無人機(jī)數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)探析

摘 要：無人機(jī)航測(cè)技術(shù)是測(cè)繪領(lǐng)域當(dāng)中常見的一項(xiàng)技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)以往主要通過無人機(jī)搭載攝像設(shè)備進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境拍攝，并利用模擬設(shè)備實(shí)時(shí)將拍攝信息傳輸至控制臺(tái)，但從應(yīng)用結(jié)果上可以看到，模擬傳輸?shù)姆绞綍r(shí)常出現(xiàn)不穩(wěn)定、圖像清晰度不足等問題，本文為了對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行改善提出了一種結(jié)合數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)的改進(jìn)方案，并對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 模擬傳輸 數(shù)字視頻圖像傳輸

0.引言

在測(cè)繪工作當(dāng)中，因?yàn)闇y(cè)繪環(huán)境的復(fù)雜性，使得人工難以深入進(jìn)行測(cè)繪，所以需要采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)來代替人工進(jìn)行工作，在應(yīng)用結(jié)果上，此項(xiàng)技術(shù)具有較高的應(yīng)用價(jià)值，但在以往的應(yīng)用當(dāng)中，無人機(jī)航測(cè)大多采用模擬傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)測(cè)繪信息傳輸，此時(shí)因?yàn)榈乩憝h(huán)境的影響，導(dǎo)致圖像信息傳輸受到了巨大干擾，不利于測(cè)繪成像的準(zhǔn)確性，而數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)則具有較高的抗干擾性，不宜被外界環(huán)境所干擾，可以改善模擬傳輸技術(shù)的弊端。

1.數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)概述

實(shí)際上，數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)在現(xiàn)代測(cè)繪工作當(dāng)中早有應(yīng)用，其主要依靠攝像設(shè)備來獲得高質(zhì)視頻信號(hào)，在通過預(yù)處理機(jī)制、圖像編碼功能的調(diào)整之后，通過無線通信系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送至調(diào)制器，利用調(diào)制器功能將信號(hào)路徑放大，最終通過天線將信號(hào)發(fā)送至終端信號(hào)接收設(shè)備處，再進(jìn)入顯示設(shè)備通過該設(shè)備的轉(zhuǎn)換形成測(cè)繪圖像。在此流程當(dāng)中，因?yàn)樯婕暗綗o線通信信號(hào)，所以當(dāng)拍攝環(huán)境當(dāng)中存在電磁、遮擋物等干擾因素時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果與模擬傳輸?shù)膽?yīng)用效果相差無幾，甚至還容易出現(xiàn)錯(cuò)誤編碼，針對(duì)此現(xiàn)象還需要人工對(duì)編碼進(jìn)行修正才能應(yīng)用[1]。

但在現(xiàn)代研究當(dāng)中，有研究者提出了將RS編碼融入數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)，代替以往信號(hào)傳輸?shù)母倪M(jìn)方案，在方案當(dāng)中，主要設(shè)定RS編碼的交織深度為I=1，2，3，4，5，其中1代表無交織；2，3，4，5，代表糾錯(cuò)能力的大??；I代表糾錯(cuò)能力，一般情況下，因?yàn)榧m錯(cuò)能力越大就導(dǎo)致糾錯(cuò)系統(tǒng)占用的資源會(huì)越多，所以為了保障系統(tǒng)政論體運(yùn)行流程，在理論上可以選擇I=4的配置，圖1、2為無人機(jī)數(shù)字圖像發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)[2]。

2.無人機(jī)數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)系統(tǒng)分析

針對(duì)上述改進(jìn)方案，對(duì)無人機(jī)數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行分析。分析主要圍繞數(shù)字系統(tǒng)速率匹配方法，分為3個(gè)部分進(jìn)行研究，即幀同步環(huán)檢測(cè)、速率匹配、測(cè)試分析。

2.1幀同步環(huán)

傳統(tǒng)的研究方法中，為了實(shí)現(xiàn)RS編碼塊數(shù)據(jù)定位會(huì)針對(duì)幀頭的信息進(jìn)行檢測(cè)，但此方法會(huì)導(dǎo)致幀頭信息漏檢，影響檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整性。本文將幀頭檢測(cè)信息分為三種類型，即真同步、假同步、漏同步。真同步方面，主要是指正確的幀頭信息；假同步方法，主要是指錯(cuò)誤的幀頭信息；漏同步方面，主要是指漏檢的幀頭信息，其中假同步與漏同步信息無疑會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)缺陷，所以為了消除假同步與漏同步，本文在傳統(tǒng)檢測(cè)方法上，設(shè)計(jì)了一種能夠有效識(shí)別三類幀頭信息的方法，即幀同步環(huán)，圖3為幀同步環(huán)流程。

幀同步環(huán)主要具備4項(xiàng)功能分別為搜索、捕獲驗(yàn)證、鎖定、保持鎖定，運(yùn)作時(shí)首先進(jìn)入搜索階段，階段中當(dāng)幀頭檢測(cè)到幀頭信息的第一個(gè)同步指示信號(hào)之后，則跳轉(zhuǎn)到捕獲驗(yàn)證階段，此階段主要通過堅(jiān)定識(shí)別器，判斷第一個(gè)同步指示信號(hào)的真?zhèn)?，檢定原理在于信號(hào)是否具備周期，如果有周期即為真同步，沒有則為假同步，當(dāng)檢測(cè)到真同步時(shí)，就進(jìn)入鎖定階段，如果檢測(cè)到假同步時(shí)，則返回搜索階段繼續(xù)搜索，之后針對(duì)真同步進(jìn)入保持鎖定階段，此階段中，主要通過幀同步器對(duì)鎖定信號(hào)進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)主要結(jié)合計(jì)數(shù)器來決策鎖定階段是否完結(jié)，即在計(jì)數(shù)器之下，如果信號(hào)輸出消失則說明可能存在漏檢現(xiàn)象，此時(shí)計(jì)數(shù)器開始運(yùn)作，對(duì)連續(xù)幀數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)連續(xù)幀數(shù)計(jì)數(shù)滿了之后，則發(fā)出信號(hào)時(shí)幀同步器回歸搜索狀態(tài)，重新進(jìn)行搜索直至信息完整。

此外，針對(duì)捕獲驗(yàn)證，傳統(tǒng)的捕獲驗(yàn)證模塊主要采用圖像處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，此方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠很容易對(duì)相位因子進(jìn)行計(jì)算，但此方法具有一個(gè)明顯的缺陷，即在大多數(shù)情況下，圖像處理系統(tǒng)與無線傳輸系統(tǒng)不相關(guān)，所以導(dǎo)致捕獲驗(yàn)證難以實(shí)施，針對(duì)此點(diǎn)，本文提出了自校正捕獲驗(yàn)證法，此方法首先需要完成閾值設(shè)定與系統(tǒng)初始化，其次，在此條件下當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，即進(jìn)入捕獲狀態(tài)，針對(duì)捕獲而來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合當(dāng)前相位因子可以得到因子的狀態(tài)。

2.2速率匹配

假定L為幀長(zhǎng)度字節(jié)；M為幀頭長(zhǎng)度字節(jié)；fin為讀時(shí)鐘（由無線傳輸系統(tǒng)提供）；fsys為無線傳輸系統(tǒng)工作時(shí)鐘；fout為數(shù)字系統(tǒng)通過直接數(shù)字式頻率合成器產(chǎn)生的時(shí)鐘；卷積編碼為（7，1/2），那么系統(tǒng)最終圖像的傳輸比特率可以通過公式（1）表示：。在此基礎(chǔ)上假設(shè)相位因子為φ，當(dāng)φ=φ+1時(shí)，就需要在數(shù)據(jù)存在缺陷時(shí)插入空白幀，以此滿足幀同步環(huán)的數(shù)據(jù)流需求。其次，因?yàn)榭瞻讕牟迦耄赡軙?huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不兼容、引入延時(shí)、卡頓現(xiàn)象，所以需要對(duì)此進(jìn)行調(diào)整，本文主要參照CCSDS標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)某個(gè)252byte編碼數(shù)據(jù)塊，在的條件下，將編碼數(shù)據(jù)塊分為4等分，之后針對(duì)每等分?jǐn)?shù)據(jù)補(bǔ)0，使其形成233byte數(shù)據(jù)幀，最終將其輸入編碼器后，用過編碼器的電路對(duì)每等分前63byte、后32byte進(jìn)行抽取形成380byte，再價(jià)值幀頭信息，一般可以形成384byte，此時(shí)可以有效消除空白幀帶來的問題。

2.3測(cè)試分析

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存系統(tǒng)的上下限差值會(huì)改變數(shù)據(jù)變化容量，即當(dāng)數(shù)值為5個(gè)字節(jié)時(shí)，系統(tǒng)8h內(nèi)緩存模塊中的N會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，具體如圖4所示。

根據(jù)圖4可見，當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率在5.12Mbit/s、信號(hào)強(qiáng)度為-102dBm時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的錯(cuò)碼率為5×10-7，這樣的檢測(cè)結(jié)果，已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)下常見的無人機(jī)航測(cè)要求，此方法已經(jīng)有相應(yīng)的實(shí)例可以證明。

4.結(jié)語

為了提高無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的水平，現(xiàn)代許多研究者都針對(duì)無人機(jī)數(shù)字視頻圖像傳輸技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，大多數(shù)研究結(jié)果都顯示此項(xiàng)技術(shù)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。本文為了對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了解，進(jìn)行了相關(guān)研究工作，主要通過幀同步環(huán)、速率匹配、測(cè)試分析進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張翔，吳嘉敏，王慧，張?jiān)孪?微型旋翼無人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦與電信，2017（12）：5-9.

[2] 梁鴻.小型無人機(jī)圖像傳輸技術(shù)在消防勤務(wù)中的應(yīng)用研究[J].電子科學(xué)技術(shù)（北京），2016，3（6）：782-785.

作者簡(jiǎn)介：王維毅（1963年1月）男，漢族，山東蓬萊人，威海職業(yè)學(xué)院副教授、本科，研究方向：通信技術(shù)。