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又想画质好、又要低延时?穿越无人机图传就这么纠结!

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发表于 2022-11-5 10:35:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
先前飞哥跟大家分析过竞速用的穿越无人机,与航拍无人机在设计上的区别。

这回,我们会提到穿越无人机与航拍无人机的另一个重要的分别、也许是最蛋疼的分别——图传。

【数字图传是什么】

我们在航拍无人机上经常使用的图传,包括常见的 Wi-Fi 图传、或是大疆自己的 OcuSync 等,都属于数字图传。

数字图传,就是把画面转为 00111001 等数字信号,然后无线电波将这些数字化的信号传到你的遥控。

又想画质好、又要低延时?穿越无人机图传就这么纠结!-1.jpg


想象一下,这就像一公里外有一场露天音乐会,你找了一个朋友到现场,用手机录制(信号编码)成音频档案(数字信号),开车送到你面前(无线信号),然后把音频档案放入你的手机(信号解码),再播放给你听(上图)。

只要手机没问题,无论遇上交通拥挤或天气变化,手机所录制的音频仍然是一样的。

同样地,数字图传的最大好处,就是最大可能排除干扰对画质的影响。通过各种滤波器与校验方式,遥控器端所收到的画面,能与无人机相机通过无线传输出来的画面几乎相同。航拍摄影师由于经常实时监控无人机的拍摄质量,控制进光量和拍摄角度,故此,数字图传对于重视拍摄质量的航拍无人机来说十分重要。

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但是,数字图传的缺点是会有明显的延时,当无人机遇上干扰时,甚至会出现严重卡顿的现像(上图),根本不可能实时地把影像传送到无人机操作者那儿,严重影响操作的精准度。

【数字图传与延迟】

原因是什么?飞哥上次给大家科普视频的“码率”概念的时候,就曾提到两个重要概念:
    视频数据量之大,远超我们想像。拍摄视频的关键,是恰到好处地压缩数据量

事实上,我们的视频(包括实时图传的视频)都必须压缩至带宽容许的大小,才能传送和储存。所以包括无人机图传在内的任何视频,都必须先经过编码/解码等程序,才能传送播放。

这个编码、解码到播放的时间,大约为 200 毫秒/0.2 秒。对,虽然只是一瞬,但画面延迟的程度,仍然是人类可感知的范围之内。

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在无人机上使用无线传输,带宽比起有线传输更窄,而且传输距离更远,所以延时更为明显。无人机的图传为了节省带宽,必须把视频的数据量进一步压缩;但飞行距离愈远、或是环境干扰愈复杂,无人机图传在编码/解码上的压力愈大,使延时成为无人机的数字图传的巨大挑战(图上)。

【模拟图传是什么?】

虽然数字图传会有延时,但 200 毫秒左右的滞后时间,对于相对静态的航拍画面来说,还是在接受范围之内。对于决胜于毫厘之间的竞速用穿越无人机来说,200 毫秒就十分致命了。

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要知道穿越无人机很多是以每小时 100 公里的速度飞行,即每秒速度达 27.78 米。数字图传约 0.2 秒的延时,会让实际环境和图传画质有大约 5.5 米的差距。假设你从图传画面见到还有差 5.5 米才到弯,下一刻你的飞机可能已经炸在墙角了。

所以穿越无人机的玩家,很多都非要用模拟图传不可。

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模拟图传是什么?是相机拍摄的图像信息,会被"模拟"成几乎一模一样的波动电信号,经过调制后再通过无线电波传送。模拟图传不需要任何编/解码的过程(上图),所以就能直接把信号以最直接的方式传递,故此能把图传的延迟降至最低,一般低达 50 毫秒(0.05 秒)。

而且,无论环境干扰有多严重,模拟图传的延时仍然不会变大,画面一样不会卡顿--只要你能接受画质劣化,在严重的干扰下仍然能实时而可靠地飞行。

我们又可以想像一下:如果说数字图传是你找了一个朋友,到一公里外的一场演唱会现场听了歌曲(相机视频),然后朋友开车回来(无线信号),再直接唱一次给你听(模拟信号)。

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由于你的朋友不再需要找个手机进行“编码”录制,也不需要把音频档案输入你的手机再“解码”播放,他只需凭记忆就翻唱一次,所以最快、最直接(上图)。

【模拟图传与失真】

这种“翻唱”的模拟方式,虽然很直接和快速,但一样有它的弱点:即使你的朋友歌喉与原唱者一模一样,但当他回来的途中,可能因为环境太吵而听错歌词、或是回来途中被汽车音乐干扰,搞错了旋律,就很容易导致整首歌走了调。

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简言之,模拟图传虽然没有数字图传的延迟问题,但会有画质失真的问题。只要模拟信号略为受到干扰,画质就会劣化。以上图为例,这是迪拜穿越无人机大赛的实时图传,即使选手们都在这种世界级赛事里,用上最好的模拟图传设备,而且穿越机飞行的距离也不太远,但我们仍然明显见到画面闪烁不定,一个不留神就炸机了。

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如果把模拟图传用在长距离的航拍上?情况可能更为明显。当飞行距离增加,遇上信号功率衰减、以及各种干扰后,图传画面难免满布雪花和鬼影,几乎完全不能看(上图)。

其实,模拟图传本来就属于旧式的技术,本来只是旧款电视广播年代的产物。在无人机刚兴起之时,当时数字图传技术还未成熟,大疆的 Phantom 1 和 Phantom 2 只能采用模拟图传技术,对于航拍摄影师来说极为不便。后来大疆在 Phantom 3 开始改用 Lightbridge 数字图传,才开始了无人机的数字图传时代。

【世上有没有完美的图传?】

数字图传技术目前还未能克服延时的问题,穿越机用户必须忍受渣一样的图传画质;但模拟图传的画质经常受干扰,会严重影响参赛者的判断,一样也会炸机。

短期而言,穿越机仍然要倚赖旧式的模拟图传;但长期来说,用户还是想要低延时的数字图传。

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事实上,近年不少厂家都在致力发展低延时的数字图传技术,例如以色列的

Amimon 公司,开发出一台“零延时、无压缩的 CONNEX ProSight 数字图传技术(上图)。无人机龙头大疆,也在去年推出了针对穿越机市场、搭载了 OcuSync 数字图传技术的 DJI 飞行眼镜竞速版,最低延时也低至 50 毫秒。

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就让我们期待一下,未来能通过清晰的图传画面,享受穿越机极速的穿梭乐趣。

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光wifi?我记得好像有个光wifi技术来着,不知道局限性咋样

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