【一篇看全】工业相机常用数据传输协议速率对比（CameraLink，CXP，GigE，USB）
- CameraLink
- CXP
- GigE
- 10GigE
- 100GigE
- USB
- 接口协议速率对比
- 速率换算关系
CameraLink
Camera Link协议是一种专门针对机器视觉应用领域的串行通信协议，它使用低压差分信号(LVDS)进行数据的传输和通信。Camera Link标准是在ChannelLink标准的基础上多加了6对差分信号线，其中4对用于并行传输相机控制信号，另外2对用于相机和图像采集卡之间的串行通信(本质就是UART的两根线)。Camera Link标准由美国自动化工业学会AIA定制、修改并发布，其解决了接口高速传输的问题。在Camera Link标准中，相机信号分为四种：电源信号、视频数据信号(ChannelLink标准)、相机控制信号、串行通信信号。下图为Camera Link标准的SDR26接插件的所有信号图，其中电源部分未用，所以全部设置成GND。
由于单个Camera Link芯片只有28位数据可用，因此为了提高传输数据的效率，需要几个Camera Link芯片进行数据传输。Camera Link标准的视频传输模式分为三种：Base模式、Medium模式、Full模式。其中每个端口为8位数据，Camera Link标准的规定标准时钟频率最大为85MHz。Base的有效带宽为2Gbps,Medium的有效带宽4Gbps,Full的有效带宽5.3Gbps.最近Camera link又新增加了规范Camera link Full+,支持80MHz,传输80bit数据，带宽可达6.4Gbps。
| 模式 | BASE | MEDIUM | FULL | FULL+ |
|---|
| 带宽（Gbps） | 2 | 4 | 5.3 | 6.4 |
使用Camera link协议将数据传输至计算机进行存储，需要配备专用的采集卡。
CXP
CoaXpress接口发布于 2008 年，用于支持高速成像应用。CXP接口使用75ohm同轴电缆，每个通道的数据传输速度最大可达6.25Gbit/s，同时能通过多个通道支持更快的数据传输速度。一条CXP电缆最大能提供13W的功率，要求“设备”和“主机”同时支持GenICam摄像头编程接口。尽管单通道同轴电缆的价格实惠，但如果要设置多通道电缆总成和图像采集卡，成本将迅速增加。
CoaXPress (简称CXP)是指一种采用同轴线缆进行互联的相机数据传输标准，主要用于替代之前的cameralink协议，常见于科学相机、工业相机、医学图像、航空防务等场景。CXP是一个非对称的高速点对点串行传输协议，主要用于传输视频和静态图像，线缆多使用单条或多条同轴电缆。目前2.0标准的最高速度为单条lane 12.5Gbps，单条lane 上除了传输图像数据之外，还可以传输低速控制信号(42Mbps，用于访问相机的寄存器配置)、也可以利用该线缆对相机进行供电，这个能力称为 “Power-over-Coax”，单条线缆最长可达100m。
CXP是一种点对点可扩展接口, 设备和主机之间的物理介质为75Ω 同轴电缆，串行数据使用8b/10b编码。单条同轴线缆最高12.5Gbps的线速率，可以使用单条或者多条线缆，比如4条线缆可以最高提供50Gbps的数据速率（6.25GB/s）。较长的线缆长度，比如3.125 Gbps 速率下线长可以到100m，12.5Gbps速率下可以到35m。数据传输具备实时和低延迟的特性，且延迟等是固定的。
| 模式 | CXP-1 | CXP-2 | CXP-3 | CXP-5 | CXP-6 | CXP-10 | CXP-12 |
|---|
| 速率 | （Gbps） | 1.25 | 2.5 | 3.125 | 5 | 6.25 | 10 |
使用CXP协议将数据传输至计算机进行存储，同样需要配备专用的CXP图像采集卡。CXP图像采集卡能够以单路、双路、四路或八路链路接收图像数据。若以八路链路接收CXP-12的数据，能够提供高达100Gbps的速度（即12.5GB/s）。但是目前市面上的CXP采集卡，通常使用的是4路CXP-12的传输方式，提供50Gbps的数据速率（6.25GB/s）。
CXP链接速度支持从1.25Gbps到12.5Gbps，这个速度刚好是Xilinx FPGA高速串行收发器GTX、GTH可以覆盖的范围。
GigE
千兆以太网是以太网协议的速度定义，可以每秒提供1千兆位数据传输。 1千兆比特等于1,000Mbps的速度。千兆以太网GigE 提供最大1Gbit/s的图像数据带宽，采用8S/10B编码。它综合了简便性、速度、最长100m电缆以及通过单条电缆为摄像头供电的能力等特性，是一种深受欢迎的摄像头接口。以太网电缆提供坚固屏蔽层。因此非常适合因某些机器人和计量设备的强大电机而产生较大电磁干扰的环境。
千兆以太网建立在标准IEEE 1000BASE-T(802.3AB)之上，后来创建了TIA 1000BASE-TX，它要求CAT6电缆以可靠的方式工作。千兆以太网物理层标准包括1000BASE SX、1000BASE LX 1000BASE CX和1000BASE-TX，1000BASE SX采用多模光纤，S为光信号的波长形式；1000BASE LX采用单模光纤，L为光信号的最短波长形式；1000BASE-CX使用同轴电缆；1000BASE-TX使用双绞线。
以太网电缆拥有因结构而异的类别编号。GigE 最为常用的是CAT5e，而CAT6A、CAT7和CAT8 具备更高的EMI抗性，但成本更高，电缆直径更大。一些工业设备使用X-Coded M12(图3，右)连接器提供强化屏蔽，但对大多数应用来说，常见的RJ-45连接器便足以使用，成分更低，但说服力更强。此外，螺钉锁定的RJ45连接器提高了RJ45 缆的安全性。
使用千兆以太网的方式将数据从相机传输并存储至电脑，需要配备千兆网卡。千兆网卡即1000Mbit/s网卡，是根据网速从10M/100M/1000M自适应的网卡，也称为千兆以太网网卡，多用于服务器。其传输速率可达1000Mbps，根据端口区分有1口，2口，4口网卡，可以为服务器与交换机提供高速的连接，提高网络主干系统的响应速度。
10GigE
万兆以太网 (10GigE)将带宽提高到10Gbit/s，基于GigE的优势获得提升。千兆网卡和万兆网卡的区别最大之处在于网口的传输速率的不同，千兆网卡的传输速率是1000Mbps，万兆网卡的则是10Gbps万兆网卡是千兆网卡传输速率的10倍。
万兆网卡一般指万兆光纤网卡。万兆网卡适用于服务器领域，为10G/秒通讯量的网卡，采用32/64位总线的网络接口卡，提供PC机服务器和交换机的连接，解决Intranet模式中服务器网卡的瓶颈问题。万兆网卡接口类型为电口和光口两种。万兆电口网卡的接口类型一般为DB9针或HSSDC，万兆光口网卡一般都是通过光纤线缆来进行数据传输，接口模块一般为SFP（传输率2Gb/s）和GBIC（1Gb/s），对应的接口为SC和LC。
性能上讲，万兆网卡的性能肯定比千兆网卡要好。万兆网卡现在主流的是10G的，发展趋势正逐步面向40G、100G网卡。但还是要根据使用环境和预算来选择投入，毕竟千兆网卡和万兆网卡的性价比区间还是挺大的。
100GigE
100G网络可以将带宽提高到100Gbit/s（12.5GB/s），使用100G光模块实现。100G光模块有多种封装形式，包括CFP、CFP2、CFP4、CXP及QSFP28等, QSFP28光模块因其具有端口密度高、功耗低和成本低等优势，所以成为了100G网络的主要封装方式。QSFP28光模块内置4通道激光器阵列和4通道探测器阵列，能同时支持4通道传输，每条通道数据速率为25Gbit/s，通过4个通道实现100Gbps传输速率。可满足100G以太网（4×25Gbps）的应用需求。目前,市面唯一的Emergent公式生产的100GigE相机使用的接口也是QSFP28。
注：SFP是收发器，有多种不同的发送和接收类型。SFP收发器也提供铜缆接口，使得主要为光纤通信设计的主机设备也能够通过UTP网络线缆通信。SFP支持SONET、Gigabit Ethernet、光纤通道（Fiber Channel）以及一些其他通信标准。SFP协议规范：IEEE802.3、SFF-8472。QSFP（Quad Small Form-factor Pluggable）是四通道SPF接口，这种4通道的可插拔接口传输速率达到了40Gbps。
USB
USB 的进化历史：
USB 1.0 Low Speed 理论最高速率为1.5Mbit/s(0.1875MBytes/s)
USB 1.0 Full Speed 理论最高速率为12Mbit/s(1.5MBytes/s)
USB 1.1（即USB 1.0 Full Speed）理论最高速率为12Mbit/s(1.5MBytes/s)
USB 2.0 Full Speed（即USB 1.1）理论最高速率为12Mbit/s(1.5MBytes/s)
USB 2.0 Hi Speed 理论最高速率为480Mbit/s(60MBytes/s)
USB 3.0的理论最高速率为5Gbit/s(600MBytes/s)
USB 3.1 Gen 1（即USB 3.0）理论最高速率为5Gbit/s(600MBytes/s)
USB 3.1 Gen 2 理论最高速率为10Gbit/s(1250MBytes/s)
USB 3.2 Gen 1（即USB 3.1 Gen 1）理论最高速率为5Gbit/s(600MBytes/s)
USB 3.2 Gen 2（即USB 3.1 Gen 2）理论最高速率为10Gbit/s(1250MBytes/s)
USB 3.2 Gen 2×2（即USB 3.1 Gen 2双通道，Type-C接口）理论最高速率为20Gbit/s(2500MBytes/s)
USB 4（Type-C接口）的理论最高速率为40Gbit/s(5000MBytes/s)
目前，大多数USB机器视觉摄像头使用的是USB 3.1 Gen 1接口。这种接口为摄像头和主机系统之间提供最大5Gibt/s的图像数据带宽。USB支持直接内存存取(DMA)。DMA同时具备在几乎所有硬件平台上对USB的广泛支持性和USB控制器驱动程序的可用性，使USB非常适合用于嵌入式系统。
USB4 2.0 版于 2022 年夏季首次发布。与上一代飞跃一样，USB4 2.0 版再次将带宽翻倍，这次从 40 Gbps 提高到 80 Gbps。这些 80 Gbps 速度是使用现有的 40 Gbps 无源电缆或新的有源 USB Type-C 电缆实现的，这些电缆明确额定为更高的速度。USB 3.2 数据隧道现在能够超过 20 Gbps，并且 USB4 版本 2.0 也符合最新的 PCIe 和 DisplayPort 标准。鉴于向后兼容性一直是 USB 接口的一个标志，USB4 版本 2.0 与除Thunderbolt 3 之外的所有可追溯到 USB 2.0 的早期版本兼容。
USB对比如下：
| 类型 | USB2.0 | USB3.1 Gen1 | USB3.1 Gen2 | USB3.2 Gen1*2 | USB3.2 Gen2*2 | USB4 Gen3*2 | USB4 2.0 |
|---|
| 最大速率(Gbps) | 0.48 | 5 | 10 | 10 | 20(Type-C接口) | 40 | 80 |
接口协议速率对比
| 类型 | Camera Link | CoaXPress | GigE | 10Gige | 100Gige | USB4 Gen3*2 | USB4 2.0 |
|---|
| 单线速率(Gbps) | 2 | 1.25-6.25 | 1 | 10 | 100 | 40 | 80 |
| 最大速率(Gbps) | 6 | N*6.25 | 1 | 10 | 100 | 40 | 80 |
| 最大速率(GB/s) | 0.75 | 6.25(8路 CXP-12) | 0.125 | 1.25 | 12.5 | 5 | 10 |
速率换算关系
Byte（字节）简写为大写字母 “B"，bit（比特）简写为小写字母 “b”
bps表示“比特每秒”，既1bps=1bit/s，bit是计算机中的最小单位。
单位换算：1 bit=1/8 byte(字节)
1 Byte = 8 bit
1 KB = 1024 Byte
1 MB = 1024 KB (Kbyte，千字节)
1 GB(千兆) = 1024 MB
50M宽带的下载速度为6.25MB/s，MB的全称是Mbyte，但是我们一般简写为6.25M/s。
4G网络的传输速率为100Mbps，既100M宽带，下载速度可达12.5M/s；
5G网络的传输速率为1Gbps，既1000M宽带，下载速度可达125M/s。
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