無人機能夠一躍進入大眾視野，并迅速在大眾市場火熱發(fā)展，是很多人始料未及的。從剛開始的空中攝錄，到后來的實時攝錄，方便的無人機圖傳功能無疑為無人機加足了籌碼，賺足了眼球。博主就來分析一下無人機圖傳技術(shù)。
一.觀念
從“圖傳”的叫法可以發(fā)現(xiàn)，這并非一個專業(yè)的定義，大概是從某些資深航模玩家口中發(fā)展而來。專業(yè)的航空航天器并沒有獨立的視頻圖像傳輸設(shè)備。圖傳的概念只存在于消費類無人機領(lǐng)域。

二.限制
1.成本：
不必去懷疑可以通訊多快多遠(yuǎn)，無線通訊技術(shù)發(fā)展到今天，沒有人懷疑火星傳回的1080P圖像了。
百公里以上無人機圖傳并非不可實現(xiàn)，但百萬元以上的價格也相對昂貴。
目前市場上的1080P圖傳產(chǎn)品售價基本均在1700美元以內(nèi)，成本也就成為了消費類無人機圖傳設(shè)計的第一條限制。

2.法律：
中國無線電管理的最高法律文件是《中華人民共和國無線電管理條例》，立法機關(guān)為國務(wù)院和中央軍委，由各級無線電管理機構(gòu)執(zhí)行監(jiān)管。如果使用者希望給圖傳單獨申請執(zhí)照，則需要該圖傳首先獲得《無線電發(fā)射設(shè)備型號核準(zhǔn)證》，其依據(jù)是國家《無線電頻率劃分規(guī)定》中的有關(guān)無線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定。取得專業(yè)電臺執(zhí)照并不是不可操作，只是在消費類無人機領(lǐng)域沒有辦法推廣。
對于專業(yè)航空航天器來說，頻譜劃分時已留有專門的測控頻段，而消費類無人機只能老老實實地屈就于ITU-R（ITU Radio Communication Sector，國際通信聯(lián)盟無線電通信局）的ISM頻段（Industrial ScientIFic Medical，工業(yè)化科學(xué)醫(yī)療頻段）。
13.56Mhz、27.12Mhz、40.68MHz、433mhz、915Mhz、2.4Ghz、5.8GHz都是1W以內(nèi)無需執(zhí)照發(fā)射的；
433MHz及以下頻段通常很難滿足高清圖傳的帶寬要求；
915Mhz頻段有一半已經(jīng)被GSM占用；
L波帶寬并不富裕；
S波段的2.4GHz也就成了1080P獲得遠(yuǎn)距離的首選，但4K或者更高清晰度的圖傳設(shè)計者卻很難在S波段的帶寬上找到便宜；
C波段的5.8G則可以做得更寬，不過相同發(fā)射功率和接收靈敏度下5.8G與2.4G相比通訊距離僅為41.4%，并且其衰減對水氣更敏感，實際通訊距離則不到30%，兩者各有利弊。

圖1 無線頻譜

三.編碼技術(shù)
1.軟/硬件結(jié)構(gòu):OpenMAX IL + Venus
2.編碼標(biāo)準(zhǔn):H.264(APQ8074)/H.265(APQ8053)
3.碼率控制:CBR(Constant Bit Rate)網(wǎng)絡(luò)傳輸中所謂的 CBR 一般是 ABR（平均碼率），即單位時間內(nèi)的平均碼率恒定，編碼輸出有緩沖可以起到平滑波動的作用。

圖2 碼率

4.碼率/幀率自適應(yīng):Dynamic video rate adaptation (rave)是Qualcomm提供的算法庫，基于變化的Wi-Fi帶寬和信道質(zhì)量，計算出合適的視頻流碼率和幀率，這有助于最大限度地減少延遲和圖像損壞問題。
5.I幀間隔調(diào)整:30fps幀率下，30幀或者60幀一個I幀。能在較低的碼率下達到較高的圖像質(zhì)量。
6.I幀重傳:如果I幀丟失或者損壞，圖像會有較長時間的卡頓。當(dāng)接收端反饋此情況，發(fā)送端立即重傳I幀，會減少卡7.頓時間。
8.I幀攜帶SPS/PPS信息:缺少SPS/PPS信息，接收端將不能正確解碼，所以流中需要帶這些信息，防止斷線重連后黑屏。

四.通用協(xié)議
1.RTP
1.1.協(xié)議簡單，易組入
1.2.jrtp開源庫:X許可，幾乎無限制。
1.3.針對H.264/H.265編碼特點進行優(yōu)化:不同的組包策略。
1.4.擴展可配置發(fā)包間隔:平衡碼率波動，防止瞬時碼率過大。
1.5.使用RTP擴展頭:傳遞幀號，用于算法的數(shù)據(jù)同步。
1.6.使用內(nèi)存池:減少模塊間內(nèi)存拷貝，降低延遲。

圖3 RTP

2.RTSP
2.1.支持組播:Live555開源庫
2.2.LGPLv2.1許可，可以在商業(yè)軟件中引用。
2.3.相關(guān)類說明

圖4 RTSP相關(guān)類

2.4.數(shù)據(jù)傳遞示意圖:RTSP server接收到RTSP開始后,
PreviewH264OnDemandMediaSubsession創(chuàng)建了H264PreviewSouce類和H264VideoStreamDiscreteFramer類之后H264PreviewSouce通過隊列從Rtspsink中獲取h264數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后發(fā)送到手機端。

圖5 RTSP 數(shù)據(jù)流

五.Relay
方案一：Drone Station + Relay AP
說明：
? 無線中繼作為AP
? 無人機和手機作為兩個終端連接到無線中繼AP上
? 無線中繼需要布置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)APP，用于轉(zhuǎn)發(fā)視頻流
? 手機端與無線中繼建立socket連接
? 無人機與無線中繼建立socket連接，視頻+RC
優(yōu)點：
? 組網(wǎng)簡單，方案易于理解
缺點：
? 無人機無UI界面，連接中繼的方式需要另行方案（參考：雙方WPS按鈕連接）
? 中繼上的Video Data Forward APP需要很高的性能、可靠性

圖6 框架圖1

方案二：Drone AP + Relay Station & AP
說明：
? 無人機作為AP
? 無線中繼Station + AP模式
? 中繼作為Station與無人機AP連接獲得獨立IP
? 中繼作為AP接受手機端連接，為手機端分配IP
? 無人機的SSID與無線中繼的SSID不相同
? 采用NAT + 路由配置，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，建立無人機與手機端的數(shù)據(jù)通路
? 手機端與無人機建立Socket連接（視頻），與無線中繼建立Socket連接（RC）
優(yōu)點：
? 無線中繼實現(xiàn)相對方案一簡單
? 方案通用，兼容性高
缺點：
? 增加了無線中繼的網(wǎng)絡(luò)配置（復(fù)雜度可接受）
? 無線中繼連接無人機AP的方式需要設(shè)計

圖7 框架圖2

六.云服務(wù)
方案一：無人機端混合音視頻實時數(shù)據(jù)，并發(fā)往云端
說明：
? Camera編碼H.264數(shù)據(jù)，并通過rtp/rtsp協(xié)議進行數(shù)據(jù)發(fā)送
? 手機端接收視頻數(shù)據(jù)流(H.264)，在本地解碼播放
? 手機端采集本地音頻，并將編碼后的音頻發(fā)送到Camera端，Camera端mux audio&video推送云端
? Android、iOS、desktop通過rtmp標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進行媒體播放

圖8 云技術(shù)1

方案二：手機端混合音視頻實時數(shù)據(jù)，并發(fā)往云端
說明：
? Camera編碼H.264數(shù)據(jù)，并通過rtp/rtsp協(xié)議進行數(shù)據(jù)發(fā)送
? 手機端接收視頻數(shù)據(jù)流(H.264)
? 手機端采集本地音頻，與視頻流進行mux，通過rtmp將音視頻流推送到云端
? Android、iOS、desktop通過rtmp標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進行媒體播放

圖9云技術(shù)2