对高分辨率、高速度相机的需求持续快速增长。这导致数据传输负载远远超过标准千兆以太网环境的容量。虽然已经出现了几个专用的高容量选项，但许多视觉系统设计者和用户希望保持网络灵活性、长电缆长度和其他他们已经习惯的以太网特性，同时仍然支持这些高速、高分辨率相机的更高带宽要求。10GigE的设计就是要做到这一点。

   本期栏目邀请到机器视觉圈的老司机—凌云机器视觉工程师秦汉，带我们一同走进“关于10GigE相机的那些事儿？”…

秦  汉｜凌云机器视觉工程师

从事机器视觉行业10余年

专业处理各GigE难题

  Q：如果我想部署10GigE相机，是不是需要重新布置整个视觉系统？10GigE相机与现有的标准GigE相机能共存吗？

   A：10GigE相机的速度是标准GigE相机的10倍。这意味着网络必须具有处理和传输10倍以上数据的能力。为了充分发挥10GigE摄像头的潜力，需要一个支持10Gb/s的网络。但是你要知道，以太网网络中的最大带宽会受制于整个网络中最慢的那个组件，比如说路由器、交换机、低带宽的网线、低端网卡亦或是相机本身。所以如果你想确保整个网络都能以高速运行，请一定确认所有器件均支持10GigE标准，方能将系统发挥到最大动力。

   在现有IEEE 802.3标准中，有个“自动协商”（Auto-negotiation）功能，这个功能可以主动与其他设备协商，并且等待对端返回协商结果，它不仅能够协商两端的工作速度是10M，还是100M还是1000M，而且还可以协商两端工作的双工方式是半双工还是全双工。也就是说，网卡和交换机互相告知对方自己可以工作的方式包括网速，双工状态，然后自动选择一个最佳工作状态。所以10GigE相机不仅可以在标准GigE网络中运行，还可以在NBASE-T的2.5和5Gb/s网络上运行。

  Q：如果想升级10GigE网络，最少需要什么标准的网线？能传输多远？

   A：以目前的标准来看，六类（Cat6）、超六e类（Cat6e）、超六a类（Cat6a）、七类（Cat7）网线都可以支持10GigE的高速传输。Cat6和Cat6e可以支持长达55m的线缆长度，而Cat6a和Cat7可以支持长达100m的线缆长度。Cat7能够提供比Cat6高得多的传输频率，从长远来看，Cat7也是更适应未来的选择。

  Q：10GigE相机支持哪些像素格式？能与传统USB/GigE相机有相同的像素格式和像素位深吗？

   A：10GigE相机可以支持所有GigE相机支持的像素格式，因为它们同属于GenICam标准范围内，可支持单色、彩色RGB和4通道RGB+alpha视频流（RGB8a）。GigE视觉标准可以处理与传统相机链接和USB相机相同的像素格式和位深度范围。此外，GigE视觉标准还支持多视频流，允许使用同一接口对两个或多个并行视频流进行流传输。目前，多视频流的挑战在于软件方面，即如何以正确的顺序接受和排列两个或多个并行流。在不久的将来，可能多视频流将会成为另一个重要的图像采集功能。

  Q：10GigE网络可靠性如何？

   A：其实目前已经有90%以上的数据服务器都在使用10GigE标准网络，你所熟知的Google、IBM等国际大企业都在使用，比如虚拟化、视频流、通信、数据存储。是机器视觉行业可以采用的普遍性标准。一般来说用户会有可靠性的疑问，都是基于我们对GigE网络的认知和使用习惯，即可能会出现丢包现象。这种情况通常是由于交换机或者路由器上的某个硬件缓存器件性能不高，导致网卡暂时溢出而造成的。所以为了10GigE网络的高可靠运行，最好还是对CPU、内存带宽、PCIe插槽配置和网卡的硬件配置同步进行优化。

  Q：10GigE那么快的速度，延迟会高吗？

   A：10GigE拥有标准GigE下10倍的带宽，可达到9.5Gbps。但是10GigE网络下的延迟并不是由相机本身造成的，必须对网络进行整体优化，比如CPU的性能、内存的性能、操作系统版本、同时间进行的任务数等等，如此方能实现更低的延迟，以适应更高的检测识别效率。

  Q：10GigE是否支持PTP协议？

   A：PTP协议全称Precision Time Protocol，是IEEE 1588标准下的通信协议，是为多相机同步拍摄，减小抖动和其他非同步效应而诞生的。10GigE和标准GigE都支持这样的通信协议。

  Q：想部署10GigE相机，一定要搭配支持10GigE的采集卡？

   A：经过我们的测试（测试环境为Intel Xeon E5-1620 v4 3.5Ghz，win7 64bit，DDR4 16Gb），在10GigE相机以最大分辨率、全速运行时，CPU负载为7%~14%，从PC架构来说，这种程度的负载很容易接受。这也是为什么目前市面上还没有哪个主板自带10GigE接口的原因。所以基于成本上来考虑，只要你的应用不是自动驾驶图像处理、深度学习或者其他复杂需要即时触发的应用，如果仅从入门的角度考虑，普通网卡也可以满足硬件部署需求。

   Q：部署10GigE相机成本太高，有没有低成本的升级方案？

   A：之所以会这么考虑，除了相机之外，其他配合使用的部件确实会提升一部分成本，比如线缆、采集卡。但是六类/七类网线已经普及开来，成本非常低廉，很容易批量买到。采集卡也正如刚才所说，并不是决定性的条件，标准GigE网卡就可以支持10GigE相机，价格便宜，也很容易买到。从长远的角度讲，10GigE标准几乎不存在因过时而导致必须再次升级的问题，反而更利于生产规划，降低生产成本。

   Q：如果我的应用要求我，必须要用10GigE协议实现超过100米的通信距离，我该怎么办？

   A：事实上，无论是Cat6a还是Cat7，10GBASE-T都可以支持最长100m的电缆长度。建议这位视友使用基于10GigE的SFP+光纤线缆，可以支持最高10km的线缆长度。在这种情况下，虽然相机协议仍然是10GigE，但是数据传输的线缆是光纤，SFP+模块可以插入相机的SFP+接口中。

  Q：光纤线缆除了通信距离外，和普通网线还有什么区别？

  A：光纤线缆另一个优势在于，它的玻璃芯是不会受到环境的电磁干扰而产生噪声的。因而在很多可能会产生静电的生产环境，是无法使用双绞线的。但是也必须注意的是，光纤线缆比较脆弱，需要小心布线，在这点上可能没有高柔的双绞线有优势。除此之外，SFP+传输不与标准GigE和NBASE-T兼容，而10GigE的双绞线传输则可以兼容。

   总而言之，10GigE标准将会成为未来机器视觉的发展方向。