無人機(jī)能夠一躍進(jìn)入大眾視野，并迅速在大眾市場(chǎng)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(shí)時(shí)攝錄，方便的無人機(jī)圖傳功能無疑為無人機(jī)加足了籌碼，賺足了眼球。博主就來分析一下無人機(jī)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(gè)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(dú)立的視頻圖像傳輸設(shè)備。圖傳的概念只存在于消費(fèi)類無人機(jī)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(jī)圖傳并非不可實(shí)現(xiàn)，但百萬元以上的價(jià)格也相對(duì)昂貴。
目前市場(chǎng)上的1080P圖傳產(chǎn)品售價(jià)基本均在1700美元以內(nèi)，成本也就成為了消費(fèi)類無人機(jī)圖傳設(shè)計(jì)的第一條限制。

2.法律：
中國(guó)無線電管理的最高法律文件是《中華人民共和國(guó)無線電管理?xiàng)l例》，立法機(jī)關(guān)為國(guó)務(wù)院和中央軍委，由各級(jí)無線電管理機(jī)構(gòu)執(zhí)行監(jiān)管。如果使用者希望給圖傳單獨(dú)申請(qǐng)執(zhí)照，則需要該圖傳首先獲得《無線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)證》，其依據(jù)是國(guó)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(tái)執(zhí)照并不是不可操作，只是在消費(fèi)類無人機(jī)領(lǐng)域沒有辦法推廣。
對(duì)于專業(yè)航空航天器來說，頻譜劃分時(shí)已留有專門的測(cè)控頻段，而消費(fèi)類無人機(jī)只能老老實(shí)實(shí)地屈就于ITU-R（ITU Radio Communication Sector，國(guó)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(jì)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(duì)水氣更敏感，實(shí)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(shí)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(dòng)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(kù)，基于變化的Wi-Fi帶寬和信道質(zhì)量，計(jì)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(gè)I幀。能在較低的碼率下達(dá)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(huì)有較長(zhǎng)時(shí)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(huì)減少卡7.頓時(shí)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(jiǎn)單，易組入
1.2.jrtp開源庫(kù):X許可，幾乎無限制。
1.3.針對(duì)H.264/H.265編碼特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化:不同的組包策略。
1.4.擴(kuò)展可配置發(fā)包間隔:平衡碼率波動(dòng)，防止瞬時(shí)碼率過大。
1.5.使用RTP擴(kuò)展頭:傳遞幀號(hào)，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(kù)
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(duì)列從Rtspsink中獲取h264數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后發(fā)送到手機(jī)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(jī)和手機(jī)作為兩個(gè)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(jī)端與無線中繼建立socket連接
? 無人機(jī)與無線中繼建立socket連接，視頻+RC
優(yōu)點(diǎn)：
? 組網(wǎng)簡(jiǎn)單，方案易于理解
缺點(diǎn)：
? 無人機(jī)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(jī)作為AP
? 無線中繼Station + AP模式
? 中繼作為Station與無人機(jī)AP連接獲得獨(dú)立IP
? 中繼作為AP接受手機(jī)端連接，為手機(jī)端分配IP
? 無人機(jī)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(jī)與手機(jī)端的數(shù)據(jù)通路
? 手機(jī)端與無人機(jī)建立Socket連接（視頻），與無線中繼建立Socket連接（RC）
優(yōu)點(diǎn)：
? 無線中繼實(shí)現(xiàn)相對(duì)方案一簡(jiǎn)單
? 方案通用，兼容性高
缺點(diǎn)：
? 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(jī)AP的方式需要設(shè)計(jì)

圖7 框架圖2

六.云服務(wù)
方案一：無人機(jī)端混合音視頻實(shí)時(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送
? 手機(jī)端接收視頻數(shù)據(jù)流(H.264)，在本地解碼播放
? 手機(jī)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(jìn)行媒體播放

圖8 云技術(shù)1

方案二：手機(jī)端混合音視頻實(shí)時(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送
? 手機(jī)端接收視頻數(shù)據(jù)流(H.264)
? 手機(jī)端采集本地音頻，與視頻流進(jìn)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(jìn)行媒體播放

圖9云技術(shù)2