THine Value Edge AI System的攝影機傳輸解決方案,解決連接距離與成本問題
2026.07.30
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回顧過去,帶動半導體市場成長的主要應用幾乎每20年就會更替一次。1980～1990年代由個人電腦（PC）與網際網路引領市場；2000～2010 年代則由智慧型手機與雲端運算成為主流。目前雖然智慧型手機與雲端運算仍然保持強勁成長,但市場普遍認為新一波主導應用即將來臨。綜合業界觀點,下一個主角將是Edge Device或 Edge AI System。
在這樣的背景下,THine Electronics開發了一套為Edge AI System量身打造的攝影機傳輸解決方案（圖 1）。
在這樣的背景下,THine Electronics開發了一套為Edge AI System量身打造的攝影機傳輸解決方案（圖 1）。
圖1 Edge AI System的攝影機傳輸解決方案在展覽會中展出
本文將介紹這套方案適用於哪些Edge AI System,以及採用後可以帶來哪些優勢。
攝影機採用Edge AI System將日益普及
首先簡單介紹Edge Device與Edge AI System。Edge Device與Edge AI System通常由感測器（Sensor）、微控制器（MCU）、GPU（Graphics Processing Unit）以及NPU（Neural Processing Unit）所組成。系統利用感測器取得資訊,再由GPU或NPU執行AI推論,最後由MCU根據結果做出控制與判斷。
與目前普遍使用的雲端AI系統Cloud AI相比,最大的差異在於Edge AI可大幅減少與雲端主機之間的資料傳輸,因此具有三項主要優點。第一項是具有即時能力（Real-time）、第二項是可降低通訊成本、第三項則為可提高隱私與資訊安全。
Edge AI可搭配各種不同感測器,例如：溫濕度感測器、人體感測器、壓力感測器、光感測器、CO₂（二氧化碳）感測器等等,其中影像感測器也就是攝影機,是應用最廣泛的一種。（圖2）
圖2 攝影機使用Edge AI System（AI攝影機）的動機
使用Edge AI System的攝影機,系統會利用AI對拍攝的影像進行分析,藉此執行各種判斷並取得所需資訊。例如,在停車場管理應用中, Edge AI System可以辨識車輛的車牌號碼,自動控制出入口柵欄的開啟與關閉；同時,也能分析駕駛人的影像,擷取年齡、性別等資訊,作為市場分析或行銷用途。
與目前普遍使用的雲端AI系統Cloud AI相比,最大的差異在於Edge AI可大幅減少與雲端主機之間的資料傳輸,因此具有三項主要優點。第一項是具有即時能力（Real-time）、第二項是可降低通訊成本、第三項則為可提高隱私與資訊安全。
Edge AI可搭配各種不同感測器,例如：溫濕度感測器、人體感測器、壓力感測器、光感測器、CO₂（二氧化碳）感測器等等,其中影像感測器也就是攝影機,是應用最廣泛的一種。（圖2）
圖2 攝影機使用Edge AI System（AI攝影機）的動機
使用Edge AI System的攝影機,系統會利用AI對拍攝的影像進行分析,藉此執行各種判斷並取得所需資訊。例如,在停車場管理應用中, Edge AI System可以辨識車輛的車牌號碼,自動控制出入口柵欄的開啟與關閉；同時,也能分析駕駛人的影像,擷取年齡、性別等資訊,作為市場分析或行銷用途。
IP攝影機和UVC攝影機都很昂貴
但是,若是使用攝影機的Edge AI System,根據應用場景的不同,很可能會遇到「攝影機與AI運算用單板電腦之間的連接距離」以及「攝影機成本」這兩項課題。這究竟是什麼意思呢？以下將以「監控路線公車車內的Edge AI System」為具體案例來說明。
這套系統的作用,是即時偵測不斷變化的乘車人數,以及車內發生的危險事件（例如乘客跌倒等）。因此,為了能夠涵蓋整個公車車廂,必須在多個位置安裝攝影機。若將執行AI運算的單板電腦配置在駕駛座附近,那麼與安裝於車廂後方的攝影機之間的連接距離,在大型巴士約10m,在中型巴士則約為8m長。
可供選擇的攝影機類型有三種：UVC（USB Video Class）攝影機、IP（Internet Protocol）攝影機和 MIPI（Mobile Industry Processor Interface）攝影機（表 1）。
在此配置中採用IP camera,即使攝影機與單板電腦之間的距離超過10m也能建立連接；實際上,連接距離甚至可達約100m。不過,其單一設備成本相對較高。雖然價格因型號而異,但工業級設備通常在10萬日圓左右。因此,若建造包含多台攝影機的系統,將涉及高昂的費用。
UVC攝影機難以應用於公車內監控的Edge AI System,因為它最大連接距離僅為5m,且價格相對昂貴,工業級型號的售價在4萬至8萬日圓之間。相比之下,MIPI攝影機價格低廉（約3000～5000日圓）,非常適合需要多攝影機的系統。然而它們的連接距離極短,僅20 cm～30cm,這使得它們在現有形態下不適用於公車內監控的Edge AI System。
這套系統的作用,是即時偵測不斷變化的乘車人數,以及車內發生的危險事件（例如乘客跌倒等）。因此,為了能夠涵蓋整個公車車廂,必須在多個位置安裝攝影機。若將執行AI運算的單板電腦配置在駕駛座附近,那麼與安裝於車廂後方的攝影機之間的連接距離,在大型巴士約10m,在中型巴士則約為8m長。
可供選擇的攝影機類型有三種：UVC（USB Video Class）攝影機、IP（Internet Protocol）攝影機和 MIPI（Mobile Industry Processor Interface）攝影機（表 1）。
表1 攝影機的比較
在此配置中採用IP camera,即使攝影機與單板電腦之間的距離超過10m也能建立連接；實際上,連接距離甚至可達約100m。不過,其單一設備成本相對較高。雖然價格因型號而異,但工業級設備通常在10萬日圓左右。因此,若建造包含多台攝影機的系統,將涉及高昂的費用。
UVC攝影機難以應用於公車內監控的Edge AI System,因為它最大連接距離僅為5m,且價格相對昂貴,工業級型號的售價在4萬至8萬日圓之間。相比之下,MIPI攝影機價格低廉（約3000～5000日圓）,非常適合需要多攝影機的系統。然而它們的連接距離極短,僅20 cm～30cm,這使得它們在現有形態下不適用於公車內監控的Edge AI System。
低成本延長MIPI攝影機的連接距離
如果只看價格,那麼最適合Edge AI System的攝影機應該就是「MIPI攝影機」。但它最大的問題在於可連接的距離實在太短。若無法改善這個缺點,它幾乎難以應用於Edge AI System。此外,許多單板電腦本身也不支援MIPI CSI-2（Camera Serial Interface 2）訊號輸入。
為了解決這些問題,THine Electronics開發了「Edge AI System的攝影機傳輸解決方案」（圖 3）。
圖3 Edge AI System的攝影機傳輸解決方案範例
使用此方案可顯著延長視訊訊號的傳輸距離。此方案由三個組件構成。首先是單板計算機；具體而言,它採用了美國 Thundercomm Technology 公司的「RUBIK Pi3」,該設備搭載了美國高通（Qualcomm）公司的「QCS6490」SoC（System on a Chip）（圖 4）。
圖4 採用相容樹莓派（Raspberry Pi）攝影機的單板電腦
這款單板電腦具備兩大關鍵特性。首先,它相容於樹莓派（Raspberry Pi）攝影機；只需連接攝影機,系統即可自動識別並擷取視訊資料。其次，搭載的QCS6490晶片整合了NPU,可提供12 TOPS的AI處理性能,從而支援執行多種AI任務。最方便的使用方式是從Qualcomm「AI Hub」（https://aihub.qualcomm.com）下載各類AI模型,進而快速實現多樣化的AI功能。當然,使用者也可以部署自行開發的AI模型。
第二個組件是樹莓派攝影機,第三個則是樹莓派攝影機傳輸延長套件「THSER102A」。此套件由發送板與接收板組成,其中發送板與樹莓派攝影機連接,而接收板則連接至單板電腦使用。若使用者希望採用的不是樹莓派攝影機,而是一般的MIPI攝影機,則建議向THine Electronics洽詢。他們也可以客製化開發對應的發送板等相關硬體。
為了解決這些問題,THine Electronics開發了「Edge AI System的攝影機傳輸解決方案」（圖 3）。
圖3 Edge AI System的攝影機傳輸解決方案範例使用此方案可顯著延長視訊訊號的傳輸距離。此方案由三個組件構成。首先是單板計算機；具體而言,它採用了美國 Thundercomm Technology 公司的「RUBIK Pi3」,該設備搭載了美國高通（Qualcomm）公司的「QCS6490」SoC（System on a Chip）（圖 4）。
圖4 採用相容樹莓派（Raspberry Pi）攝影機的單板電腦這款單板電腦具備兩大關鍵特性。首先,它相容於樹莓派（Raspberry Pi）攝影機；只需連接攝影機,系統即可自動識別並擷取視訊資料。其次，搭載的QCS6490晶片整合了NPU,可提供12 TOPS的AI處理性能,從而支援執行多種AI任務。最方便的使用方式是從Qualcomm「AI Hub」（https://aihub.qualcomm.com）下載各類AI模型,進而快速實現多樣化的AI功能。當然,使用者也可以部署自行開發的AI模型。
第二個組件是樹莓派攝影機,第三個則是樹莓派攝影機傳輸延長套件「THSER102A」。此套件由發送板與接收板組成,其中發送板與樹莓派攝影機連接,而接收板則連接至單板電腦使用。若使用者希望採用的不是樹莓派攝影機,而是一般的MIPI攝影機,則建議向THine Electronics洽詢。他們也可以客製化開發對應的發送板等相關硬體。
V-by-One HS 技術實現
樹莓派攝影機傳輸延長套件採用了THine公司擅長的高速訊號介面技術「V-by-One HS」。首先,樹莓派攝影機輸出的MIPI CSI-2訊號輸入到安裝在傳輸板上的V-by-One HS相容Transmitter IC「THCV241A-P」。 THCV241A-P接著將MIPI CSI-2訊號轉換為差分V-by-One HS訊號。此訊號透過乙太網路線傳輸,並安裝在接收板上的V-by-One HS相容Receiver IC「THCV242A-P」接收,在接收過程中轉換回MIPI CSI-2訊號,然後傳遞給板載電腦。這解決了許多板載電腦不支援MIPI CSI-2訊號輸入的問題。
連接距離取決於所用乙太網路線的類型和攝影機的解析度。對於8M像素（約 800萬像素,3264 x 2448）的解析度,Cat 6A乙太網路線可以傳輸最遠10m的視訊訊號,而Cat7乙太網路線則可以傳輸最遠15m。對於前面提到的用於監控大型公車內部的Edge AI System而言, Cat 6A乙太網路線勉強夠用,但Cat7乙太網路線則完全可以勝任。此外,如果降低解析度,使用6A乙太網路線也可以實現約15m的連接距離。
連接距離取決於所用乙太網路線的類型和攝影機的解析度。對於8M像素（約 800萬像素,3264 x 2448）的解析度,Cat 6A乙太網路線可以傳輸最遠10m的視訊訊號,而Cat7乙太網路線則可以傳輸最遠15m。對於前面提到的用於監控大型公車內部的Edge AI System而言, Cat 6A乙太網路線勉強夠用,但Cat7乙太網路線則完全可以勝任。此外,如果降低解析度,使用6A乙太網路線也可以實現約15m的連接距離。
適用於無人商店
THine Electronics指出,無人商店（例如農產品銷售點）是適用Edge AI System的攝影機傳輸解決方案的目標應用領域。目前,無人商店的計費系統結合了攝影機和稱重感測器（重量感測器）來追蹤用戶選擇的商品。雖然這種感測器配置在技術上是可行的,但使用稱重感測器會限製商品的擺放位置。
因此,THine Electronics提出了一種完全由攝影機組成的結帳系統。開發的攝影機傳輸方案具有遠距離傳輸能力,適用於大型無人商店,並且可以使用價格低廉的MIPI攝影機。還允許在單一展示架上安裝多個攝像頭,從而實現交叉驗證。
此外,THine Electronics計劃進一步提升Edge AI System的攝影機傳輸解決方案的效能。對於需要同時處理多個AI模型的應用,12 TOPS的AI處理性能預計難以滿足需求。因此,我們也樂於根據客戶需求,探討開發搭載Qualcomm SoC的客製化電路板,該SoC整合了具有48 TOPS高AI處理能力的NPU。（ →客製化開發諮詢）
以上
因此,THine Electronics提出了一種完全由攝影機組成的結帳系統。開發的攝影機傳輸方案具有遠距離傳輸能力,適用於大型無人商店,並且可以使用價格低廉的MIPI攝影機。還允許在單一展示架上安裝多個攝像頭,從而實現交叉驗證。
此外,THine Electronics計劃進一步提升Edge AI System的攝影機傳輸解決方案的效能。對於需要同時處理多個AI模型的應用,12 TOPS的AI處理性能預計難以滿足需求。因此,我們也樂於根據客戶需求,探討開發搭載Qualcomm SoC的客製化電路板,該SoC整合了具有48 TOPS高AI處理能力的NPU。（ →客製化開發諮詢）
以上