MIPI CSI-2 Bandwidth

Come si calcola la banda?

La banda richiesta è il prodotto dei pixel al secondo per i bit per pixel: dataRate = larghezza · altezza · fps · bit/pixel. La capacità è lane · lane rate e l’occupazione è util% = dataRate / capacità · 100. La soglia dell’80% non è una prescrizione MIPI: l’occupazione si calcola sul rate medio, ma il link deve reggere il picco della riga attiva, e 80% corrisponde a un rapporto picco/medio di 1,25, cioè circa il 12% di blanking per asse.

Il flusso video grezzo di un sensore è un getto continuo di pixel. La banda richiesta è il prodotto di quanti pixel al secondo e di quanti bit pesa ogni pixel:

$$\begin{array}{rlrl}\text{pixelRate}& =\text{width}\cdot \text{height}\cdot \text{fps}& & [\text{pixel/s}]\\ \text{dataRate}& =\text{pixelRate}\cdot \text{bitsPerPixel}& & [\text{bit/s}]\\ \text{capacity}& =\text{numLanes}\cdot \text{laneRate}& & [\text{Mbps}]\\ \text{util}\%& =\frac{\text{dataRate}}{\text{capacity}}\cdot 100& & \end{array}$$

Se util% < 80% c’è margine, tra 80% e 100% si è al limite, oltre il 100% le lane non reggono il flusso: serve più lane, un lane rate più alto o un formato più leggero. L’80% viene dal rapporto picco/medio: util% è calcolata sul rate medio, il link deve reggere il picco durante la riga attiva, e 1/0,80 = 1,25 copre circa il 12% di blanking per asse. Con il blanking reale del sensore nel campo overhead la soglia si può alzare.

Cosa sono le lane e il lane rate D-PHY?

Su D-PHY i dati viaggiano su una o più lane differenziali in parallelo, tipicamente 1, 2 o 4, ciascuna a un certo lane rate (per esempio 800, 1500 o 2500 Mbps). La capacità totale è la somma delle lane: raddoppiare le lane o il lane rate raddoppia la banda disponibile.

Su D-PHY i dati viaggiano su una o più lane differenziali in parallelo (tipicamente 1, 2 o 4), ciascuna a un certo lane rate (es. 800, 1500, 2500 Mbps). La capacità totale è la somma delle lane. Raddoppiare le lane o il lane rate raddoppia la banda disponibile.

Formati pixel e bit/pixel

Formato	bit/pixel	Note
RAW8 / 10 / 12 / 14	8 / 10 / 12 / 14	uscita Bayer del sensore (pre-ISP)
YUV422	16	luma+croma sottocampionata
RGB888	24	RGB pieno (post-ISP)

Quale overhead va contato, blanking o pacchetti?

Due meccanismi diversi. La packetizzazione (header e footer di pacchetto, sync di riga e frame, ECC) è una costante per riga su un payload di migliaia di byte: vale 0,1–0,9% sui formati reali. Il blanking invece non aggiunge byte, comprime gli stessi byte nella riga attiva, e il link deve reggere il rate istantaneo: (1+bh)(1+bv) − 1, tipicamente 20–30%. È questo il numero da mettere nel campo.

Il throughput CSI-2 reale è leggermente superiore al puro data rate dei pixel: ogni pacchetto porta header/footer, e ci sono i marcatori di inizio/fine riga e frame e l’ECC. Lo strumento espone il dato netto e, se imposti un overhead, anche quello effettivo su cui si basa l’occupazione delle lane.

Quali sono i limiti dello strumento?

È un calcolo di banda: dice se il flusso ci sta nelle lane, ma non valida timing, clock training, skew o equalizzazione. Il data rate netto usa la sola area attiva: il blanking non viene dedotto dal formato, va messo nel campo overhead prendendolo dal datasheet del sensore — (1+bh)(1+bv) − 1 da line_length_pck e frame_length_lines. Non modella l’ISP né la compressione. Assume D-PHY con lane simmetriche, non copre il C-PHY né i casi multi-virtual-channel. Strumento dimostrativo: per il dimensionamento reale servono i datasheet e la specifica MIPI.

• È un calcolo di banda: dice se il flusso ci sta nelle lane, non valida timing, clock training, skew, equalizzazione o continuous/discontinuous clock.
• Non modella l’ISP, la compressione (es. RAW packing non-byte-aligned), né il blanking orizzontale/verticale (qui si usa la sola area attiva).
• Assume D-PHY con lane simmetriche; non copre C-PHY (trio/symbol) né casi multi-virtual-channel.
• Strumento dimostrativo: per il dimensionamento reale di un link camera servono il datasheet del sensore e del SoC e la specifica MIPI.

Riferimenti

• MIPI Alliance — mipi.org (specifiche CSI-2 e D-PHY).

Approfondisci: wiki MIPI CSI-2 bandwidth →