DJI Goggles RE图传及延时测试

51fly

去年12月23日，大疆发布了一款在Goggles标准版的基础上针对穿越机使用场景进行改进的通用设备 – Goggles RE, Goggles竞速版。
穿越机这个使用场景中，最核心的技术是实时图传系统，常用的图传技术分为两大类：模拟图传和数字图传。众所周知，得益于其低延时、低价格的特点，模拟图传在穿越机飞行，甚至整个航模FPV飞行中占有统治地位。但现在大部分模拟图传技术还停留在上个世纪五十年代， 清晰度低、传输距离短的缺点依然明显，模糊的图像和雪花依然是穿越机玩家无法摆脱的困扰。
数字图传相比模拟图传，具有图传质量高，抗干扰能力强，传输距离长等优势，同时也存在图传卡顿和延时较高的劣势。大疆开发的这款DJI Goggles RE专为穿越机的使用场景做出了修改优化，与OcuSync天空端图传系统配合使用，能为用户带来更清晰畅快的飞行体验 。
那么在这篇文章中，我们先来看一下Goggles RE解决的痛点和改进，然后再检测它在实际测试中的表现。

Goggles RE 改进亮点

DJI Goggles RE作为竞速版，在整体设计上针对穿越机的应用场景做出了很多改进，其最大的亮点可以说是采用了Ocysync图传系统。
1 . 图传链路上，穿越机需要稳定的图传链路，而由于WIFI等无线设备的广泛使用，2.4G频段上通常有较强的干扰，所以DJI Goggles RE增加了5.8G的频段支持，玩家可以自行选择干扰较低的频段，避开干扰较强的频段。
2. 由于穿越机的机动性强，其自身姿态，所处方位都在不断的急剧变化，这对天空端和地面端天线的方向图不圆度提出了很高的要求，天线需在整个空间内的辐射功率都有一致的表现才能无时无刻准确接收到信号，DJI Goggles RE重新设计了四个内部线极化全向天线，并在外部增加了一个圆极化全向天线，获得更好的无线信号接收性能。
3. OcuSync图传系统。
玩穿越机的时候，传统的数字图传较模拟图传的一个劣势是：在遇到较强无线环境干扰或有部分遮挡的条件下，模拟图传会有图传质量的下降，会屏幕会产生雪花，但用户依然能通过模糊的影像行操作，避免损失，而传统的数字图传会在基本没有预兆的情况下发生图传卡顿甚至中断。
而DJI Goggles RE重构了第一代Goggles的无线通信策略与视频编解码算法，在信道条件变恶劣的情况下，第一时间主动调整视频编码码率降低数据量，来保证图传的流畅性。   
传统的模拟图传以低延时著称，延时范围在30到60ms之间，一般在50ms左右。而大疆官方宣称OcuSync数字图传最高分辨率能够达到960p@50fps，当分辨率降低到480p@50fps时，图传延迟时间能够达到最低50ms，已经达到了模拟图传的低延时水平。那么为什么Ocusync数字图传在传输大量数据的同时，还可以实现和模拟图传齐驱并驾的低延时呢，下面我们来深入探讨一下。

整个图传通路包括相机、视频编码、无线通信、视频解码、显示等等， Ocusync Air系统对传输路径上的各个节点都做了针对性的优化。
1）相机上采用全局快门
OcuSync天空端模块上配备的小相机采用的全局快门。这种快门一般会在专业摄像机上出现。和全局快门相对应的是卷帘快门，由于卷帘快门相机曝光时的逐行延时，对于拍摄高速运动的物体，会产生因曝光延时造成的整体变形。曝光延时越高、拍摄物体相对于相机的移动速度越快，这种变形就越明显。而全局快门的传感器的所有像素点会同时收集光线，同时曝光，能很好地避免果冻效应和斜坡现象。

更多关于全局快门和卷帘快门的知识：http://www.nphoto.net/news/2012-09/25/858d44e576553cc0.shtml



果冻效应:行驶中的车辆



果冻效应:卷帘快门拍摄的转动中的螺旋桨

穿越机飞行时轻松超过120km/h的飞行速度，此时周围静止物体的相对速度已经达到汽车在高速公路上的速度，另外不同的安装角度也决定了有些设备会把飞行器桨叶放在镜头的可视范围内。
OcuSync上采用全局快门，同时提高相机帧率以降低每一帧数据产生的延时，因此能在高帧率下得到更佳的录像性能和FPV飞行体验，在帧率、性能、成像质量等多方面有较好的平衡。

2）降低数字图传的卡顿
图传卡顿是数字图传系统很容易遇到的问题，其原因是数字系统与模拟系统不同，对于接收到的数据没有模糊的边界存在，只有正确或者错误。当错误发生时，通常只能选择丢弃或者重发，这是卡顿的主要来源之一。
Ocusync Air System通过对无线信道吞吐量和图传视频源的估计和持续跟踪，保持无线传输和视频流的匹配，并辅助以系统设计中的错误检测、错误恢复和冗余备份等技术来消除飞行过程中的卡顿感，使弯转得更流畅。

3）智能选频
无线传播环境时刻都在变化，Ocusync系统在图传模块和Goggles RE的两端都以每秒100次的频度，和1MHz的频率分辨率感知周围的无线干扰和无线路径遮挡情况，并根据其工作情况智能地调整工作方式。

4）减少各节点的缓存数据量

5）抗干扰和自调整能力
在受到无线干扰时，Ocusync系统会及时发现并决策是否需要调整工作频点，并在需要时在33ms内完成快速完成工作频点的切换，从而降低无线干扰的影响。Ocusync还会感知图传模块和Goggles RE的相对位置和角度，始终保证使用当前最优的天线进行通信。
另外，为了帮助用户时刻了解当前通信链路的状态以确保更安全稳定的飞行，在OcuSync无线信号受到遮挡或干扰的情况，DJI Goggles RE也加入了语音提示，请玩家在操作的时候注意。信号接收端也被直接放到眼镜内部，更减少了在接收到显示的路径上不必要的数据传输和格式转换步骤，一切都为了尽快将视频图像呈现在用户眼中。

4. 支持搭配模拟图传
DJI Goggles RE也加入了对模拟图传的支持，可接收5.650GHz~5.925GHz频段内任意频点的模拟图传，并支持使用SD卡存储模拟图传视频，玩家可以自选是否需要选择低成本的图传方案，有更多自主空间。
为什么市面上常见的模拟图传眼镜有两根外置天线用来做接收分集，而Goggles RE只设置了一根位置天线？
常见的支持接收分集的模拟图传接收端为Rx5808 Pro Plus型的设计，如下图所示：


两个RX5808的视频流是通过TI CD4066B的switch来做切换的，本身并没有分集接收再合并的增益，而只是使用这个switch选择一路信号较强的视频输出，也就是说等于自动二选一的功能。这种二选一的增益来自于接收环境的互补，也就是说当一根天线接收不佳的时候另外一根天线能补上。但从结构设计上看，本身两个天线端口距离非常近，更何况为了保持最好的接收角度天线之间也可能产生遮挡，这种分集设计的噱头大于实际效果。
Goggles RE舍弃了这种二选一的机制，从实用角度，优化了内部的模拟接收电路性能，提高接收灵敏度；优化接收天线的方向图，使得飞行器从各个方向发送的信号都能得到更优的解调性能，避免“盲区”。

实飞及延时测试

说完了Goggles Red的这么多有点，实际测试中反应如何呢？
1. 先上两个实飞视频来就地检验一下。
室内飞行： Ocusync VS 模拟图传





户外飞行



从实拍视频对比来看，在色彩、图像分辨率等等方面， Ocusync可以说是秒杀模拟图传的，卡顿现象也基本没有出现。比完图像质量，我们来看看模拟图传的最大优势：低延时。

2. 延时测试
图传延时是穿越机无线图传的关键指标，在很大程度上影响着飞机的操控。测试延时有这么几种测试方式：
1）传统秒表测试
在图传系统的屏到屏延时测试中，常使用手机秒表做为工具测试延时，这种测试方法的精度到底如何？测试结果是否可信呢?
首先，我们来看一下手机秒表本身的精度，实验中采用两台IPhone手机，Iphone7 plus负责显示秒表，Iphone6 plus进行慢动作拍摄，抓取秒表跳动的间隔（秒表跳动前后的时间会叠加显示，间隔为两个数值之间的差值），我们随机抽出10组数据，结果如下：




















对秒表跳动间隔进行一下简单的分类，可得：
1）20ms 两次
2）30ms 四次
3）40ms 两次
4）50ms 一次
5）60ms 一次
由此可知，Iphone手机秒表的精度大概在20ms到60ms，多数情况在20ms到40ms左右，目前，低延时系统的屏到屏延时通常也在几十毫秒，采用一个误差在几十毫秒的工具测量一个数值在几十毫秒的系统，在测试结果上可信度较低。
举个栗子，有A,B两套系统，延时分别是59ms和60ms，测试时手机秒表跳动间隔分别为20ms和40ms，那么A系统的测试延时测试结果为20ms，而B系统的延时测试结果为60ms，1ms的实际差距，测量结果体现为40ms的差异。

2）高精度延时测试工具

• 延时测试神器 -- 跑马灯
  

此神器有三排LED灯，每行10个，共30个，第一排的LED每1ms跳动一次，第二排LED灯每10ms跳动一次，第三排LED灯每100ms跳动一下，从而可达到毫秒级的测试精度。

• 高速相机
  

快门设置为1/2000 S, 高速抓取各设备瞬间显示的时间。

• 射灯
  

保证拍摄过程中的环境光强，避免图传相机长时间曝光引起显示画面中多等同时亮，难以获得准确读数。



3）DJI Goggles RE Ocuysnc数字图传屏到屏延时测试
接下来开始干正事，为方便测量，先忍痛把Goggles的面罩和目镜掀掉。
用户指南上说不同的图传格式延时也不同，分辨率越高图传延时越高，看起来延时应该是和传输的数据量有关系，需要传输的数据量越多，延时自然也就越高，下面是实际的测试数据：

• 480p的图传格式
  

第一次测试：延时为458 – 409 = 49 ms


第二次测试：延时为961 – 915 = 46 ms


第三次测试：延时为591 – 538 = 53 ms


三次平均下来为49.3ms，确实达到了官方所说的50ms。

• 720p的图传格式
  

第一次测试：延时为105 – 039 = 66ms


第二次测试：834 – 768 = 65ms


720P模式下，延时时间延长到了65ms左右，表现还是比较出色的。

最后，在看了这么多Ocusync的好处之后，相信玩家还会重点考虑一个因素：价格。目前Ocusync天空端图传系统官方售价998元。如果有玩家对价格望而却步，也没关系，Goggle RE同样兼容模拟图传系统，提供低成本的解决方案。

本文转载自5iMX