CN104219492B - 无人机图像传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的无人机图像传输系统包括：装设于无人机端的高清运动摄像机、与所述高清运动摄像机连接的发射机以及与所述发射机无线连接的接收机；所述发射机包括：电源模块；HDMI接口；编码模块，对接收到的高清图像数据进行编码；基带调制模块，对编码后的图像数据进行基带调制；数/模转换模块，将基带信号转换为模拟信号；调制模块，其包括PLL/VCO电路，用于将所述模拟信号和PLL/VCO电路所产生的射频本振信号进行调制；可编程衰减模块，对高频信号进行衰减；功率放大模块，对衰减后的信号进行功率放大，放大后的频率信号由发射天线发射；第一微处理单元，对基带调制模块、数/模转换模块、调制模块、可编程衰减模块进行设置。

Description

无人机图像传输系统

技术领域

本发明涉及一种无人机图像传输系统。

背景技术

目前国内外无人机图像采集一般有两种方式对采集的图像数据进行处理，一是利用带存储功能的摄像机，在无人机降落后人工将摄像机内的数据拷贝至计算机进行进一步处理；二是通过无线方式传输至地面接收装置，但是，在过去很长一段时间里，无线传输方式受到传输带宽、延时、空气环境、电磁干扰等因素的影响，未能得到广泛的推进和应用。

随着各种无线通信技术的兴起，无线视频传输以其使用灵活、操作方便等显著优势在无人机设备中得到了广泛的应用。现有的无线图像传输技术有模拟图像传输和数字图像传输两种方式，其中模拟的传输技术因其图像质量差、受天气及电磁环境影响严重已经逐渐被数字方式所替代。

数字图像传输方式涉及到的技术包括视频压缩编码、调制变频。当前市面产品使用的视频编码技术主要有MPEG2/4、H.261/263等，其标准PAL/NTSC制式的分辨率不低于720*576，平均码流为10Mbps，而这些设备多是通过TD-SCDMA/WCDMA/GPRS等无线通信技术来实现数据传输，但这些技术的传输速率一般低于3Mbps，限制了视频分辨率的提升，画面质量达不到目前人们对无线图像传输的要求，而且其通信距离受到基站分布的限制，在荒郊或自然灾害严重的地区基本无法使用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供无人机图像传输系统，可以使无人机在低速率的情况下将高清图像数据传输至接收机。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种无人机图像传输系统，包括：装设于无人机端的高清运动摄像机、与所述高清运动摄像机连接的发射机以及与所述发射机无线连接的接收机；所述发射机包括：电源模块，用于为所述发射机提供电源；HDMI接口，用于为所述高清运动摄像机与所述发射机的连接通道，以接收从高清运动摄像机发送的高清图像数据；编码模块，其与所述HDMI接口连接，用于为接收到的高清图像数据进行编码；基带调制模块，其与所述编码模块连接，用于对经过编码后的图像数据进行基带调制，以调制出数字基带信号；数/模转换模块，其与基带调制模块连接，用于将数字基带信号转换为模拟信号；调制模块，其包括PLL/VCO电路，所述调制模块用于将所述模拟信号和PLL/VCO电路所产生的射频本振信号进行调制，以将信号调制为高频信号；可编程衰减模块，其与调制模块连接，用于对高频信号进行衰减；功率放大模块，其与所述可编程衰减模块连接，用于对衰减后的信号进行功率放大，经过放大后的频率信号由发射天线进行发射；第一微处理单元，用于对基带调制模块、数/模转换模块、调制模块、可编程衰减模块进行参数设置。

其中，所述编码模块包括：智能图像分析子模块，用于将接收到的图像数据进行分析，以识别出重要画面数据和次要画面数据，分别将重要画面数据和次要画面数据发送至重要画面编码子模块和次要画面编码子模块；重要画面编码子模块，用于对接收到的重要画面数据进行编码；次要画面编码子模块，用于对接收到的次要画面数据进行编码；第一网络提取子模块，用于对编码后的重要画面数据进行封装或映射，以封装或者映射为NAL单元；第二网络提取子模块，用于对编码后的次要画面数据进行封装或映射，以封装或者映射为NAL单元；第一码流缓存子模块，用于对经过第一网络提取子模块和第二网络提取子模块封装后的NAL单元进行压缩、去重、分隔、分流，以形成新的低码流的画面数据，并将新的低码流的画面数据发送至调制模块进行调制。

其中，所述接收机包括：电源模块，用于为所述接收机提供电源；图像接收天线，用于无线接收所述发射机发送的图像数据的射频信号；滤波器，其与所述图像接收天线连接，用于对接收到的射频信号进行过滤杂波；低噪音放大器，其与滤波器连接，用于对过滤后的射频信号进行信号放大；下变频模块，其与低噪音放大器连接，用于将高频信号下变频至中频信号；解调模块，其与下变频模块连接，用于对下变频后的射频信号进行解调；解码模块，其与解调模块连接，用于对解调后的图像数据进行解码，解码后的数据通过声音输出通道、标清输出通道以及高清输出通道输出。

其中，所述接收机还包括第二微处理单元以及与所述第二微处理单元连接的显示模块，所述第二微处理单元与所述下变频模块、解调模块以及解码模块连接，用于获取所述下变频模块、解调模块以及解码模块的参数，并将该参数发送至显示模块进行显示。

其中，所述接收机还包括与所述解码模块连接的内存模块和存储模块。

其中，所述解码模块包括：第二码流缓存子模块，用于对解调之后的低码流的图像数据进行解压缩、加重以还原所述图像数据的重要画面数据和次要画面数据；第三网络提取子模块，用于获取和复补经过第二码流缓存子模块解压缩、加重后的图像数据，以将NAL单元序列从第二码流缓存子模块中提取和复补出来；RBSP数据格式转换模块，用于将获取和复补后的NAL单元序列转换为RBSP数据格式；分片解码子模块，用于将RBSP格式的重要画面数据和次要画面数据进行分片和解码，以合并还原出高码流的图像数据。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的无人机图像传输系统在无人机上装设高清运动摄像机和发射机，使得可以通过发射机将高清运动摄像机拍摄的图像传输至接收机，由于采用新的编码和解码技术，使得在低速率的情况下仍然可以传输高清图像数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明无人机图像传输系统一实施例的方框图；

图2是本发明无人机图像传输系统一实施例中发射机的方框图；

图3是本发明无人机图像传输系统一实施例中编码模块的方框图；

图4是本发明无人机图像传输系统一实施例中接收机的方框图；

图5是本发明无人机图像传输系统中一实施例中解码模块的方框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1和图2，本发明无人机图像传输系统包括：装设于无人机10端的高清运动摄像机102、与所述高清运动摄像机102连接的发射机103以及与所述发射机103无线连接的接收机20。其中，所述发射机103包括：

电源模块1031，用于为所述发射机103提供电源，所述电源模块1031可以是一独立的电源模块1031，也可以是一用于将接入电源转换为直流电压的电源转换模块；

HDMI接口1032，用于为所述高清运动摄像机102与所述发射机103的连接通道，以接收从高清运动摄像机102发送的高清图像数据；具体地，所述HDMI接口1032接收到所述高清数字信号后，将该高清数字信号送入编码模块1033；

编码模块1033，其与所述HDMI接口1032连接，用于为接收到的高清图像数据进行编码；所述编码模块1033进行编码后产生两路视频信号S0和S1通过PCB双排插针送到基带调制模块1034；

基带调制模块1034，其与所述编码模块1033连接，用于对经过编码后的图像数据进行基带调制，以调制出数字基带信号；所述基带调制模块1034为COFDM(CodedOrthogonal Frequency Division Multiplexing，编码正交频分复用)调制模块，所述基带调制模块1034对上述S0和S1两路视频信号进行处理后产生一数字基带信号S2，并将该数字基带信号S2发送至数/模转换模块1035；

数/模转换模块1035，其与基带调制模块1034连接，用于将数字基带信号转换为模拟信号；所述数/模转换模块1035对所述S2信号进行转换后，后生两路正交的I、Q信号，将将该两路正交的I、Q信号发送至调制模块1036；

调制模块1036，其包括PLL/VCO电路10361，所述调制模块1036用于将所述模拟信号和PLL/VCO电路10361所产生的射频本振信号进行调制，以将信号调制为高频信号；所述调制模块1036将接收到的两路正交的I、Q信号与PLL/VCO电路10361产生的一个射频本振信号S3同时进行调制，以调制出发射机103所需的射频信号，调制出的射频信号为高频信号；

可编程衰减模块1037，其与调制模块1036连接，用于对高频信号进行衰减；

功率放大模块1038，其与所述可编程衰减模块1037连接，用于对衰减后的信号进行功率放大，经过放大后的频率信号由发射天线进行发射；其中，所述功率放大模块1038为线性功率放大模块；以及

第一微处理单元1039，用于对基带调制模块1034、数/模转换模块1035、调制模块1036以及可编程衰减模块1037进行参数设置。

进一步地，请参见图3，所述编码模块1033包括：

智能图像分析子模块10331，用于将接收到的图像数据进行分析，以识别出重要画面数据和次要画面数据，分别将重要画面数据和次要画面数据发送至重要画面编码子模块和次要画面编码子模块；应急通信行业的图像视频画面特点是：30％的画面为动感画面(即人/物运动)，其他70％基本上都是次要画面(背景、建筑物、天空、地面等)，而在30％的动感画面中，可能只有20％的运动画面是我们所关注的(兴趣区内)，其他80％的人/物运动并不影响我们的关注(兴趣区外)。利用智能图像分析子模块10331将重要画面识别出来，与次要画面加以区别，以分别编码。

重要画面编码子模块10332，用于对接收到的重要画面数据进行编码；

次要画面编码子模块10333，用于对接收到的次要画面数据进行编码；

第一网络提取子模块10334，用于对编码后的重要画面数据进行封装或映射，以封装或者映射为NAL(NetworkAbstraction Layer，网络提取层)单元；具体地，所述重要画面编码子模块10332将重要画面数据进行编码之后，即被映射或封装为NAL单元，一系列的NAL单元组成的编码视频序列不直接进行输出，需要先进入第一码流缓存子模块10336；

第二网络提取子模块10335，用于对编码后的次要画面数据进行封装或映射，以封装或者映射为NAL单元；具体地，所述次要画面编码子模块10333将次要画面数据进行编码之后，即被映射或封装为NAL单元，一系列的NAL单元组成的编码视频序列不直接进行输出，需要先进入第一码流缓存子模块；

第一码流缓存子模块10336，用于对经过第一网络提取子模块10334和第二网络提取子模块10335封装后的NAL单元进行压缩、去重、分隔、分流，以形成新的低码流的画面数据，并将新的低码流的画面数据发送至基带调制模块1034进行调制，所述分隔是指对NAL单元进行分类，将相同类或者相近类的NAL单元存放在一起。

本编码模块1033采用优化的帧间压缩技术，可区分每幅影像的差异并且只传送影像中有变化的部分，再把影像中变化的部分分解成若干个固定的画面一幅一幅地传输，既能大幅度压缩数据又能保证图像效果。在编码模块1033中，被编码压缩后的图像数据映射或封装至NAL单元，一系列的NAL单元组成编码视频序列不直接输出，而是进入到第一码流缓存子模块10336，在码流缓存子模块中NAL单元被再次压缩、去掉了重复的NAL头信息和相同的NAL的填充数据，并按新规则进行分隔、分流，之后以“涓流”方式输出，由此即可在图像没有损失的前提下获得极低的压缩码流。根据实际测试，采用该方式编码后输出的码流仅为源码流的10％左右。图像压缩前后的对比见表1：

表1

请参见图4，图4是本发明无人机图像传输系统一实施例中接收机20的方框图。所述接收机20包括：

电源模块201，用于为所述接收机20提供电源，所述电源模块201可以为一独立的电源模块201，也可以为一用于将接入电源转换为直流电源的电源转换模块；

图像接收天线202，用于无线接收所述发射机103发送的图像数据的射频信号，并将该射频信号发送给滤波器203；

滤波器203，其与所述图像接收天线202连接，用于对接收到的射频信号进行过滤杂波；

低噪音放大器204，其与滤波器203连接，用于对过滤后的射频信号进行信号放大；

下变频模块205，其与低噪音放大器204连接，用于将经过低噪音放大器204放大后的射频信号下变频至中频信号；即将射频信号从300MHz～800MHz下变频到36MHz的中频信号。

解调模块206，其与下变频模块205连接，用于对下变频频后的射频信号进行解调，所述解调模块206为COFDM解调模块；

解码模块207，其与解调模块206连接，用于对解调后的射频信号进行解码并将解码后的数字信号转换为模拟信号，解码后的图像模拟信号通过声音输出通道、标清输出通道CVBS以及高清输出通道HDMI输出。

进一步地，所述接收机20还包括第二微处理单元208以及与所述第二微处理单元208连接的显示模块209，所述第二微处理单元208与所述下变频模块205、解调模块206以及解码模块207连接，用于获取所述下变频模块205、解调模块206以及解码模块207的参数，并将该参数发送至显示模块209进行显示，所述第二微处理单元208上电时配置接收机20参数，工作正常后实时读取接收机20的状态并通过显示模块209进行显示。

进一步地，所述接收机20还包括与所述解码板连接的内存模块210和存储器211，用于对解码后的数据提供缓存和存储。

进一步地，请参见图5，所述解码模块207包括：

第二码流缓存子模块2071，用于对解调之后的低码流的图像数据进行解压缩、加重以还原所述图像数据的重要画面数据和次要画面数据；所述加重是指增加在编码过程中被删掉或者去重的NAL单元的头信息和相邻的NAL的填充数据，即增加重复的NAL单元；

第三网络提取子模块2072，用于获取和复补经过第二码流缓存子模块2071解压缩、加重后的图像数据，以将NAL单元序列从所述第二码流缓存子模块2071中提取和复补出来，所述复补是指将每一NAL单元进行复制和补充；

RBSP数据格式转换模块2073，用于将获取和复补后的NAL单元序列转换为RBSP数据格式；

分片解码子模块2074，用于将RBSP格式的重要画面数据和次要画面数据分片解码，将分片解码后的画面数据重建以还原为高码流的图像数据，即将RBSP数据格式转换模块2073转换后的数据进行分类和解码，以将转换后的数据分解还原为重要画面数据和次要画面数据，并对分解还原后的数据进行解码。

本解码模块207，在码流缓存层进行解压缩和加重，采用全新智能视频分析技术，在存储区存储定时更新的次要画面数据和预设场景数据，解码时复用智能图像分析技术将重要画面和次要画面还原合并，同时重建，即可在低码流输入的情况下解码出高清逼真的现场图像；采用全新的NAL单元复补技术，即在缓存区获取到NAL单元后，根据数据相干性和逻辑相关性，对NAL单元进行复制和补充，以获取更丰富的NAL单元，从而重建出与源图像数据更、画面层次更丰富的高清图像数据。

本发明实施例无人机图像传输系统在发射端采用高码流压缩为低码流、在接收端将图像数据由低码流解压为高码流，在相同的带宽下提供更加优秀的图像质量、可支持最高达1920*1080i的高清分辨率。本发明的接收端采用MBH86H615解码芯片，解码延时低，解码输出接口有CVBS、模拟音频、HDMI(内嵌音频)，所有输出都是同步输出，无论发射机103采集的图像分辨率如何改变，接收机20输出都可以适应为一种分辨率输出，大大提高了解码的兼容性，而且多种的同步输出接口可适应各种场合的使用。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种无人机图像传输系统，包括：

装设于无人机端的高清运动摄像机、与所述高清运动摄像机连接的发射机以及与所述发射机无线连接的接收机；

所述发射机包括：

电源模块，用于为所述发射机提供电源；

HDMI接口，用于为所述高清运动摄像机与所述发射机的连接通道，以接收从高清运动摄像机发送的高清图像数据；

编码模块，其与所述HDMI接口连接，用于为接收到的高清图像数据进行编码；

基带调制模块，其与所述编码模块连接，用于对经过编码后的图像数据进行基带调制，以调制出数字基带信号；

数/模转换模块，其与基带调制模块连接，用于将数字基带信号转换为模拟信号；

调制模块，其包括PLL/VCO电路，所述调制模块用于将所述模拟信号和PLL/VCO电路所产生的射频本振信号进行调制，以将信号调制为高频信号；

可编程衰减模块，其与调制模块连接，用于对高频信号进行衰减；

功率放大模块，其与所述可编程衰减模块连接，用于对衰减后的信号进行功率放大，经过放大后的频率信号由发射天线进行发射；

第一微处理单元，用于对基带调制模块、数/模转换模块、调制模块、可编程衰减模块进行参数设置；

所述编码模块包括：

智能图像分析子模块，用于将接收到的图像数据进行分析，以识别出重要画面数据和次要画面数据，分别将重要画面数据和次要画面数据发送至重要画面编码子模块和次要画面编码子模块；

重要画面编码子模块，用于对接收到的重要画面数据进行编码；

次要画面编码子模块，用于对接收到的次要画面数据进行编码；

第一网络提取子模块，用于对编码后的重要画面数据进行封装或映射，以封装或者映射为NAL单元；

第二网络提取子模块，用于对编码后的次要画面数据进行封装或映射，以封装或者映射为NAL单元；

第一码流缓存子模块，用于对经过第一网络提取子模块和第二网络提取子模块封装后的NAL单元进行压缩、去重、分隔、分流，以形成新的低码流的画面数据，并将新的低码流的画面数据发送至调制模块进行调制，所述去重为去掉了重复的NAL头信息和相同的NAL的填充数据。

2.如权利要求1所述的无人机图像传输系统，其特征在于：

所述接收机包括：

电源模块，用于为所述接收机提供电源；

图像接收天线，用于无线接收所述发射机发送的图像数据的射频信号；

滤波器，其与所述图像接收天线连接，用于对接收到的射频信号进行过滤杂波；

低噪音放大器，其与滤波器连接，用于对过滤后的射频信号进行信号放大；

下变频模块，其与低噪音放大器连接，用于将高频信号下变频至中频信号；

解调模块，其与下变频模块连接，用于对下变频后的射频信号进行解调；

解码模块，其与解调模块连接，用于对解调后的图像数据进行解码，解码后的数据通过声音输出通道、标清输出通道以及高清输出通道输出。

3.如权利要求2所述的无人机图像传输系统，其特征在于：所述接收机还包括第二微处理单元以及与所述第二微处理单元连接的显示模块，所述第二微处理单元与所述下变频模块、解调模块以及解码模块连接，用于获取所述下变频模块、解调模块以及解码模块的参数，并将该参数发送至显示模块进行显示。

4.如权利要求3所述的无人机图像传输系统，其特征在于，所述接收机还包括与所述解码模块连接的内存模块和存储模块。

5.如权利要求4所述的无人机图像传输系统，其特征在于：

所述解码模块包括：

第二码流缓存子模块，用于对解调之后的低码流的图像数据进行解压缩、加重以还原所述图像数据的重要画面数据和次要画面数据；

第三网络提取子模块，用于获取和复补经过第二码流缓存子模块解压缩、加重后的图像数据，以将NAL单元序列从第二码流缓存子模块中提取和复补出来；

RBSP数据格式转换模块，用于将获取和复补后的NAL单元序列转换为RBSP数据格式；

分片解码子模块，用于将RBSP格式的重要画面数据和次要画面数据进行分片和解码，以合并还原出高码流的图像数据。