无人机数字视频图像传输技术探析

摘 要：无人机航测技术是测绘领域当中常见的一项技术，此项技术以往主要通过无人机搭载摄像设备进行地质环境拍摄，并利用模拟设备实时将拍摄信息传输至控制台，但从应用结果上可以看到，模拟传输的方式时常出现不稳定、图像清晰度不足等问题，本文为了对此现象进行改善提出了一种结合数字视频图像传输技术的改进方案，并对此项技术进行了分析。

关键词：无人机 模拟传输 数字视频图像传输

0.引言

在测绘工作当中，因为测绘环境的复杂性，使得人工难以深入进行测绘，所以需要采用无人机航测技术来代替人工进行工作，在应用结果上，此项技术具有较高的应用价值，但在以往的应用当中，无人机航测大多采用模拟传输技术来实现测绘信息传输，此时因为地理环境的影响，导致图像信息传输受到了巨大干扰，不利于测绘成像的准确性，而数字视频图像传输技术则具有较高的抗干扰性，不宜被外界环境所干扰，可以改善模拟传输技术的弊端。

1.数字视频图像传输技术概述

实际上，数字视频图像传输技术在现代测绘工作当中早有应用，其主要依靠摄像设备来获得高质视频信号，在通过预处理机制、图像编码功能的调整之后，通过无线通信系统将信号发送至调制器，利用调制器功能将信号路径放大，最终通过天线将信号发送至终端信号接收设备处，再进入显示设备通过该设备的转换形成测绘图像。在此流程当中，因为涉及到无线通信信号，所以当拍摄环境当中存在电磁、遮挡物等干扰因素时，此项技术的应用效果与模拟传输的应用效果相差无几，甚至还容易出现错误编码，针对此现象还需要人工对编码进行修正才能应用[1]。

但在现代研究当中，有研究者提出了将RS编码融入数字视频图像传输技术，代替以往信号传输的改进方案，在方案当中，主要设定RS编码的交织深度为I=1，2，3，4，5，其中1代表无交织；2，3，4，5，代表纠错能力的大小；I代表纠错能力，一般情况下，因为纠错能力越大就导致纠错系统占用的资源会越多，所以为了保障系统政论体运行流程，在理论上可以选择I=4的配置，图1、2为无人机数字图像发射系统、接收系统[2]。

2.无人机数字视频图像传输技术系统分析

针对上述改进方案，对无人机数字视频图像传输技术系统进行分析。分析主要围绕数字系统速率匹配方法，分为3个部分进行研究，即帧同步环检测、速率匹配、测试分析。

2.1帧同步环

传统的研究方法中，为了实现RS编码块数据定位会针对帧头的信息进行检测，但此方法会导致帧头信息漏检，影响检测数据的完整性。本文将帧头检测信息分为三种类型，即真同步、假同步、漏同步。真同步方面，主要是指正确的帧头信息；假同步方法，主要是指错误的帧头信息；漏同步方面，主要是指漏检的帧头信息，其中假同步与漏同步信息无疑会导致检测结果出现缺陷，所以为了消除假同步与漏同步，本文在传统检测方法上，设计了一种能够有效识别三类帧头信息的方法，即帧同步环，图3为帧同步环流程。

帧同步环主要具备4项功能分别为搜索、捕获验证、锁定、保持锁定，运作时首先进入搜索阶段，阶段中当帧头检测到帧头信息的第一个同步指示信号之后，则跳转到捕获验证阶段，此阶段主要通过坚定识别器，判断第一个同步指示信号的真伪，检定原理在于信号是否具备周期，如果有周期即为真同步，没有则为假同步，当检测到真同步时，就进入锁定阶段，如果检测到假同步时，则返回搜索阶段继续搜索，之后针对真同步进入保持锁定阶段，此阶段中，主要通过帧同步器对锁定信号进行持续检测，检测时主要结合计数器来决策锁定阶段是否完结，即在计数器之下，如果信号输出消失则说明可能存在漏检现象，此时计数器开始运作，对连续帧数进行计数，当连续帧数计数满了之后，则发出信号时帧同步器回归搜索状态，重新进行搜索直至信息完整。

此外，針对捕获验证，传统的捕获验证模块主要采用图像处理系统来实现，此方法的优势在于能够很容易对相位因子进行计算，但此方法具有一个明显的缺陷，即在大多数情况下，图像处理系统与无线传输系统不相关，所以导致捕获验证难以实施，针对此点，本文提出了自校正捕获验证法，此方法首先需要完成阈值设定与系统初始化，其次，在此条件下当系统检测到数据储存系统发生变化时，即进入捕获状态，针对捕获而来的数据进行计算，结合当前相位因子可以得到因子的状态。

2.2速率匹配

假定L为帧长度字节；M为帧头长度字节；fin为读时钟（由无线传输系统提供）；fsys为无线传输系统工作时钟；fout为数字系统通过直接数字式频率合成器产生的时钟；卷积编码为（7，1/2），那么系统最终图像的传输比特率可以通过公式（1）表示：。在此基础上假设相位因子为φ，当φ=φ+1时，就需要在数据存在缺陷时插入空白帧，以此满足帧同步环的数据流需求。其次，因为空白帧的插入，可能会导致系统不兼容、引入延时、卡顿现象，所以需要对此进行调整，本文主要参照CCSDS标准，针对某个252byte编码数据块，在的条件下，将编码数据块分为4等分，之后针对每等分数据补0，使其形成233byte数据帧，最终将其输入编码器后，用过编码器的电路对每等分前63byte、后32byte进行抽取形成380byte，再价值帧头信息，一般可以形成384byte，此时可以有效消除空白帧带来的问题。

2.3测试分析

数据储存系统的上下限差值会改变数据变化容量，即当数值为5个字节时，系统8h内缓存模块中的N会发生相应的变化，具体如图4所示。

根据图4可见，当系统的数据率在5.12Mbit/s、信号强度为-102dBm时，检测系统的错码率为5×10-7，这样的检测结果，已经能够满足现下常见的无人机航测要求，此方法已经有相应的实例可以证明。

4.结语

为了提高无人机航测技术的水平，现代许多研究者都针对无人机数字视频图像传输技术进行了相关研究，大多数研究结果都显示此项技术具有较高的应用价值。本文为了对此项技术进行了解，进行了相关研究工作，主要通过帧同步环、速率匹配、测试分析进行了分析。

参考文献：

[1] 张翔，吴嘉敏，王慧，张月霞.微型旋翼无人机系统的设计与实现[J].电脑与电信，2017（12）：5-9.

[2] 梁鸿.小型无人机图像传输技术在消防勤务中的应用研究[J].电子科学技术（北京），2016，3（6）：782-785.

作者简介：王维毅（1963年1月）男，汉族，山东蓬莱人，威海职业学院副教授、本科，研究方向：通信技术。