無人機圖傳系統(tǒng)是無人機的重要組成部分.隨著無人機在航拍,安防,農(nóng)業(yè),電力和電影等方面的廣泛應(yīng)用,無人機圖傳系統(tǒng)也越來越受到重視,需要其能長距離且穩(wěn)定地傳輸拍攝視頻.傳統(tǒng)無人機圖傳系統(tǒng)采用Wi-Fi傳輸視頻,傳輸距離短,在無人機飛行距離較遠時存在視頻無法傳輸?shù)葐栴}.針對上述問題并結(jié)合無人機遠距離飛行,高實時性要求及搭載重量小等特性,本文提出一種視頻傳輸距離遠,延時低,重量輕且能夠?qū)崿F(xiàn)"看,控"合一的無人機實時高清圖像傳輸系統(tǒng).

針對傳統(tǒng)無人機圖傳系統(tǒng)因Wi-Fi覆蓋范圍小而無法長距離傳輸視頻的問題,提出基于4G網(wǎng)絡(luò)的無人機實時圖傳系統(tǒng).區(qū)別于傳統(tǒng)無人機圖傳系統(tǒng),本文利用4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,進行模塊化設(shè)計,采用C/S軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu),將無人機圖傳系統(tǒng)分為三個模塊:發(fā)送模塊,服務(wù)器模塊與地面接收模塊,其中發(fā)送模塊又分為圖像采集模塊和推送模塊.通過將發(fā)送模塊采集的視頻數(shù)據(jù)至服務(wù)器模塊,地面接收模塊請求并播放視頻來解決長距離視頻傳輸?shù)膯栴}.針對無人機拍攝視頻的海量數(shù)據(jù)無法直接推送的問題,本文采用專用視頻處理芯片HI3518E對視頻進行銳化,去噪等處理后,利用集成的H.264編碼器對視頻壓縮編碼.

設(shè)計并實現(xiàn)推送模塊,采用實時流媒體傳輸協(xié)議RTSP將編碼的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至流媒體服務(wù)器,實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)功能且避免因帶寬不足導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題.針對延時問題,提出在推送模塊和服務(wù)器模塊做出丟幀優(yōu)化的方案.針對推送模塊的延時問題,提出設(shè)計"消費者-生產(chǎn)者"模式,利用鎖,環(huán)形緩存區(qū)以及關(guān)鍵幀丟棄優(yōu)化保證推送模塊的實時性.針對客戶端延時問題,利用H.264編碼特性,提出在服務(wù)器模塊進行當前關(guān)鍵幀跟進優(yōu)化,保證客戶端能夠?qū)崟r獲取無人機當前畫面.針對實現(xiàn)"看,控"合一需求,提出設(shè)計地面站系統(tǒng)并將視頻播放功能集成進地面站.利用Qt軟件的圖形界面設(shè)計功能,使用C++,VLC流媒體視頻播放庫和openCV技術(shù)實現(xiàn)地面站的功能,包括地圖實現(xiàn),串口通訊,無人機定位,實時視頻播放,航點規(guī)劃和無人機命令控制臺等功能.基于所研究的技術(shù)和方法,設(shè)計并實現(xiàn)一款無人機實時圖傳系統(tǒng).通過系統(tǒng)測試,驗證了系統(tǒng)的有效性,高清圖像傳輸時延在400ms左右,能夠滿足無人機實時圖傳系統(tǒng)的技術(shù)要求.