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无人机系列之图传技术

关键词:无人机 图传技术

时间:2018-01-04 10:24:03      来源:网络

无人机能够一跃进入大众视野,并迅速在大众市场火热发展,是很多人始料未及的。从刚开始的空中摄录,到后来的实时摄录,方便的无人机图传功能无疑为无人机加足了筹码,赚足了眼球。博主就来分析一下无人机图传技术。

.观念

从“图传”的叫法可以发现,这并非一个专业的定义,大概是从某些资深航模玩家口中发展而来。专业的航空航天器并没有独立的视频图像传输设备。图传的概念只存在于消费类无人机领域。

.限制

1.成本:

不必去怀疑可以通讯多快多远,无线通讯技术发展到今天,没有人怀疑火星传回的1080P图像了。

百公里以上无人机图传并非不可实现,但百万元以上的价格也相对昂贵。

目前市场上的1080P图传产品售价基本均在1700美元以内,成本也就成为了消费类无人机图传设计的第一条限制。

2.法律:

中国无线电管理的最高法律文件是《中华人民共和国无线电管理条例》,立法机关为国务院和中央军委,由各级无线电管理机构执行监管。如果使用者希望给图传单独申请执照,则需要该图传首先获得《无线电发射设备型号核准证》,其依据是国家《无线电频率划分规定》中的有关无线电发射设备技术指标的规定。取得专业电台执照并不是不可操作,只是在消费类无人机领域没有办法推广。

对于专业航空航天器来说,频谱划分时已留有专门的测控频段,而消费类无人机只能老老实实地屈就于ITU-RITU Radio Communication Sector,国际通信联盟无线电通信局)的ISM频段(Industrial Scientific Medical,工业化科学医疗频段)。

13.56Mhz27.12Mhz40.68MHz433Mhz915Mhz2.4Ghz5.8GHz都是1W以内无需执照发射的;

433MHz及以下频段通常很难满足高清图传的带宽要求;

915Mhz频段有一半已经被GSM占用;

L波带宽并不富裕;

S波段的2.4GHz也就成了1080P获得远距离的首选,但4K或者更高清晰度的图传设计者却很难在S波段的带宽上找到便宜;

C波段的5.8G则可以做得更宽,不过相同发射功率和接收灵敏度下5.8G2.4G相比通讯距离仅为41.4%,并且其衰减对水气更敏感,实际通讯距离则不到30%,两者各有利弊。

 

1 无线频谱

.编码技术

1./硬件结构:OpenMAX IL + Venus

2.编码标准:H.264(APQ8074)/H.265(APQ8053)

3.码率控制:CBR(Constant Bit Rate)网络传输中所谓的 CBR 一般是 ABR(平均码率),即单位时间内的平均码率恒定,编码输出有缓冲可以起到平滑波动的作用。

2 码率

    4.码率/帧率自适应:Dynamic video rate adaptation (rave)Qualcomm提供的算法库,基于变化的Wi-Fi带宽和信道质量,计算出合适的视频流码率和帧率,这有助于最大限度地减少延迟和图像损坏问题。

5.I帧间隔调整:30fps帧率下,30帧或者60帧一个I帧。能在较低的码率下达到较高的图像质量。

6.I帧重传:如果I帧丢失或者损坏,图像会有较长时间的卡顿。当接收端反馈此情况,发送端立即重传I帧,会减少卡7.顿时间。

8.I帧携带SPS/PPS信息:缺少SPS/PPS信息,接收端将不能正确解码,所以流中需要带这些信息,防止断线重连后黑屏。

.通用协议

1.RTP

1.1.协议简单,易组入

1.2.jrtp开源库:X许可,几乎无限制。

1.3.针对H.264/H.265编码特点进行优化:不同的组包策略。

1.4.扩展可配置发包间隔:平衡码率波动,防止瞬时码率过大。

1.5.使用RTP扩展头:传递帧号,用于算法的数据同步。

1.6.使用内存池:减少模块间内存拷贝,降低延迟。

                 

                        3 RTP

2.RTSP

2.1.支持组播:Live555开源库

2.2.LGPLv2.1许可,可以在商业软件中引用。

2.3.相关类说明

                 

4 RTSP相关类

 2.4.

数据传递示意图:RTSP server接收到RTSP开始后,PreviewH264OnDemandMediaSubsession创建了H264PreviewSouce类和H264VideoStreamDiscreteFramer类之后H264PreviewSouce通过队列从Rtspsink中获取h264数据,经过处理后发送到手机端。

           

                    5 RTSP 数据流

.Relay

方案一:Drone Station + Relay AP

说明:

无线中继作为AP

无人机和手机作为两个终端连接到无线中继AP

无线中继需要布置数据转发APP,用于转发视频流

手机端与无线中继建立socket连接

无人机与无线中继建立socket连接,视频+RC

优点:

组网简单,方案易于理解

缺点:

无人机无UI界面,连接中继的方式需要另行方案(参考:双方WPS按钮连接)

中继上的Video Data Forward APP需要很高的性能、可靠性

          

                  6 框架图1

     方案二:Drone AP + Relay Station & AP

说明:

无人机作为AP

无线中继Station + AP模式

中继作为Station与无人机AP连接获得独立IP

中继作为AP接受手机端连接,为手机端分配IP

无人机的SSID与无线中继的SSID不相同

采用NAT + 路由配置,转发数据包,建立无人机与手机端的数据通路

手机端与无人机建立Socket连接(视频),与无线中继建立Socket连接(RC

优点:

无线中继实现相对方案一简单

方案通用,兼容性高

缺点:

增加了无线中继的网络配置(复杂度可接受)

无线中继连接无人机AP的方式需要设计

         

                    7 框架图2

 .云服务

方案一:无人机端混合音视频实时数据,并发往云端

说明:

 Camera编码H.264数据,并通过rtp/rtsp协议进行数据发送

手机端接收视频数据流(H.264),在本地解码播放

手机端采集本地音频,并将编码后的音频发送到Camera端,Cameramux audio&video推送云端

 AndroidiOSdesktop通过rtmp标准协议进行媒体播放

      

方案二:手机端混合音视频实时数据,并发往云端

说明:

 Camera编码H.264数据,并通过rtp/rtsp协议进行数据发送

手机端接收视频数据流(H.264)

手机端采集本地音频,与视频流进行mux,通过rtmp将音视频流推送到云端

 AndroidiOSdesktop通过rtmp标准协议进行媒体播放

      

 

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