當第一支配備相機的行動電話在2000年上市時，很少有人能想見這些裝置未來實現的所有應用。除了隨手拍照與自拍外，還具備在網路上檢查存款餘額、進行生物辨識認證、遠距醫療以及許多其他功能。
以上與其他應用能夠如此盛行之原因在於過去17年之中，數位相機感測器與相關系統經歷大幅改進。最新的里程碑是MIPI(Mobile Industry Processor Interface)聯盟的相機串列介面(Camera Serial Interface-2, CSI-2)規格2.0版本，其用途是用來連結行動裝置的相機與裝置處理器。
CIS-2版本1.0(CSI-2 v1.0)是全球行動裝置影像與影片應用最為廣泛運用的介面。如今，版本2.0以前一代的成功為基礎，為系統設計師提供多種功能與效能，開啟全新市場商機(圖1)。
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| 圖1 CSI-2成像導管解決方案 |
舉例來說，MIPI CSI-2規格2.0版本(CSI-2 v2.0)的設計除了提供智慧手機使用外，還可用於物聯網(IoT)裝置、穿戴式裝置、醫療裝置、擴增實境/虛擬實境(AR/VR)裝置、無人機以及汽車。此一用途的擴增也反映出MIPI聯盟成員的變化：許多成員公司是從行動電話市場起家，現在正跨入物聯網、汽車、無人機、以及感知與情境認知領域。他們的演進推動了MIPI CSI-2 v2.0版本的演進。例如，汽車製造商與旗下供應商能夠運用MIPI CSI-2 v2.0，提供駕駛人手勢控制功能，讓目光與注意力可集中放在路況，無須轉移至摸索開關、按鈕與轉盤。
關於執行CSI-2 v2.0，系統設計師擁有MIPI C-PHY與MIPI D-PHY兩套實體層選擇方案。其效能可根據通道升級，使用三條通道(九線)C-PHY介面時最高可支援24Gbit/s，使用四條通道(十線)D-PHY介面時最高可支援18Gbit/s。
兩種實體(PHY)規格都已更新，用以支援CSI-2 v2.0，並實現反向相容。此一特點讓使用者能夠在轉用CSI-2 v2.0的同時，運用現有的產品設計，進而減少成本並縮短上市時間。
搭配ADAS行駛 注意路況不分心
MIPI CSI-2 v1.3支援多式各樣的解決方案，其中包括1080p、4K及8K等單相機與多相機應用。CSI-2 v2.0強調由RAW-16與RAW-20所支援的色彩深度，大幅改善場景內高動態範圍(HDR)影像與訊噪比(SNR)。
這些功能特別適合搭配先進駕駛輔助系統(ADAS)等汽車應用。舉例來說，CSI-2 v2.0讓這些應用即使在環境快速變化的場合仍能維持高效能表現，像是汽車從昏暗的隧道進入明亮的日光時(圖2)。
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| 圖2 汽車系統架構圖 |
高動態範圍與訊噪比增強能夠幫助無人機運用以視覺為基礎的同步定位繪圖(SLAM)。舉例來說，當無人機遭遇照明狀況的突變，高動態範圍與訊噪比增強可以幫助無人機快速因應，確保一致的效能表現。
CSI-2 v2.0另一項重要的新功能是降低延遲與傳輸效率(LRTE)，可為汽車應用帶來三項主要益處：第一、無須使用成本高昂的串列器/解串列器(SesDes)或改變PHY，即可將支援的影像感測器數目增加40%；第二、在實現優化傳輸的同時，為多種視覺應用保持系統完整性；第三、大幅降低傳輸畫面的延遲，滿足即時認知與決策需求。
針對汽車應用，第三項關鍵加強部分是加入擾頻功能。此功能可降低功率頻譜密度(PSD)的放射，將車內敏感接收器受到的干擾降至最低。
許多汽車製造商正在引進防撞系統，目的是提供最高安全性，以及在希望車輛擁有先進安全防護功能的消費者心目中帶來產品差異化。防撞系統(Collision Avoidance System)能夠感測到的物體愈多，就能為車上乘客供更佳保護。
CSI-2 v2.0支援多達三十二個虛擬頻道(前一版本只能支援最多四個頻道)，將資料從車輛的影像感測器傳送到防撞系統。新增的頻道能夠幫助系統設計師，納入先進駕駛輔助系統應用所需的多重曝光、多範圍感測器融合。同樣重要的是，三十二個頻道都能支援多種型式的資料，包括原始、壓縮以及解壓縮資料。
最後，CSI-2 v2.0增加對差動式脈衝編碼調變(DPCM) 12-10-12壓縮的支援，符合各種影像集強度、對比以及模組轉換方程式的需求，確保提供優異畫質(IQ)。對於汽車與無人機導航等壓縮失真敏感的視覺應用，這項功能尤為重要。
CSI-2通過實證 v2.0增添新功能
MIPI聯盟成立於2003年，目的是滿足市場的迫切需求，提供行動裝置使用的標準化相機介面規格。但是，MIPI聯盟成員更進一步確保CSI-2提供高畫質影像所需的高頻寬、對於物聯網感測器與穿戴式裝置非常關鍵的低耗電，以及醫療等任務關鍵型應用所需的低電磁干擾。
CSI-2 v2.0適用範圍能夠超越智慧型手機應用，主要應歸功於前瞻式的設計。另一個原因是CSI-2已發展成熟並經過驗證，讓系統設計師充滿信心地作為物聯網裝置、無人機、汽車以及其他傳統行動領域之外應用的基礎。
新版本因應需求 應用範圍更廣
MIPI CIS-2 v2.0是行動產業使用最廣泛的相機介面。由於易於使用，以及支援多種高效能應用的能力，此一介面已廣獲運用。這些應用包括1080p、4K、8K、以及更高規格影片與高畫質相片。
設計人員能夠安心地將MIPI CSI-2用於行動裝置的任何單相機或多相機應用。此一介面能夠用於連結頭戴式虛擬實境裝置相機、自動智慧車輛(資訊娛樂、安全以及手勢控制)應用、空拍機、物聯網家電，以及三維(3D)臉部辨識安全或監視系統。
MIPI CSI-2 v2.0主要升級包含了多項特點，其中RAW-16與RAW-20色彩深度大幅改善場景內高動態範圍與訊噪比，為自動駕駛車輛與系統帶來先進視覺(Advanced Vision)能力。並將虛擬頻道從四個增加至三十二個，容納使用多種型式資料的大量影像感測器，並且支援先進駕駛輔助系統應用所需的多重曝光、多範圍感測器融合，這些應用包括增強型防撞系統。而降低延遲與傳輸效率可在無須增加系統成本之下，提高影像感測器融合的規模，並實現即時知覺、處理與決策，以及優化傳輸，減少線路、切換率與耗電情況。
另外，CSI-2 v2.0提供差動式脈衝編碼調變12-10-12壓縮可降低頻寬，同時為任務關鍵型視覺應用提供無壓縮失真的優質訊噪比影像。其擾碼功能則可降低功率頻譜密度的放射，將無線電干擾降至最低，增加頻道的有效範圍。
MIPI CSI-2還包括一套雙向性、雙線、符合I2C規格的相機指揮介面(CCI)，後者上面的處理器可在使用高速D-PHY或C-PHY介面串流影像之前、之中或之後進行相機調整與控制。
(本文作者為MIPI聯盟相機工作小組主席、英特爾資深平台架構師)