无人机实时高清图传系统的设计与实现

无人机图传系统是无人机的重要组成部分.随着无人机在航拍,安防,农业,电力和电影等方面的广泛应用,无人机图传系统也越来越受到重视,需要其能长距离且稳定地传输拍摄视频.传统无人机图传系统采用Wi-Fi传输视频,传输距离短,在无人机飞行距离较远时存在视频无法传输等问题.针对上述问题并结合无人机远距离飞行,高实时性要求及搭载重量小等特性,本文提出一种视频传输距离远,延时低,重量轻且能够实现"看,控"合一的无人机实时高清图像传输系统.

针对传统无人机图传系统因Wi-Fi覆盖范围小而无法长距离传输视频的问题,提出基于4G网络的无人机实时图传系统.区别于传统无人机图传系统,本文利用4G网络基础设施,进行模块化设计,采用C/S软件系统结构,将无人机图传系统分为三个模块:发送模块,服务器模块与地面接收模块,其中发送模块又分为图像采集模块和推送模块.通过将发送模块采集的视频数据至服务器模块,地面接收模块请求并播放视频来解决长距离视频传输的问题.针对无人机拍摄视频的海量数据无法直接推送的问题,本文采用专用视频处理芯片HI3518E对视频进行锐化,去噪等处理后,利用集成的H.264编码器对视频压缩编码.

设计并实现推送模块,采用实时流媒体传输协议RTSP将编码的视频数据发送至流媒体服务器,实现转发功能且避免因带宽不足导致网络阻塞的问题.针对延时问题,提出在推送模块和服务器模块做出丢帧优化的方案.针对推送模块的延时问题,提出设计"消费者-生产者"模式,利用锁,环形缓存区以及关键帧丢弃优化保证推送模块的实时性.针对客户端延时问题,利用H.264编码特性,提出在服务器模块进行当前关键帧跟进优化,保证客户端能够实时获取无人机当前画面.针对实现"看,控"合一需求,提出设计地面站系统并将视频播放功能集成进地面站.利用Qt软件的图形界面设计功能,使用C++,VLC流媒体视频播放库和openCV技术实现地面站的功能,包括地图实现,串口通讯,无人机定位,实时视频播放,航点规划和无人机命令控制台等功能.基于所研究的技术和方法,设计并实现一款无人机实时图传系统.通过系统测试,验证了系统的有效性,高清图像传输时延在400ms左右,能够满足无人机实时图传系统的技术要求.