbilder werden übertragen) oder progressiv ist und ob die Bildrate 25, 30, 50 oder 60 Bilder pro Sekunde beträgt. So ist die Datenrate eines 720p25-Signals viel niedriger als die eines 1080p60-Videos, und die Übertragungslänge ist bei Verwendung desselben SDI-Kabels für das 720p25-Video länger als für das 1080p60-Video. Andere Faktoren können jedoch spezielle Videoeinstellungen erforderlich machen. Je nach Beleuchtung und Frequenz Ihres Netzes (z. B. 220V50Hz oder 110V60Hz) kann Ihr Video flimmern, wenn Ihr Bildschirm die falsche Bildrate hat. Darüber hinaus unterstützt nicht jeder Monitor oder Rekorder alle Bildraten. Aus diesem Grund unterstützen die meisten Blockkameras mehrere Bildauflösungen und Bildraten. Dabei handelt es sich jedoch um eine feste Anzahl von unterstützten Werten. Blockkameras unterstützen in der Regel keine variablen Bildraten wie fünf Bilder pro Sekunde oder 11 Bilder pro Sekunde, oder was auch immer für eine industrielle Anwendung erforderlich sein mag. Wenn eine solche Lösung erforderlich ist, muss das Bild in einem Bildpuffer gespeichert werden, und es wird ein spezieller Bildratenkonverter benötigt. Dies könnte ein Thema für ein kundenspezifisches Produkt sein.
Videoübertragung über eine große Entfernung
Für Anwendungen, die eine Videoübertragung über große Entfernungen (einige hundert Meter oder sogar Kilometer) erfordern, gibt es keine Alternative zu optischen Lösungen, zumindest wenn das Video unkomprimiert ist. Da die Komprimierung in der Regel zu erheblichen Latenzzeiten und Artefakten führt, erfordern viele Systeme eine unkomprimierte Videoübertragung. Je nach Systemarchitektur ist es möglich, das Kamerasystem (Parameter wie Zoom, Fokus und Beleuchtung) über das gleiche Koaxial- oder Glasfaserkabel zu steuern, über das auch das Video übertragen wird. Um dies zu realisieren, sind spezielle Schnittstellen erforderlich, die von AIVION angeboten werden. Für HD-SDI-Anwendungen, die nur mittlere Entfernungen benötigen (z.B. 30-50m in Innenräumen), ist es möglich, das Koaxialkabel für die Stromversorgung zu nutzen! In diesem Fall würden also Strom, Steuerung und Video über ein einziges Koaxialkabel laufen.

Hohe Flexibilität für den Anschluss an verschiedene Gerätetypen
Die Kombination aus Blockkameras und spezifischen Schnittstellen ermöglicht es Systemintegratoren, eine optimierte Systemarchitektur zu realisieren, ohne eigene Platinen zu entwickeln und das Rad neu zu erfinden. Eine breite Palette verschiedener Blockkameramodelle (von 10-fachem optischem Zoom bis zu mehr als 30-fachem optischem Zoom, von kleinen Formfaktoren bis zu größeren Modellen mit größeren Sensoren, von niedrigen Preissegmenten bis zu High-End-Modellen) in Kombination mit Analog-, HDMI-, USB3- und 1,5G-, 3G- oder 6G-SDI-Standards ermöglicht eine nahezu perfekte Anpassung an eine Vielzahl unterschiedlicher Videosystemanforderungen.
HD Block Cameras
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4K Block Cameras
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AIVION Interfaces
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