合创数字-最新推出DM5680无线高清视频实时传输方案

2017-12-29 16:04:03

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什么是无线图传

“无线图传”可不是什么新鲜事,大多数人几乎天天接触它。电视台发射电视节目,电视机收到信号并显示出来,这不就是无线图传嘛。

根据调制方式的不同,无线图传分为模拟图传和数字图传。

模拟图传就是把最早期电视基带信号(NTSC或PAL)调制到射频载波(如5.8GHz)上,接收端先把射频载波信号解调,就得到电视基带信号,然后此信号输入到电视机的AV接口就可以显示了。模拟图传的优点明显:系统实现简单,传输延时低;但其缺点也很突出:只能传输标清视频,而且接收端图像受损严重(偏色,花屏,闪烁等)和系统抗干扰能力弱等致命缺点。

数字图传采用了现代通信的调制解调和纠错等先进技术,基本可以保证视频经压缩后数据的无损传输。其技术复杂程度较高,对同步也要求较高,不过随着技术的发展这些问题基本已经解决,总的来说数字图传技术是未来图像传输技术发展的大方向。

现在有哪些数字图传方案

现在市面上的数字图传方案基本分为两种:一种是以欧洲地面数字电视(DVB-T)传输标准(或其变种)为传输物理层;第二种就是著名的WIFI。DVB-T考虑了远距离和多径等应用场景,而WIFI主要设计目标为近距离无线通信。前者称为DVB-T图传,后者为WIFI图传。这两种方式都有一个视频编码器前端,目的是把视频源压缩成速率较小的码流,便于传输。

上面的数字图传系统是一个典型通信系统:信源编码(视频编码器)+信道编码(传输物理层)。

但是,由于采用了视频压缩,在接收端就需要采用相应的视频解压缩,因此就引入了传输时延。以高清视频(1920x1080)25帧/秒为例,由压缩和解压缩带来的时延至少为两帧的时间,即80毫秒。考虑到传输延时和显示延时, DVB-T图传的典型时延大约在350毫秒;而对WIFI图传还要加上网络协议引起的额外时延,总时延有时可达秒级。

从传输距离上看,DVB-T图传配上相应的射频系统,可视环境下,距离传输几十公里到几百公里应该都能够实现; WIFI图传在增加传输功率的情况下,也可以有限地增加传输距离,这是因为其设计目标为近距离无线通信。

VB-T图传中出色的当数大疆最新的OcuSync图传。OcuSync作为LightBridge高清图传系列的重要一员,都属于DVB-T图传的一个变种。在灵敏度、抗干扰性能、抗衰落性能、高速移动、多设备等多个场景,Wi-Fi图传均无法直接与OcuSync进行比较。从延时上来看,OcuSync图传视频数据无线链路的传输时延低到10ms,而视频内容屏到屏延迟低达130ms;从传输距离上来看,在无干扰的室外空旷环境下,OcuSync支持7Km以上的图传距离。

应该说,DVB-T图传和WIFI图传已经满足大部分的应用了,例如无人机向地面传输航拍视频,警察执法视频实时回传等等。但是对于一些对实时要求较高的应用,它就无能为力了。

以色列图传方案

Amimon是一家总部和研发在以色列,在美国,日本,韩国和大中华区设有分支机构的以色列公司,早期拥有以色列军方背景。该公司是无线家庭数字接口WHDI标准的设立者。WHDI是基于全球5GHz频谱规定,工作在4.9GHz~5.875GHz频段。WHDI的目的是是将电视/显示器和视频源(如蓝光播放器,游戏机和电脑等)之间实现无线连接。

顾名思义,WHDI主要应用在室内,具备跨房间的覆盖能力,可以覆盖30米的范围,可以穿透墙壁,但如果应用于室外可视环境下,典型的传输距离大约在500米。

特别需要指出,和上述的DVB-T/WIFI图传方案不同,WHDI对视频没有进行压缩,其时延称低至1毫秒, 一般称之为 “零时延”,当然,这里的“零”是相对于DVB-T图传的350毫秒或WIFI方案的1秒而言,而不是真正的零时延。

从通信学的角度,WHDI根据图像传输的特点,创造性地将信源编码和信道编码融为一体,使得 “零”时延图传成为现实,堪称是图像传输的突破。

另一方面,WHDI图传采用了和DVB-T/WIFI图传完全不同的物理层传输机制,占用了较大的带宽(40MHz,相较于DVB-T的6MHz),无法自适应信道状况的变化,在干扰信道或遮挡情况下,图像质量急剧下降,无法适应远场和复杂环境的应用。

合创数字图传方案

合创数字最新推出的DM5680无线高清视频实时传输方案兼备了DVB-T数字图传的远距离和以色列图传的低时延的优点。该图传系统支持720P60和1080P30高清视频的“零时延”“远距离”传输。    


DM5680图传方案


DVB-T图传方案

DM5680同时采用了时域和频域导频信号,使其能够快速地进行信道估计和信道补偿,从而适应远场传输中的多径,因遮挡引起的主径消失,高速移动引起的多普勒频移等干扰。另外,DM5680还采用了其专利技术“智慧抗干扰算法”使得即使在0dB信噪比下,所传视频也可辨别(上左图),而非传统数字图传的完全失去信号(黑屏,上右图)。这一点对无人机应用具有一定意义:因为在极端恶劣信道下,接收端能够收到可识别的视频远比视频信号直接丢失要好很多,毕竟监测者通过有噪声的视频还能够识别现场继续进行监测,而不是面对黑屏束手无策。因此,在相同条件下(发射功率,天线,信道等等),DM5680的传输距离比DVB-T图传方案要远。

DM5680视距下实测:发射功率1W,发射机40厘米玻璃钢全向天线,接收机八木定向天线,传输距离为39公里。

和WHDI类似,DM5680也没有对视频进行压缩,其传输延时小于1毫秒。

由于同时具有传输距离远和传输时延低两个特点,DM5680可以广泛应用于攻击型无人机和新一代导弹等军事领域,也可以应用于虚拟现实的无线头盔和第一人称视角(FPV)等民用领域。

对于攻击型无人机而言,地面的操作手通过无人机上的摄像和图传装置,发现目标并实施打击。由于操作过程中,无人机一直在飞行,任何的传输延时都会造成误判从而错失打击目标, 而DM5680方案的“零”时延相当于操作手直接坐在无人机上操作,从而降低了误判概率。另外,DM5680的远距离传输使得远程控制成为可能。

2016年,HTC Vive和Oculus Rift (Facebook)分别推出了PC虚拟现实头盔,可使用户完全沉浸其中。但美中不足的是,二者头盔上的视频信号都是通过一根“辫子”(实为HDMI视频线)和PC显卡连接,这使得用户不能自由移动,同时也降低了沉浸感。DM5680无线方案“剪去”这根“辫子”从而让用户可以自由移动从而完全沉浸;另外,从传输距离上看,该方案还消除了Amimon方案的PC和头盔不能超过30米的限制。

结论
   
由于DM5680创造性地将信源编码和信道编码融为一体,使得 “零”时延图传成为现实;另一方面,DM5680能够快速地进行信道估计和信道补偿,从而适应远场传输中的多径,因遮挡引起的主径消失,高速移动引起的多普勒频移等干扰,实现远距离传输。 同时具有传输距离远和传输时延低两个特点,DM5680可以广泛应用于攻击型无人机和新一代导弹等军事领域,也可以应用于虚拟现实的无线头盔和第一人称视角(FPV)等民用领域。

  • 关键词:
  • 无线图传
  • 合创数字