RV1106を用いた常時稼働型ビジョンデバイスの構築方法

バッテリーや太陽光発電システムで駆動される、無人運用のビジョンIoTアプリケーションでは、超長時間の待機動作とリアルタイム制御可能な通信機能を同時に実現することが困難です。これは、屋外環境監視、一般セキュリティ、無人産業検査などの大規模展開を妨げる主要なボトルネックです。

• 深度スリープ方式：デバイスはスリープ状態になるとネットワークから切断され、サービスを一時停止します。バッテリー持続時間は非常に優れていますが、クラウド側から遠隔検査・画像撮影・パラメーター設定などのコマンドを送信できなくなります。不審者侵入、水位の急激な変化、設備の異常な移動といった突発事象を捉えることができず、監視の死角が生じ、運用上の信頼性要件を満たせなくなります。
• 連続フルロード方式：デバイスは常時接続状態を維持し、高精細動画を継続的に記録します。これにより、リアルタイムのクラウド連携およびイベントの完全記録が可能になります。ただし、システムの消費電力が高く、リチウム電池の駆動時間は短く、現場での充電・保守作業が頻繁に必要となり、屋外設置時の運用コストも高くなります。この方式は、長期無人運用には不向きです。

こうした業界課題に対応するため、Rockchip社はAIoT向けビジョンアプリケーション向けにRV1106シリーズのビジョン処理SoCを発表しました。本チップはCPU、NPU、ISP、およびビデオコーデックエンジンを統合しており、低消費電力・低コストを実現した組込み型ビジョンAIデバイスに最適です。主な応用分野には、バッテリー駆動のセキュリティカメラ、農林業モニタリング、水利施設の監視、無人工業検査などがあります。

RV1106シリーズ仕様

• RV1106G2（QFN128／128MB SIP-DDR3L搭載）は、低消費電力バッテリー機器、スマートドアベル、低消費電力IPCなどに適しています。最大5MP／30fpsの映像処理をサポートします。外部DDRの実装が不要なため、PCB設計が簡素化され、システムのBOMコスト削減にも貢献します。ただし、メモリ帯域幅の制限により、実用的なNPU性能は約0.5 TOPSとなり、軽量級の物体検出や人物検出などの用途に最適です。
• RV1106G3（QFN128／256MB SIP-DDR3L）は、外部DDRを必要としません。NPU性能は最大1 TOPSを発揮し、800万画素の画像撮影および15fpsでのエンコーディングをサポートします。産業用スキャナー、高解像度AI認識、広温度範囲対応DMS製品などに適しています。本シリーズの中で、最も優れた価格対性能比を実現します。
• RV1106（BGA313、外部DDR搭載）はBGAパッケージを採用しており、完全なDDR電源供給およびルーティング設計が必要です。メモリ容量は用途に応じて自由に設定可能です。複数カメラ対応や高帯域幅を要するスマート小売向けビジョン機器に適していますが、PCBレイアウトの難易度が高く、システム全体のコストもやや高くなります。

長時間スタンバイ・常時オンライン設計アプローチ

一日中稼働可能な長時間スタンバイ機能は、AOV（Always on Video）、複数の独立した電源ドメイン、および高速ウェイクアップ機構に依存します。ハードウェア設計は、チップの絶対最大定格および推奨動作条件を厳密に遵守する必要があります。

AOVモードおよびマルチレベル電力スケジューリング：AOVは、連続した低フレームレート撮影とAIによるイベント検出を組み合わせることで、バッテリー駆動デバイスの継続監視要件を満たします。長時間の待機中は、MCUがセンサーおよび画像バッファを管理し、Cortex-A7およびNPUは深度スリープ状態に入ります。必要な電力ドメインのみが動作を維持し、1FPSでの低フレームレート撮影およびエンコードを実現します。人物、車両、またはその他の対象物が検出されると、ハードウェア割り込みによりチップ全体が起動し、システムは通常フレームレートでの記録およびAI推論へと切り替わります。

完全なビジョンデータ処理およびAI推論パイプライン

• ハードウェア直結アーキテクチャとMPPメディアフレームワーク：RV1106のビジョンデータパスは、VI（ビデオ入力）→ ISP → VENC／NPUであり、ハードウェアによる直接接続を採用。MPPメディアフレームワークでは、VIチャネルをVENC／NPUに直接バインドすることで、CPUによるメモリコピーとバス負荷を低減する。

ビデオ入力インタフェースのハードウェアリソース：

• MIPI-CSI D-PHY v1.2インタフェースを2系統搭載。各々は2レーンで、1レーンあたり最大1.5 Gbps。必要に応じて4レーンとして統合可能。
• DVPインタフェースを1系統搭載。最大150 MHzで動作し、BT.601、BT.656、BT.1120をサポート。

画像前処理後、ISPはYUVデータを出力。VENCはデータシートに記載された全6種類のレート制御モードをサポート。

ブートストレージオプション：SPI Flash、eMMC 4.51、SD／MMC。ファームウェアはUSBまたはUART経由でダウンロード可能。

オンチップメモリ：256 KBの共有SRAM、8 KBのPMU-SRAM、20 KBのブートROM、8 KbitのOTP。

2 RKNNツールチェーンおよびモデル量子化デプロイ：NPUはINT4、INT8、INT16の混合量子化をサポートし、RKNN-Toolkit2がモデル変換を実行します。INT8は精度と速度のバランスを最適化し、INT4はモデルサイズを削減します。PaddleDetectionを用いた物体検出性能として25FPSは工学的試験結果です。デプロイには、RKNNモデルをDDRメモリプールにロードし、C／C++ API経由で推論インターフェースを呼び出す必要があります。

3 軽量ビジョンライブラリの最適化：組み込みシステムでは、GUIコンポーネントを削除した軽量版OpenCV-mobileライブラリを採用し、サイズ削減と起動高速化を実現しています。軽量ライブラリによる前処理とNPUによる推論を組み合わせたハイブリッドアーキテクチャにより、CPU使用率を低減し、長時間待機動作を想定した電力予算に適合させています。

継続的な接続性とシステムレベルのエンジニアリング最適化

1つのデュアルモードネットワークアーキテクチャおよびスマート符号化戦略

ハードウェアリソース：チップ内蔵の10／100MイーサネットMACおよびPHY（RMIIインターフェース）。SDIO 3.0インターフェースにより、外部Wi-FiおよびBluetoothモジュールを接続可能。また、USB 2.0 OTGも内蔵。周辺リソースには、I2Cインターフェース5本、SPIインターフェース2本、UARTインターフェース6本、I2S音声インターフェースが含まれる。

イーサネットは信頼性の高い有線バックボーンを提供する。SDIO経由で外部Wi-Fi 6およびBluetooth 5.2モジュールを接続することで、柔軟な無線設定が可能。ハートビート報告および自動再接続機能により、ネットワーク接続を常に維持する。

Smart Encoding 2.0は、適応的ビットレート調整をサポートする上位層SDKソフトウェアアルゴリズムです。従来のCBR（固定ビットレート）方式と比較して、帯域幅使用量およびストレージ要件を削減できます。

音声サブシステムには、ハードウェア音声コーデックが統合されており、2チャンネル24ビットADCおよび1チャンネルDACを備えています。典型的な信号対雑音比（SNR）は90dBで、差動入力およびシングルエンド入力の両方に対応したマイクロフォン入力がサポートされています。

linuxシステムの最適化とセキュリティ認証

組み込みLinuxシステムの構築にはBuildrootが用いられ、カーネルおよびアプリケーションサービスが最適化されます。また、OTAによるファームウェア更新もサポートしています。

このチップには、SHA-1、SHA-256、AES、DES、TDES、RSA、ECC、SM2アルゴリズムをサポートするハードウェア暗号化ユニットを備えた完全なハードウェアセキュリティエンジンが内蔵されており、さらに真性乱数生成器（TRNG）およびセキュアOTPも搭載されています。TrustZoneおよびセキュアブートにも対応しています。これらの機能により、ファームウェアの暗号化、セキュアな鍵ストレージ、およびプライバシー保護を目的としたセキュリティ製品におけるハードウェア／ソフトウェア間のセキュリティドメイン分離が実現されます。

主な応用例およびソリューション統合ガイド

当社はRV1106をベースとしたPCBAハードウェア設計およびカスタマイズ可能な完全なビジョンソリューションを提供しています。これには回路図および基板（PCB）設計、部品選定、低レベルドライバーの適応、アルゴリズムの移植およびデバッグ、およびシステム全体の統合が含まれます。チップ選定、ハードウェア設計、ソフトウェア移行、パフォーマンス最適化、あるいはカスタマイズプロジェクトに関するご質問がございましたら、技術サポートまでお気軽にお問い合わせください： [email protected]