無人機數字視頻圖像傳輸技術探析

摘 要：無人機航測技術是測繪領域當中常見的一項技術，此項技術以往主要通過無人機搭載攝像設備進行地質環境拍攝，并利用模擬設備實時將拍攝信息傳輸至控制臺，但從應用結果上可以看到，模擬傳輸的方式時常出現不穩定、圖像清晰度不足等問題，本文為了對此現象進行改善提出了一種結合數字視頻圖像傳輸技術的改進方案，并對此項技術進行了分析。

關鍵詞：無人機 模擬傳輸 數字視頻圖像傳輸

0.引言

在測繪工作當中，因為測繪環境的復雜性，使得人工難以深入進行測繪，所以需要采用無人機航測技術來代替人工進行工作，在應用結果上，此項技術具有較高的應用價值，但在以往的應用當中，無人機航測大多采用模擬傳輸技術來實現測繪信息傳輸，此時因為地理環境的影響，導致圖像信息傳輸受到了巨大干擾，不利于測繪成像的準確性，而數字視頻圖像傳輸技術則具有較高的抗干擾性，不宜被外界環境所干擾，可以改善模擬傳輸技術的弊端。

1.數字視頻圖像傳輸技術概述

實際上，數字視頻圖像傳輸技術在現代測繪工作當中早有應用，其主要依靠攝像設備來獲得高質視頻信號，在通過預處理機制、圖像編碼功能的調整之后，通過無線通信系統將信號發送至調制器，利用調制器功能將信號路徑放大，最終通過天線將信號發送至終端信號接收設備處，再進入顯示設備通過該設備的轉換形成測繪圖像。在此流程當中，因為涉及到無線通信信號，所以當拍攝環境當中存在電磁、遮擋物等干擾因素時，此項技術的應用效果與模擬傳輸的應用效果相差無幾，甚至還容易出現錯誤編碼，針對此現象還需要人工對編碼進行修正才能應用[1]。

但在現代研究當中，有研究者提出了將RS編碼融入數字視頻圖像傳輸技術，代替以往信號傳輸的改進方案，在方案當中，主要設定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，代表糾錯能力的大小；I代表糾錯能力，一般情況下，因為糾錯能力越大就導致糾錯系統占用的資源會越多，所以為了保障系統政論體運行流程，在理論上可以選擇I=4的配置，圖1、2為無人機數字圖像發射系統、接收系統[2]。

2.無人機數字視頻圖像傳輸技術系統分析

針對上述改進方案，對無人機數字視頻圖像傳輸技術系統進行分析。分析主要圍繞數字系統速率匹配方法，分為3個部分進行研究，即幀同步環檢測、速率匹配、測試分析。

2.1幀同步環

傳統的研究方法中，為了實現RS編碼塊數據定位會針對幀頭的信息進行檢測，但此方法會導致幀頭信息漏檢，影響檢測數據的完整性。本文將幀頭檢測信息分為三種類型，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導致檢測結果出現缺陷，所以為了消除假同步與漏同步，本文在傳統檢測方法上，設計了一種能夠有效識別三類幀頭信息的方法，即幀同步環，圖3為幀同步環流程。

幀同步環主要具備4項功能分別為搜索、捕獲驗證、鎖定、保持鎖定，運作時首先進入搜索階段，階段中當幀頭檢測到幀頭信息的第一個同步指示信號之后，則跳轉到捕獲驗證階段，此階段主要通過堅定識別器，判斷第一個同步指示信號的真偽，檢定原理在于信號是否具備周期，如果有周期即為真同步，沒有則為假同步，當檢測到真同步時，就進入鎖定階段，如果檢測到假同步時，則返回搜索階段繼續搜索，之后針對真同步進入保持鎖定階段，此階段中，主要通過幀同步器對鎖定信號進行持續檢測，檢測時主要結合計數器來決策鎖定階段是否完結，即在計數器之下，如果信號輸出消失則說明可能存在漏檢現象，此時計數器開始運作，對連續幀數進行計數，當連續幀數計數滿了之后，則發出信號時幀同步器回歸搜索狀態，重新進行搜索直至信息完整。

此外，針對捕獲驗證，傳統的捕獲驗證模塊主要采用圖像處理系統來實現，此方法的優勢在于能夠很容易對相位因子進行計算，但此方法具有一個明顯的缺陷，即在大多數情況下，圖像處理系統與無線傳輸系統不相關，所以導致捕獲驗證難以實施，針對此點，本文提出了自校正捕獲驗證法，此方法首先需要完成閾值設定與系統初始化，其次，在此條件下當系統檢測到數據儲存系統發生變化時，即進入捕獲狀態，針對捕獲而來的數據進行計算，結合當前相位因子可以得到因子的狀態。

2.2速率匹配

假定L為幀長度字節；M為幀頭長度字節；fin為讀時鐘（由無線傳輸系統提供）；fsys為無線傳輸系統工作時鐘；fout為數字系統通過直接數字式頻率合成器產生的時鐘；卷積編碼為（7，1/2），那么系統最終圖像的傳輸比特率可以通過公式（1）表示：。在此基礎上假設相位因子為φ，當φ=φ+1時，就需要在數據存在缺陷時插入空白幀，以此滿足幀同步環的數據流需求。其次，因為空白幀的插入，可能會導致系統不兼容、引入延時、卡頓現象，所以需要對此進行調整，本文主要參照CCSDS標準，針對某個252byte編碼數據塊，在的條件下，將編碼數據塊分為4等分，之后針對每等分數據補0，使其形成233byte數據幀，最終將其輸入編碼器后，用過編碼器的電路對每等分前63byte、后32byte進行抽取形成380byte，再價值幀頭信息，一般可以形成384byte，此時可以有效消除空白幀帶來的問題。

2.3測試分析

數據儲存系統的上下限差值會改變數據變化容量，即當數值為5個字節時，系統8h內緩存模塊中的N會發生相應的變化，具體如圖4所示。

根據圖4可見，當系統的數據率在5.12Mbit/s、信號強度為-102dBm時，檢測系統的錯碼率為5×10-7，這樣的檢測結果，已經能夠滿足現下常見的無人機航測要求，此方法已經有相應的實例可以證明。

4.結語

為了提高無人機航測技術的水平，現代許多研究者都針對無人機數字視頻圖像傳輸技術進行了相關研究，大多數研究結果都顯示此項技術具有較高的應用價值。本文為了對此項技術進行了解，進行了相關研究工作，主要通過幀同步環、速率匹配、測試分析進行了分析。

參考文獻：

[1] 張翔，吳嘉敏，王慧，張月霞.微型旋翼無人機系統的設計與實現[J].電腦與電信，2017（12）：5-9.

[2] 梁鴻.小型無人機圖像傳輸技術在消防勤務中的應用研究[J].電子科學技術（北京），2016，3（6）：782-785.

作者簡介：王維毅（1963年1月）男，漢族，山東蓬萊人，威海職業學院副教授、本科，研究方向：通信技術。