長(cháng)距離高清視頻傳輸取得突破，降成本也可能不再是問(wèn)題
作者：張迎輝
隨著(zhù)無(wú)人機不斷地從消費級拓展到行業(yè)應用（電力巡檢、森林防火），甚至是專(zhuān)業(yè)應用（航拍視頻直播），高清視頻、超高清視頻在長(cháng)距離（1公里、2公里甚至更遠）的即時(shí)傳輸，便成為了無(wú)人機領(lǐng)導企業(yè)目前研發(fā)突破的方向。
現在的通常做法，是FPGA加SDR的做法。DJI的多款無(wú)人機采用了聯(lián)芯的LC1860實(shí)現了遠距離的圖傳，但是在高清視頻長(cháng)長(cháng)距離傳輸上，仍然有一些限制。例如要實(shí)現在每毫瓦發(fā)射功率下，仍然實(shí)現長(cháng)達2公里的1080p/30f高清視頻的即時(shí)傳送，市場(chǎng)上基本上沒(méi)有類(lèi)似可行方案。
現在市場(chǎng)上很多做視頻無(wú)線(xiàn)傳輸的設計公司，都是通過(guò)采用FPGA加ADI的軟件定義無(wú)線(xiàn)電芯片的做法。據業(yè)內一些公司反應，在測試遠距離的傳輸時(shí)，在遇到障礙物時(shí)，視頻畫(huà)面會(huì )出現不完整的情況、無(wú)人機會(huì )與地面遙控設備出現連接中斷。這種做法，成本高昂且功耗高，在一些高端消費類(lèi)無(wú)人機和專(zhuān)業(yè)無(wú)人機上被采用，但不太適合用于小型入門(mén)消費類(lèi)四軸無(wú)人機。
遠距離視頻傳輸的需求
事實(shí)上，遠距離視頻傳輸并不僅是無(wú)人機愛(ài)好者們的需求。在很多行業(yè)應用中更是有著(zhù)真實(shí)的需求。前面說(shuō)到的電力巡檢、森林防火，以及軍事方面的應用，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(chǎng)景中，由于地面救火小組指揮人員與救火直升機的通信不穩定，造成了美國911以來(lái)最嚴重的消防人員犧牲的事故。如果當初實(shí)現了野外無(wú)3G或4G蜂窩網(wǎng)絡(luò )下的遠距離高清畫(huà)面傳輸，這起事故也許就可以避免。
筆者發(fā)現，即便是在美國通信高度發(fā)達的地方，很多偏遠地方，運營(yíng)商蜂窩網(wǎng)絡(luò )也遠沒(méi)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(lái)說(shuō)都差距很大。
高清視頻遠距離傳輸方案介紹
業(yè)界利用FPGA和SDR芯片開(kāi)發(fā)出來(lái)了遠距離畫(huà)面傳輸的方案（如下圖），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(wú)人機，也不是都能承受。
圖：FPGA+SDR芯片的無(wú)線(xiàn)圖傳主板
富微科創(chuàng )陳一民：要做一顆單芯片來(lái)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(cháng)陳一民在接受電子工程專(zhuān)輯的采訪(fǎng)
深圳市富微科創(chuàng )電子有限公司董事長(cháng)陳一民是一位深圳無(wú)人機方案公司的老兵。該公司是眾多家玩具級無(wú)人機廠(chǎng)商的方案供應商，過(guò)去兩年嘗試進(jìn)軍專(zhuān)業(yè)無(wú)人機市場(chǎng)，例如植保無(wú)人機。雖然在探索植保無(wú)人機（噴農藥無(wú)人機）市場(chǎng)的嘗試最終失敗了，但他認為高清遠距離圖傳是高端無(wú)人機技術(shù)突破的重要方向。
陳一民在回應電子工程專(zhuān)輯農業(yè)無(wú)人機的問(wèn)題時(shí)說(shuō)：“植保無(wú)人機，也就是噴農藥的無(wú)人機的市場(chǎng)基本上全中國都沒(méi)有人再去做了。全年中只有一兩個(gè)月要打農藥，大型農場(chǎng)都留不住專(zhuān)業(yè)的飛手。不少農場(chǎng)買(mǎi)到的無(wú)人機也被棄用無(wú)人打理?！?/span>
在做高端無(wú)人機的探索過(guò)程中，他看到了一個(gè)新的方向。目前無(wú)人機的高清視頻無(wú)線(xiàn)直傳既是消費級無(wú)人機現在的創(chuàng )新方向，也是眾多專(zhuān)業(yè)無(wú)人機的創(chuàng )新方向：低功耗、低成本、高質(zhì)量、穩定可靠。
技術(shù)突破真的很難。一方面是市場(chǎng)上FPGA+SDR的方案硬件成本下不來(lái)，二是H.265的視頻壓縮算法專(zhuān)利費很高，采用H.265的算法能夠降低視頻流碼，但是專(zhuān)利費少不了。市場(chǎng)上需要一顆可以把無(wú)線(xiàn)通信基帶的硬件與視頻編解碼、無(wú)線(xiàn)傳輸接收的軟件算法結合起的 ASIC芯片。
多年都在搞無(wú)人機方案的陳一民，也是一位“算法達人”。他看到了市場(chǎng)的創(chuàng )新方向，也明白現有的硬件“痛點(diǎn)”。這顆ASIC，他打算自己把它做出來(lái)。2017年他組建了一個(gè)團隊，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(wú)人機飛控方面的技術(shù)積累，先開(kāi)一顆能夠用于無(wú)人機市場(chǎng)的單芯片。
陳一民對電子工程專(zhuān)輯介紹，這顆新芯片，由公司旗下“我是你的眼”項目組來(lái)設計。項目組通過(guò)深度優(yōu)化底層幀結構，做到優(yōu)于DVB-T標準，采用多種導頻的聯(lián)合設計。芯片設計還結合目前理論研究領(lǐng)域最先進(jìn)的信道估計技術(shù)。在視頻傳輸過(guò)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。
目前項目組通過(guò)了AWGN、DVB-T、DVB-F、ITU-6、SUI6、SUI3等多信道驗證，可以保證動(dòng)態(tài)信道下的極低解調門(mén)限。AWGN、SNR=-4、數據同步概率大于等于90%。它可以針對不同場(chǎng)景，支持雙向雙通道，多種FFT長(cháng)度，多種保護間隔，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)現了1080p/30F在2公里的距離上的正常傳輸。
如果這顆單芯片問(wèn)世，現在市場(chǎng)超過(guò)1000元的單板BOM成本的高清長(cháng)距離低功耗視頻傳輸方案，則可能降低到100元級別，不僅在消費級和專(zhuān)業(yè)無(wú)人機甚至是高端玩具級無(wú)人機都會(huì )大大獲益，在人工智能的高清安防領(lǐng)域也能改變現在的技術(shù)路線(xiàn)。
“這顆芯片應用不僅限于圖傳無(wú)人機。高清遠距離視頻傳輸，還可以幫助現在的高清視頻監控，節省下高昂的布線(xiàn)成本，可以實(shí)現遠大于2公里的高清視頻無(wú)線(xiàn)傳輸。當然，我們的加密視頻，可以防止視頻被攔截破解，保證監控視頻的安全?！标愐幻裾f(shuō)。
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”芯片設計項目中來(lái)。
