Fungsi visual sangat penting dalam merancang aplikasi robot yang merasakan dan beradaptasi dengan dunia fisik secara real time. Sistem robotik beroperasi dalam lingkungan yang dinamis dan seringkali tidak dapat diprediksi, dan data sensor harus dikumpulkan, dikirim, diproses, dan diterjemahkan ke dalam tindakan dalam hitungan milidetik. Peningkatan penundaan, kehilangan data, atau ketidakkonsistenan waktu dapat menurunkan kinerja dan bahkan menimbulkan risiko keamanan.
Ketika sistem robot beralih ke kemampuan penginderaan berbasis pembelajaran mesin, yang mengandalkan data visual dalam jumlah besar dibandingkan pemrograman khusus tugas, kendala ini menjadi semakin menuntut. Hal ini memungkinkan aplikasi robot beradaptasi dengan objek, lingkungan, dan tugas baru dengan pemrograman ulang minimal.
Tren ini memberikan tekanan yang semakin besar pada cara mentransfer data visual dalam sistem robot. Teknologi Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) memfasilitasi tantangan desain dengan menyederhanakan konektivitas sensor, mengurangi kompleksitas kabel, dan memungkinkan transfer data berlatensi rendah dan kuat antara kamera terdistribusi dan modul komputasi pusat.
GMSL awalnya dirancang untuk aplikasi otomotif seperti Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) dan sekarang banyak digunakan dalam robotika dan sistem visi mesin untuk menghubungkan kamera dan sensor jarak jauh dengan latensi rendah dan kekebalan interferensi elektromagnetik yang kuat.g.
GMSL, yang dikembangkan oleh Analog Devices, adalah teknologi komunikasi serial/de-string (SerDes) berkecepatan tinggi yang mentransmisikan video dan data bandwidth tinggi melalui kabel koaksial tunggal atau pasangan terpilin. Setiap kamera tidak berbagi struktur jaringan, namun beroperasi melalui tautan khusus berkecepatan tinggi, menghilangkan pertentangan, perutean, dan variabilitas berbasis paket. Hal ini menciptakan jalur data yang dapat diprediksi dengan waktu dan penundaan yang konsisten meskipun jumlah sensor bertambah.
Serializer GMSL mengubah sekumpulan data piksel yang biasanya ditransmisikan secara paralel melalui beberapa jalur sinyal tunggal menjadi aliran data serial berkecepatan tinggi yang berkelanjutan. Di sisi prosesor, destring mengubahnya kembali ke format aslinya. Karena setiap kamera memiliki tautan point-to-point sendiri, bandwidth terkait secara linier dengan jumlah kamera, yang tidak akan menyebabkan pertikaian jaringan, peralihan overhead, atau penundaan penjadwalan paket data.
Keuntungan dari pendekatan ini menjadi lebih jelas ketika sistem penglihatan diperluas ke beberapa kamera resolusi tinggi. Tidak seperti aplikasi kamera tunggal, sistem ini memerlukan cakupan visual yang padat dan tersinkronisasi untuk mendukung tugas-tugas seperti navigasi, manipulasi, dan pemahaman pemandangan secara real-time. Ketika jumlah sensor meningkat, persyaratan bandwidth, kabel, dan akurasi waktu meningkat, sehingga memperlihatkan keterbatasan interkoneksi tingkat papan jarak pendek tradisional.
Pendekatan tradisional seperti USB, Ethernet standar, atau tautan MIPI tingkat papan langsung pasti memerlukan trade-off dalam latensi, sinkronisasi, atau jangkauan fisik. Dengan semakin banyaknya kamera yang digunakan, kompleksitas pemasangan kabel, manajemen waktu, dan desain sistem terus meningkat, yang juga menghadirkan tantangan yang semakin besar terhadap integrasi teknologi.
GMSL menawarkan beberapa keunggulan nyata dibandingkan metode koneksi visual lainnya:
Ini melampaui MIPI CSI-2 dalam cakupan dan ketahanan dengan tetap mempertahankan arsitektur point-to-point yang sederhana, latensi rendah, yang menghindari kompleksitas tumpukan visual berbasis Ethernet.
GMSL lebih mengutamakan konektivitas point-to-point yang deterministik dan sinkronisasi multi-kamera yang lebih sederhana dibandingkan fleksibilitas jaringan terdistribusi skala besar Ethernet.
Kinerja solusi ini kira-kira sebanding dengan FPD-Link, solusi SerDes khusus lainnya. Pilihannya seringkali bergantung pada pertimbangan ekosistem yang komprehensif.
GMSL menyeimbangkan sistem visi tertanam dan jaringan dengan menyediakan metode praktis konektivitas kamera berkecepatan tinggi dengan kinerja deterministik dan latensi rendah. Hal ini menyederhanakan konektivitas visual berkecepatan tinggi sambil mempertahankan persyaratan latensi dan keandalan yang ketat dari sistem robotik real-time.
Kecepatan tinggi, kapasitas besar
Dengan meningkatnya resolusi kamera dan jumlah sensor, keunggulan struktural ini menjadi kunci keberhasilan sistem. GMSL dapat mengirimkan data dalam jumlah besar, terutama data video, dari beberapa kamera atau sensor lain melalui satu kabel. Skema ini menggunakan link point-to-point khusus tanpa pertentangan jaringan atau perutean paket. Desainer dapat menggunakan GMSL untuk mengirimkan aliran data dengan bandwidth tinggi melalui kabel koaksial atau kabel twisted-pair dengan tetap mempertahankan latensi rendah dan kekebalan kebisingan yang tinggi tanpa menggunakan banyak koneksi per titik.
Teknologi ini menyederhanakan perkabelan otomotif, meningkatkan ketahanan, dan atribut ini secara langsung diwujudkan dalam robotika: lebih sedikit kabel menyederhanakan desain kelistrikan dan mekanik, menjadikan sistem lebih ringan, lebih andal, dan lebih mudah dirakit. Kamera terdistribusi dapat dipasang jauh dari modul komputasi, dengan pemasangan kabel minimal, dan tetap dapat menyediakan data tersinkronisasi dengan latensi rendah untuk mendukung penginderaan dan pengambilan keputusan secara real-time.
Robot semakin bergantung pada beberapa kamera beresolusi tinggi, terkadang dikombinasikan dengan sensor kedalaman atau PLIDAR (deteksi dan jangkauan cahaya) untuk mendeteksi lingkungan sekitarnya (Gambar 1). Setiap kamera menghasilkan aliran data dalam jumlah besar saat digunakan sendiri, dan saat beberapa kamera digunakan secara bersamaan, kebutuhan bandwidth meningkat. Satu kamera beresolusi 1080p, 30 frame per detik (fps), 24-bit per piksel menghasilkan kecepatan transmisi 1,4 Gbps, sehingga empat kamera menghasilkan kecepatan transmisi 5,6 Gbps dan enam kamera menghasilkan kecepatan transmisi 8,4 Gbps. Penerapan resolusi dan frame rate yang lebih tinggi dapat meningkatkan kebutuhan bandwidth hingga puluhan gigabit per detik.