FPV为什么要选择并不清晰的模拟图传?

英炜硬十 2024-10-15 16:50:35

FPV与常见的航拍无人机有所不同,可以超快速飞行。此前,FPV需要自行组装,零部件包括分机架、飞控、图传、天线、电调、电机等,操控难度也比较大。

与FPV穿越机配套的还有飞行眼镜,飞手可以沉浸式体验FPV穿越机飞过时拍摄到的画面。当前FPV穿越机的飞行距离可以达到80km到110km,时速可达260 km/h。

FPV穿越机由三大系统组成,分别是机架、控制系统,电力系统以及视频传输系统,其中机架、控制系统包括飞控、分电板、遥控器、接收机,控制系统包括电调、电机、桨叶、电池,视频传输系统包括摄像头、图传、接收屏、FPV眼镜。图传被称为无人机的“眼睛”,能够将无人机所搭载的摄像机拍摄到的视频以无线的方式实时传送到后方。按设备通信机制类型,图传技术一般分为数字图传技术和模拟图传技术。具体来看,主流的无人机图传技术可以分为OFDM技术、COFDM技术、WiFi技术、Lightbridge高清远距离数字图传技术以及模拟图传技术。

1、 模拟FM传输

CVBS(NTSC/PAL)调制

2、 视频压缩,OFDM传输

DJI/OpenHD/HDZero 使用 OFDM 调制

3、原始视频,OFDM传输

传统数字无线视频传输采用视频编码器进行压缩以降低数据速率,并使用 OFDM 作为基带调制。HDZero 使用联合源通道编码 (JSCC) 技术将传入的视频数据直接映射到 OFDM 星座作为基带调制。

下图中左边为数字图传,右边为模拟图传。

FPV为什么还选择那么陈旧的、不清晰的模拟图传

图传是fpv的重要组成部分之一。fpv的意思是第一人称主视角意思。而要实现观看飞机第一视角的画面,需要用图传系统回传的飞手的眼镜/屏幕上。

图传系统主要分为两个部分:接收端和发射端。发射端是安装在飞机上的摄像头与图传发射机。摄像头将拍摄到的画面转换为模拟信号输给图传发射机,而发射机将摄像头的信号通过无线电发射出去。而接收端负责接收信号并且将呈现在屏幕上。

接收端主要有两种类别:一种是头戴的fpv眼镜,还有一种是架在遥控器/三脚架上的屏幕(类似汽车中控台的那种)。

fpv眼镜

fpv屏幕

fpv眼镜主要分为只有一块大屏幕的(又称眼罩)和两块小屏幕组成的(眼镜)。前者是fpv设备中最便宜的,一般来说低端的只需200~300rmb,而主流的眼罩br(beerotor)眼罩大概500rmb左右。后者较为昂贵,大概要1000~3000rmb。fpv眼镜一般自带接收机。眼镜的沉浸感很强,是穿越机手的主流选择。

fpv屏幕一般是由一块有模拟信号接口的屏幕与接收机组成,或者是一体的屏幕+接收机。购买fpv屏幕的话,我个人推荐购买小飞手鹰眼锐视的屏幕。前者主要是做小尺寸(5寸)屏幕,后者主要生产接收机和7寸大屏幕。参考价格:小飞手4代300~500rmb,鹰眼锐视700~800rmb。

接收端还涉及一个重要的部件:天线。一般来说,全向天线接收上下左右前后等方位的信号,但是灵敏度低;而平板天线类定向的天线只能接收特定方向的信号(前后),但是灵敏度高。如果想飞远航的同学请使用aat+平板天线+大功率图传发射的组合来延长图像传输距离(请自行百度aat)。

发射端主要由发射机和摄像头组成。摄像头的排线越多,画质越好。例如1000线的摄像头画质就比800线的好。而发射机之间的区别主要是功率的区别(如有错误请指正)。功率越大,传输距离就越远。一般用200mw或者400mw的图传就可以了。

FPV(First Person View,第一视角飞行)中继续选择模拟图传(模拟图像传输)主要有以下原因:

低延迟:模拟图传具有极低的延迟,通常在10-20ms左右。这对FPV飞行员至关重要,特别是在快速反应和精确控制的场景中,低延迟能够让操作者迅速看到即时画面,减少因延迟带来的操控误差。

实时性和可靠性:相比于数字图传,模拟图传在信号弱的情况下仍然能够传输图像。即使信号质量下降,图像只会出现噪点或条纹,但仍可继续观看;而数字图传在信号弱时则可能会直接卡顿或丢帧,甚至完全失去信号。这种连续性在复杂的飞行环境中更加可靠。

传输距离远:模拟图传由于其较低的带宽需求,可以实现较远的传输距离,这对于长距离飞行和穿越障碍物的场景非常有用。很多FPV飞行员在野外或复杂环境中飞行,可靠的传输距离是他们优先考虑的因素之一。

成本较低:模拟图传的设备价格通常比数字图传低,尤其是在一些入门级和爱好者级的FPV设备中。对于需要频繁更换或可能在激烈飞行中损坏的设备,低成本方案具有更高的性价比。

现在FPV是一次性消耗品,所以便宜是非常重要的。

兼容性和成熟的生态:模拟图传技术非常成熟,已有几十年的发展历史,相关设备的兼容性很好,用户也积累了丰富的调试和使用经验。此外,模拟图传系统普遍支持标准的5.8GHz频段,飞行员无需担心设备不兼容的问题。

虽然数字图传逐渐崭露头角,特别是在画质和功能上表现优异,但模拟图传凭借低延迟、高可靠性、远距离和低成本的优势,仍然在FPV市场中占据一席之地。

数字图传为什么比模拟图传的延时大

数字图传的延时比模拟图传大的原因主要涉及数字信号的处理流程和技术特性。以下几点解释了数字图传延时较大的原因:

数据编码和解码:数字图传需要将图像信号进行数字化编码,再通过无线传输,接收端收到信号后需要进行解码。这个过程中,编码和解码都会引入一定的延时,尤其是在视频压缩过程中,为了减少传输带宽,常用H.264或H.265等压缩算法,它们需要额外的计算时间。

数据打包与传输:数字图传将图像数据打包成帧(packet)后再发送,每一帧都包含多个图像信息单元。数据在无线传输中需要确保这些帧的完整性和顺序,任何丢失的包可能需要重传或通过算法进行纠错,这些机制会引入额外的延时,特别是在信号较差时。

数据缓冲:为了确保图像的流畅性,接收端通常会进行数据缓冲,积累一定数量的帧后再进行显示。这种缓冲机制使得画面更加平滑,但也会增加延时。数字图传系统需要一定数量的缓冲帧,以应对网络波动和数据丢失。

图像处理:数字图传的处理器在接收到数据后,通常需要进行图像优化和帧处理(例如去噪、色彩调整等),这些步骤也需要时间处理,而模拟图传则是将信号直接传输给显示设备,没有复杂的图像后处理环节。

信号处理复杂度:数字传输中,信号需要进行调制、解调、纠错等复杂的信号处理步骤,而模拟图传是基于模拟信号的简单调幅或调频传输,信号经过射频模块直接传输,不涉及复杂的数据处理。这种简单的传输方式使得模拟图传可以实现几乎实时的低延迟。

压缩方式影响:数字图传为了提高传输效率,通常会对图像进行有损压缩,这虽然能够降低带宽占用,但压缩过程会增加延迟,而高质量的无损压缩则需要更多计算资源和时间。

这些技术特性使得数字图传在追求高清画质和可靠性时,难以避免比模拟图传更大的延时。

模拟图传的基本原理

模拟图传的基本原理可以归结为将摄像头捕获的模拟视频信号通过无线电波调制并发送,接收端通过解调还原信号,最终显示为图像。这种传输方式不涉及数字化处理,直接使用射频信号传输图像,因此具有简单、低延迟的特点。

以下是模拟图传的主要步骤:

模拟图传的基本工作原理:

视频信号捕获:摄像头会捕捉到模拟视频信号,通常是复合视频信号(Composite Video Signal,CVBS),包含亮度(Y)、色度(C)和同步信号。

射频调制:将视频信号进行调制,将其转换为高频射频信号。常见的调制方式包括调幅(AM)或调频(FM),具体取决于图像信号的频率范围和传输距离。5.8GHz频段是FPV中非常常见的频段。

无线传输:调制后的射频信号通过发射天线进行传输,通常使用2.4GHz或5.8GHz频段进行传输。这些频段被广泛应用于无线通信,且适合短至中距离的传输。

信号接收:接收端通过天线接收到射频信号,并通过射频解调器将其还原为原始的视频信号。

视频信号显示:解调后的模拟视频信号直接输出到显示设备(如FPV眼镜、监视器等)进行实时显示,整个过程非常快,通常在10-20ms的延时范围内。

模拟图传常用的协议:

模拟图传不像数字图传那样有明确的通信协议,因为它本质上不传输数据包,而是连续的模拟信号。常用的视频标准包括:

PAL(Phase Alternating Line):主要用于欧洲和中国等地区的模拟视频标准。PAL系统的分辨率通常为625行,每秒25帧(50场交错扫描),色彩稳定性好,抗干扰能力较强。

NTSC(National Television System Committee):主要用于北美、日本和其他少数地区的模拟视频标准。NTSC系统的分辨率为525行,每秒30帧(60场交错扫描),帧速率较高,但色彩稳定性稍差。

SECAM(Séquentiel Couleur à Mémoire):主要用于法国和俄罗斯等国家的模拟视频标准,特点是色度和亮度信号的分离处理。

在FPV应用中,PAL和NTSC是最常用的两种视频传输标准。使用哪个标准通常取决于摄像头和接收设备的设置以及地理位置。在FPV图传中,通常的无线传输采用的是模拟调制方法,传输的只是图像信号,没有明确的数字通信协议。

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