長距離高清視頻傳輸取得突破，降成本也可能不再是問題
作者：張迎輝
隨著無人機不斷地從消費級拓展到行業應用（電力巡檢、森林防火），甚至是專業應用（航拍視頻直播），高清視頻、超高清視頻在長距離（1公里、2公里甚至更遠）的即時傳輸，便成為了無人機領導企業目前研發突破的方向。
現在的通常做法，是FPGA加SDR的做法。DJI的多款無人機采用了聯芯的LC1860實現了遠距離的圖傳，但是在高清視頻長長距離傳輸上，仍然有一些限制。例如要實現在每毫瓦發射功率下，仍然實現長達2公里的1080p/30f高清視頻的即時傳送，市場上基本上沒有類似可行方案。
現在市場上很多做視頻無線傳輸的設計公司，都是通過采用FPGA加ADI的軟件定義無線電芯片的做法。據業內一些公司反應，在測試遠距離的傳輸時，在遇到障礙物時，視頻畫面會出現不完整的情況、無人機會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，在一些高端消費類無人機和專業無人機上被采用，但不太適合用于小型入門消費類四軸無人機。
遠距離視頻傳輸的需求
事實上，遠距離視頻傳輸并不僅是無人機愛好者們的需求。在很多行業應用中更是有著真實的需求。前面說到的電力巡檢、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》的一個場景中，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以來最嚴重的消防人員犧牲的事故。如果當初實現了野外無3G或4G蜂窩網絡下的遠距離高清畫面傳輸，這起事故也許就可以避免。
筆者發現，即便是在美國通信高度發達的地方，很多偏遠地方，運營商蜂窩網絡也遠沒有普遍部署，仍然還有很多通信盲點。這一點比起中國來說都差距很大。
高清視頻遠距離傳輸方案介紹
業界利用FPGA和SDR芯片開發出來了遠距離畫面傳輸的方案（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，則成本肯定還會更高，即使是DJI這樣的無人機，也不是都能承受。
圖：FPGA+SDR芯片的無線圖傳主板
富微科創陳一民：要做一顆單芯片來替代FPGA+SDR的方案
圖：深圳市富微科創電子有限公司董事長陳一民在接受電子工程專輯的采訪
深圳市富微科創電子有限公司董事長陳一民是一位深圳無人機方案公司的老兵。該公司是眾多家玩具級無人機廠商的方案供應商，過去兩年嘗試進軍專業無人機市場，例如植保無人機。雖然在探索植保無人機（噴農藥無人機）市場的嘗試最終失敗了，但他認為高清遠距離圖傳是高端無人機技術突破的重要方向。
陳一民在回應電子工程專輯農業無人機的問題時說：“植保無人機，也就是噴農藥的無人機的市場基本上全中國都沒有人再去做了。全年中只有一兩個月要打農藥，大型農場都留不住專業的飛手。不少農場買到的無人機也被棄用無人打理。”
在做高端無人機的探索過程中，他看到了一個新的方向。目前無人機的高清視頻無線直傳既是消費級無人機現在的創新方向，也是眾多專業無人機的創新方向：低功耗、低成本、高質量、穩定可靠。
技術突破真的很難。一方面是市場上FPGA+SDR的方案硬件成本下不來，二是H.265的視頻壓縮算法專利費很高，采用H.265的算法能夠降低視頻流碼，但是專利費少不了。市場上需要一顆可以把無線通信基帶的硬件與視頻編解碼、無線傳輸接收的軟件算法結合起的 ASIC芯片。
多年都在搞無人機方案的陳一民，也是一位“算法達人”。他看到了市場的創新方向，也明白現有的硬件“痛點”。這顆ASIC，他打算自己把它做出來。2017年他組建了一個團隊，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，加上自己原有的無人機飛控方面的技術積累，先開一顆能夠用于無人機市場的單芯片。
陳一民對電子工程專輯介紹，這顆新芯片，由公司旗下“我是你的眼”項目組來設計。項目組通過深度優化底層幀結構，做到優于DVB-T標準，采用多種導頻的聯合設計。芯片設計還結合目前理論研究領域最先進的信道估計技術。在視頻傳輸過程中，采用了目前最先進且工程化成熟的BCH+LDPC編碼，保證了惡劣信道下的快速收斂。
目前項目組通過了AWGN、DVB-T、DVB-F、ITU-6、SUI6、SUI3等多信道驗證，可以保證動態信道下的極低解調門限。AWGN、SNR=-4、數據同步概率大于等于90%。它可以針對不同場景，支持雙向雙通道，多種FFT長度，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，已經實現了1080p/30F在2公里的距離上的正常傳輸。
如果這顆單芯片問世，現在市場超過1000元的單板BOM成本的高清長距離低功耗視頻傳輸方案，則可能降低到100元級別，不僅在消費級和專業無人機甚至是高端玩具級無人機都會大大獲益，在人工智能的高清安防領域也能改變現在的技術路線。
“這顆芯片應用不僅限于圖傳無人機。高清遠距離視頻傳輸，還可以幫助現在的高清視頻監控，節省下高昂的布線成本，可以實現遠大于2公里的高清視頻無線傳輸。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。”陳一民說。
出一顆ASIC的成本并不低，陳一民表示，他歡迎業界伙伴加入到“我是你的眼”芯片設計項目中來。
