CoaXPress 2.0 Höhere Bandbreite und mehr …

WhitePaper / 02.2019


Der Erfolg des High-End-Standards für Bildverarbeitungssysteme beruht auf seiner Zuverlässigkeit, der Einfachheit in Bezug auf Kabel und Anschlüsse, der erweiterten Kabellänge und anderen für die Branche wichtigen Funktionsmerkmalen wie sehr geringen Trigger-Jitter, Kamerasteuerung und Stromversorgung über Kabel (Power over Cable). Der CoaXPress-Standard Version 2.0 bietet viele neue Funktionen und ist dennoch rückwärtskompatibel mit CoaXPress
1.1.1. Hier eine Übersicht über die neuen Funktionen sowie einige Anwendungsfälle.
 

Erweiterte Bandbreite und höhere Auslöseraten

Ein CoaXPress 2.0-Link mit vier CXP-12-Verbindungen kann eine Datenübertragungsrate von bis zu 50 Gbit/s bzw. 5 GByte/s unterstützen. Dies ist beispielsweise ausreichend für einen Flächensensor mit 10 Bit und 12 Megapixel bei über 300 Bildern pro Sekunde oder einen Zeilensensor mit 8 Bit und 16.000 Pixeln bei 300.000 Zeilen pro Sekunde. Ein einziger CoaXPress CXP-10 Kameraanschluss liefert eine höhere Bandbreite über ein einziges Kabel als eine erweiterte 80 Bit CameraLink-Kamera mit Full-Konfiguration, die 6,8 Gbit/s (0,85 GByte/s) über zwei Kabel liefert. Ein CXP-12 Framegrabber mit vier Anschlüssen liefert über einen einzigen Steckplatz mehr Bandbreite als vier CameraLink-Framegrabber mit Full-Konfiguration.
 
  














 





Darüber hinaus erhöht CoaXPress 2.0 auch die Bitrate für Upload-Verbindungen vom Host zum Gerät von 20,83 Mbit/s auf 41,6 Mbit/s für CXP-10 und CXP-12. Dies ermöglicht einem Host den Versand von Auslösemeldungen an eine Kamera mit Raten von nahezu 600 kHz im Einzelauslösemodus oder nahezu 300 kHz im Doppelauslösemodus (steigende/fallende Flanken). Die Kabellänge ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei den erweiterten Bitraten des CoaXPress 2.0. Dank der Weiterentwicklung von Kabeltreibern und Equalizer, um CXP-10 und CXP-12 zu ermöglichen, wurden die Kabellängen für geringere Bitraten wesentlich verbessert (CXP-1, CXP-2, CXP-3, CXP-5 und CXP-6).













Unterstützung für Mikro-BNC-Steckverbinder

Dank der erweiterten Bitraten unterstützt CoaXPress 2.0 auch Mikro-BNC-Steckverbinder (auch als HD-BNCTM bezeichnet). Diese Steckverbinder sind ein De-facto-Standard, der von Amphenol® erfunden und für Übertragungsraten von bis zu
12 Gbit/s entwickelt wurde. Sie sind in der Broadcast-Branche für 12G-SDI-Links weit verbreitet und bieten eine beispiellose mechanische Stabilität, eine kompakte Größe (ähnlich DIN 1.0/2.3) und passende elektrische Eigenschaften.
 

Einheitliche Zeitstempel

CoaXPress 2.0 führte auch die Vereinheitlichung von Zeitstempeln ein, mit der Ereignisse von Geräten, Hosts und Software mit einer einheitlichen Zeitreferenz versehen werden. Die Grundlage für einheitliche Zeitstempel ist je eine interne und unabhängige freilaufende Uhr vom Host und Gerät.
Host wie Gerät versehen interne Ereignisse mit ihrer entsprechenden Uhr mit einem Zeitstempel („t-dev“ für Geräteereignisse und „t-host“ für Hostereignisse).
Das Gerät sendet regelmäßig eine Zeitsynchronisierungsmeldung an den Host, sodass dieser die Relation zwischen t-dev und t-host nachverfolgen kann. Anhand dieser Relation kann der Host die Zeitstempel als t-dev in Zeitstempel als t-host umrechnen.
 
 

Ereigniskanal

Der Ereigniskanal ist ein neuer Kommunikationspfad, der mit CoaXPress 2.0 eingeführt wurde. Er bietet dem Gerät einen Mechanismus, mit dem Meldungen und Statusupdates asynchron an einen Host gesendet werden können. Alle Ereignismeldungen sind mit einem einheitlichen Zeitstempel versehen. Über diesen neuen Kanal kann das Gerät die Anwendung präzise informieren, wenn bestimmte interne Ereignisse auftreten (z. B. der Start einer Aufnahme oder Eingangs-/Ausgangssignalstatus).
 

Fehlerberichte

Der CoaXPress 2.0 bietet eine Reihe von Zählerständen, die dem Nutzer einen klaren Überblick über die Link-Qualität während des Betriebs geben. Diese Zählerstände werden inkrementiert, wenn ein Link-bezogenes Problem auftritt, z. B.: Link-Verlust, falsche 8b/10b-Symbole erkannt, CRC-Fehler und Unterschiede zwischen duplizierten Zeichen (wird in manchen CXP-Meldungen für Robustheit verwendet). Die Anwendung kann diese Zählerstände über die GenApi lesen und zurücksetzen.


Kontrollpaket-Tag

Neu mit CoaXPress 2.0 ist auch ein Tag-Feld in Kontrollpaketen, mit denen die Robustheit des Kontrollkanals verbessert wird. Das Tag-Feld ist eine fortlaufende Zahl, die mit jedem neuen Befehl vom Host ausgegeben wird. Das Gerät (die Kamera) muss eine Bestätigungsmeldung zusammen mit dem Tag senden, das mit dem entsprechenden Befehlspaket empfangen wurde. Mit dieser Regel wird der Betrieb von Host und Gerät nach Fehlerzuständen immer wieder hergestellt, z. B. bei einer verloren gegangenen Bestätigungsmeldung. In diesem Fall wird der Host nach einer festgelegten Zeitüberschreitung den Befehl mit demselben Tag erneut senden. Das Gerät kann anhand des empfangenen Tags prüfen, ob dieser Befehl bereits ausgeführt wurde.


Datenweiterleitung

CoaXPress 2.0 definiert Regeln für die Weiterleitung von Daten, wenn ein Gerät gleichzeitig Daten an mehr als einen Host streamt. Ein Gerät, das Daten weiterleiten kann, muss mehr als einen Link haben. Dabei muss jeder Link, ein sogenanntes Sub-Gerät, ein Standard-CoaXPress-Link sein. Das heißt, dass aus Sicht des Hosts jeder Link von einem Gerät mit Datenweiterleitung als reguläres Gerät behandelt werden kann. CoaXPress 2.0 definiert wie folgt auch die Anzahl der gemeinsamen Nutzungsmodi für Bildstreams:

Weitere Verbesserungen/Funktionen in CoaXPress 2.0

Der CoaXPress 2.0-Standard beinhaltet auch mehrere Klarstellungen auf Mechanik-, Elektrik- und
Protokollebene. Dadurch wird die Implementierung vereinfacht und die Zuverlässigkeit erhöht.
 

Fazit

Seit der Vision-Schnittstellenstandard CoaXPress 2011 als offizieller Standard anerkannt wurde, hat er sich in den Machine-Vision- und Videoüberwachungsbranchen bei Maschinenbauern und Systemintegratoren weltweit maßgeblich durchgesetzt. CoaXPress 2.0, die neuste Entwicklung des Standards, beinhaltet einen wesentlichen Fortschritt, da er die Bandbreite für die neusten Kameras mit hoher Auflösung und hohen Framerates liefert. Dies ermöglicht Anwendungen der nächsten Generation mit klareren Bildern in weniger Zeit, sodass ein höheres Niveau bei Produktivität, Qualität, Sicherheit und Wirklichkeitsverständnis als je zuvor erreicht werden kann.

 
VERFASSER:
Dr. Paulo Possa,
Hardware Engineer

 

Author:
Dr. Paulo Possa
Hardware Engineer