長距離高清視頻傳輸取得突破，降成本也可能不再是問題
作者：張迎輝
隨著無人機(jī)不斷地從消費(fèi)級拓展到行業(yè)應(yīng)用（電力巡檢、森林防火），甚至是專業(yè)應(yīng)用（航拍視頻直播），高清視頻、超高清視頻在長距離（1公里、2公里甚至更遠(yuǎn)）的即時(shí)傳輸，便成為了無人機(jī)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)目前研發(fā)突破的方向。
現(xiàn)在的通常做法，是FPGA加SDR的做法。DJI的多款無人機(jī)采用了聯(lián)芯的LC1860實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的圖傳，但是在高清視頻長長距離傳輸上，仍然有一些限制。例如要實(shí)現(xiàn)在每毫瓦發(fā)射功率下，仍然實(shí)現(xiàn)長達(dá)2公里的1080p/30f高清視頻的即時(shí)傳送，市場上基本上沒有類似可行方案。
現(xiàn)在市場上很多做視頻無線傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)公司，都是通過采用FPGA加ADI的軟件定義無線電芯片的做法。據(jù)業(yè)內(nèi)一些公司反應(yīng)，在測試遠(yuǎn)距離的傳輸時(shí)，在遇到障礙物時(shí)，視頻畫面會(huì)出現(xiàn)不完整的情況、無人機(jī)會(huì)與地面遙控設(shè)備出現(xiàn)連接中斷。這種做法，成本高昂且功耗高，在一些高端消費(fèi)類無人機(jī)和專業(yè)無人機(jī)上被采用，但不太適合用于小型入門消費(fèi)類四軸無人機(jī)。
遠(yuǎn)距離視頻傳輸?shù)男枨?/span>
事實(shí)上，遠(yuǎn)距離視頻傳輸并不僅是無人機(jī)愛好者們的需求。在很多行業(yè)應(yīng)用中更是有著真實(shí)的需求。前面說到的電力巡檢、森林防火，以及軍事方面的應(yīng)用，都有可能。
圖片：美國電影《勇往直前》劇照
在美國電影《勇往直前》的一個(gè)場景中，由于地面救火小組指揮人員與救火直升機(jī)的通信不穩(wěn)定，造成了美國911以來最嚴(yán)重的消防人員犧牲的事故。如果當(dāng)初實(shí)現(xiàn)了野外無3G或4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的遠(yuǎn)距離高清畫面?zhèn)鬏敚@起事故也許就可以避免。
筆者發(fā)現(xiàn)，即便是在美國通信高度發(fā)達(dá)的地方，很多偏遠(yuǎn)地方，運(yùn)營商蜂窩網(wǎng)絡(luò)也遠(yuǎn)沒有普遍部署，仍然還有很多通信盲點(diǎn)。這一點(diǎn)比起中國來說都差距很大。
高清視頻遠(yuǎn)距離傳輸方案介紹
業(yè)界利用FPGA和SDR芯片開發(fā)出來了遠(yuǎn)距離畫面?zhèn)鬏數(shù)姆桨福ㄈ缦聢D），這種方案功耗高、成本高，即使是采用了ADI的較早推出的SDR芯片，單塊板的BOM成本也不下千元。如果是采用更高級的SDR芯片，則成本肯定還會(huì)更高，即使是DJI這樣的無人機(jī)，也不是都能承受。
圖：FPGA+SDR芯片的無線圖傳主板
富微科創(chuàng)陳一民：要做一顆單芯片來替代FPGA+SDR的方案
圖：深圳市富微科創(chuàng)電子有限公司董事長陳一民在接受電子工程專輯的采訪
深圳市富微科創(chuàng)電子有限公司董事長陳一民是一位深圳無人機(jī)方案公司的老兵。該公司是眾多家玩具級無人機(jī)廠商的方案供應(yīng)商，過去兩年嘗試進(jìn)軍專業(yè)無人機(jī)市場，例如植保無人機(jī)。雖然在探索植保無人機(jī)（噴農(nóng)藥無人機(jī)）市場的嘗試最終失敗了，但他認(rèn)為高清遠(yuǎn)距離圖傳是高端無人機(jī)技術(shù)突破的重要方向。
陳一民在回應(yīng)電子工程專輯農(nóng)業(yè)無人機(jī)的問題時(shí)說：“植保無人機(jī)，也就是噴農(nóng)藥的無人機(jī)的市場基本上全中國都沒有人再去做了。全年中只有一兩個(gè)月要打農(nóng)藥，大型農(nóng)場都留不住專業(yè)的飛手。不少農(nóng)場買到的無人機(jī)也被棄用無人打理。”
在做高端無人機(jī)的探索過程中，他看到了一個(gè)新的方向。目前無人機(jī)的高清視頻無線直傳既是消費(fèi)級無人機(jī)現(xiàn)在的創(chuàng)新方向，也是眾多專業(yè)無人機(jī)的創(chuàng)新方向：低功耗、低成本、高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠。
技術(shù)突破真的很難。一方面是市場上FPGA+SDR的方案硬件成本下不來，二是H.265的視頻壓縮算法專利費(fèi)很高，采用H.265的算法能夠降低視頻流碼，但是專利費(fèi)少不了。市場上需要一顆可以把無線通信基帶的硬件與視頻編解碼、無線傳輸接收的軟件算法結(jié)合起的 ASIC芯片。
多年都在搞無人機(jī)方案的陳一民，也是一位“算法達(dá)人”。他看到了市場的創(chuàng)新方向，也明白現(xiàn)有的硬件“痛點(diǎn)”。這顆ASIC，他打算自己把它做出來。2017年他組建了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，邀請到了做通信、DVB-T和視頻編解碼方面的幾位大神級牛人，加上自己原有的無人機(jī)飛控方面的技術(shù)積累，先開一顆能夠用于無人機(jī)市場的單芯片。
陳一民對電子工程專輯介紹，這顆新芯片，由公司旗下“我是你的眼”項(xiàng)目組來設(shè)計(jì)。項(xiàng)目組通過深度優(yōu)化底層幀結(jié)構(gòu)，做到優(yōu)于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)，采用多種導(dǎo)頻的聯(lián)合設(shè)計(jì)。芯片設(shè)計(jì)還結(jié)合目前理論研究領(lǐng)域最先進(jìn)的信道估計(jì)技術(shù)。在視頻傳輸過程中，采用了目前最先進(jìn)且工程化成熟的BCH+LDPC編碼，保證了惡劣信道下的快速收斂。
目前項(xiàng)目組通過了AWGN、DVB-T、DVB-F、ITU-6、SUI6、SUI3等多信道驗(yàn)證，可以保證動(dòng)態(tài)信道下的極低解調(diào)門限。AWGN、SNR=-4、數(shù)據(jù)同步概率大于等于90%。它可以針對不同場景，支持雙向雙通道，多種FFT長度，多種保護(hù)間隔，多種編碼率。
陳一民表示，“我是你的眼”的FPGA 演示方案，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1080p/30F在2公里的距離上的正常傳輸。
如果這顆單芯片問世，現(xiàn)在市場超過1000元的單板BOM成本的高清長距離低功耗視頻傳輸方案，則可能降低到100元級別，不僅在消費(fèi)級和專業(yè)無人機(jī)甚至是高端玩具級無人機(jī)都會(huì)大大獲益，在人工智能的高清安防領(lǐng)域也能改變現(xiàn)在的技術(shù)路線。
“這顆芯片應(yīng)用不僅限于圖傳無人機(jī)。高清遠(yuǎn)距離視頻傳輸，還可以幫助現(xiàn)在的高清視頻監(jiān)控，節(jié)省下高昂的布線成本，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)大于2公里的高清視頻無線傳輸。當(dāng)然，我們的加密視頻，可以防止視頻被攔截破解，保證監(jiān)控視頻的安全。”陳一民說。
出一顆ASIC的成本并不低，陳一民表示，他歡迎業(yè)界伙伴加入到“我是你的眼”芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目中來。
