CN105450980A - 一种高清航拍控制与视频回传方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高清航拍控制与视频回传方法及系统，该方法应用于具有航拍设备端和地面控制端的高清航拍控制与视频回传系统，该方法包括：信道切换步骤，该航拍设备端选择当前未处于数据发送状态，并且信道带宽高于一带宽门限，并且信道电量门限低于该航拍设备端的剩余电量的信道，依次发送多个视频数据包至该地面控制端。本发明的有益效果在于：通过灵活配置通信模块来改变使用的通信信道，包括信道的个数与信道的属性。通过冗余算法有效的提高航拍控制命令的有效性。利用信道切换算法有效地保证视频数据的实时回传，并实现高分辨率视频的回传，并能实现高清视频的存储。

Description

一种高清航拍控制与视频回传方法及系统

技术领域

本发明涉及航拍数据通信领域，特别是涉及一种高清航拍控制与视频回传方法及系统。

背景技术

近年来，随着摄影及航拍技术的发展，航拍设备的分辨率在逐渐提高，不论是对于航姿的控制，还是拍摄视频的回传都提出了新的要求。传统的航拍设备，一般通过RC遥控控制，距离短且有效性不高，容易造成设备摔毁，失控事件。一般回传的图像与拍摄录像的不同，回传的图像为标清图像甚至D1格式，使用者只能大概浏览拍摄内容，实际拍摄内容必须等待航拍设备降落后再浏览，拍摄成本与时间成本很高。与此同时，监控领域也从标清逐渐发展到了高清，甚至全高清。对于传统的定点监控，也有发展为移动监控，甚至利用无人机实时监控的需求。这些需求，可以归纳为两个问题，一个问题是远距离遥控的有效性，另一个问题是大数据量的实时回传问题。

通信行业近些年有了突飞猛进的进步，已由传统的2G过度到了3G，而随着4G拍照的发放，我国城市的4G网络也开始施建与使用，每一次的更替都带来更宽的网络，更快的速度。而正是这个特殊的时候，使得网络信道如此的丰富，2G，3G与4G共存，由于各个信道的不同，使得在不同的位置，每个信道的性能也有所不同。

而这些对于航拍和监控来说，如何利用已经架设好的通信信道，提高控制指令的有效性，实现大数据量的实时回传，成为本领域的技术人员亟待及解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，合理利用单个或多个信道，对大数据量的航拍数据进行实时回传。

更进一步的，本发明还解决了提高远距离控制的有效性的技术问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种高清航拍控制与视频回传方法，应用于具有航拍设备端和地面控制端的高清航拍控制与视频回传系统，该方法包括：

信道切换步骤，该航拍设备端选择当前未处于数据发送状态，并且信道带宽高于一带宽门限，并且信道电量门限低于该航拍设备端的剩余电量的信道，依次发送多个视频数据包至该地面控制端。

该信道切换步骤进一步包括：

步骤1，设定每个信道的带宽门限以及信道电量门限；

步骤2，该航拍设备端检查第i个信道是否有数据尚未发送完毕，如果否，执行步骤3，如果是，i加1，重新执行步骤2；

步骤3，该航拍设备端检查该第i个信道的信道带宽是否低于该带宽门限，如果否，执行步骤4，如果是，i加1，重新执行步骤2；

步骤4，该航拍设备端检查该第i个信道的信道电量门限是否低于该航拍设备端的当前剩余电量，如果是，执行步骤5，如果否，i加1，重新执行步骤2；

步骤5，利用该第i个信道发送一视频数据包，i加1，重新执行步骤2，直至将所有视频数据包发送完毕，i为信道的序号。

该信道切换步骤之前还包括：

航拍控制命令发送步骤，该地面控制端检测找到所有可供发送的信道，该可供发送的信道的带宽高于一发送门限，该地面控制端在所有可供发送的信道中发送航拍控制命令。

该航拍控制命令发送步骤具体包括：

步骤11，该地面控制端为待发送的该航拍控制命令增加包头信息，该包头信息中包括标示符；

步骤12，该地面控制端检查第i个信道的信道带宽是否低于该发送门限，如果是，i加1，重新执行步骤12，如果否，执行步骤13；

步骤13，该地面控制端利用该第i个信道发送该航拍控制命令至该航拍设备端，i加1，重新执行步骤12，直至检查完所有信道。

在该航拍控制命令发送步骤与该信道切换步骤之间还包括：

航拍控制命令接收步骤，该航拍设备端从多个信道分别接收到多个该航拍控制命令后，依次检查每个该航拍控制命令的命令标识，判断该航拍控制命令是否已执行过，如果是，丢弃所有具有该命令标识的航拍控制命令，如果否，执行该航拍控制命令，并记录执行过的航拍控制命令的命令标识。

该信道切换步骤之后还包括：

步骤21，该地面控制端接收并缓存该多个视频数据包，并根据序列号重组该多个视频数据包；

步骤22，到达一视频缓冲时间后，对该多个视频数据包进行显示；

步骤23，检查在该视频缓冲时间内接收的视频数据包是否完整，如果是，存储并继续执行步骤21，如果否，等待接收其余视频数据包直至超时，再进行存储。

本发明还公开了一种高清航拍控制与视频回传系统，该系统包括：

信道切换装置，用于使得航拍设备端选择当前未处于数据发送状态，并且信道带宽高于一带宽门限，并且信道电量门限低于该航拍设备端的剩余电量的信道，依次发送多个视频数据包至地面控制端。

所述的系统还包括：

航拍控制命令发送装置，用于使得该地面控制端检测找到所有可供发送的信道，该可供发送的信道的带宽高于一发送门限，该地面控制端在所有可供发送的信道中发送航拍控制命令至该航拍设备端。

所述的系统还包括：

航拍控制命令接收装置，用于使得该航拍设备端从多个信道分别接收到多个该航拍控制命令后，依次检查每个该航拍控制命令的命令标识，判断该航拍控制命令是否已执行过，如果是，丢弃所有具有该命令标识的航拍控制命令，如果否，执行该航拍控制命令，并记录执行过的航拍控制命令的命令标识。

所述的系统还包括：

缓存装置，用于使得该地面控制端接收并缓存该多个视频数据包，并根据序列号重组该多个视频数据包；

显示装置，用于使得到达一视频缓冲时间后，对该多个视频数据包进行显示；

检查装置，用于检查在该视频缓冲时间内接收的视频数据包是否完整，如果是，存储并继续调用该缓冲装置，如果否，等待接收其余视频数据包直至超时，再进行存储。

本发明正是有效的结合了航拍领域与通信技术，设计了一种高清航拍控制与视频回传系统，既可以实现对航拍设备的有效控制，有能够实现高清航拍视频的实时回传、存储。

附图说明

图1所示为本发明的高清航拍控制与视频回传系统的结构示意图。

图2所示为本发明的航拍设备端的具体结构示意图。

图3所示为本发明的地面控制端的具体结构示意图。

图4所示为本发明的发送航拍控制命令的详细流程示意图。

图5所示为本发明的航拍控制命令接收的详细流程示意图。

图6所示为本发明的信道切换的方法流程图。

图7所示为本发明的地面控制端的信道控制模块接收视频数据并缓存显示的流程示意图。

具体实施方式

以下借助具体实施例对本发明的实现方式进行详细的描述，不视为对本发明的限制。

图1所示为本发明的高清航拍控制与视频回传系统的结构示意图。

高清航拍控制与视频回传系统10包括航拍设备端1和地面控制端2。航拍设备端1和地面控制端2之间通过公共网连接。

航拍设备端1用于接收地面控制端2发送的航拍控制命令并执行，采集高清视频数据，并通过多个信道实时回传。

地面控制端2用于发送航拍控制命令，并接收航拍设备端1回传的视频数据进行实时显示。

如图2所示为本发明的航拍设备端1的具体结构示意图。航拍设备端1主要包括：

主处理器模块11、电源模块12、电机控制模块13、视频采集模块14、信道控制模块15、外围设备16以及至少两个通信模块。航拍设备端1还包括飞行模块等现有技术中已知的模块。

主处理器模块11为航拍设备端1的控制、数据处理的核心，其作用为对视频采集模块14采集的高清数据进行编码后，发送至信道控制模块15进行发送，同时接收信道控制模块15发送的航拍控制命令，利用电机控制模块13等模块执行该命令。

具体来说，主处理器模块11负责视频的压缩编码，其可以是专用视音频压缩芯片，如海思Hi3515，Hi3532或者Ti公司的专用DSP。主处理器模块11的处理能力，决定了航拍设备端1可以接入的视频采集模块的类型、路数。

电源模块12用于为航拍设备端1内的各个模块提供稳定电源。

电机控制模块13用于对航拍设备端1的多旋翼电机的旋转进行控制，以保证航拍设备端1的飞行姿态，如果视频采集模块14需要转动镜头，则还用于对转动镜头电机的控制。电机控制模块13一般由单片机、电机驱动芯片和多相电机组成。优选的电路组成方案为：单片机STM32F405VG连接驱动芯片A3988后控制两相电机。单片机与主处理器模块11通过串口连接。电机控制模块13对外提供对航拍控制命令的支持，如一种可选控制命令构成为：

同步字0xFF

Commad1

Command2

Data1

Data2

校验和

校验和＝(Command1+Command2+Data1+Data2)&0xFF

Command1和Command2表征航拍控制命令的类型，Data1和Data2为此条命令需要用到的参数，如航拍设备的飞行命令Data1和Data2表示飞行的速度。例如一条使航拍设备端1向下飞行的命令可以为：

下

0x00

0x08

水平速度0x00-0x3F

垂直速度0x00-0x3F

视频采集模块14用于采集光学图像转换为数字信号，与主处理器模块11通过标准BT1120接口连接，这样使得航拍设备端1支持高清分辨率的视频接入，同时又支持两路BT656标清的视频接入，能够满足以后的拓展性。可选的采集模块可以是sony6500，6300等系列的机芯，也可以是能产生标准BT1120时序的CCD设备。

信道控制模块15为航拍设备端1对外进行数据发送的控制器，其通过多条差分数据线、时钟线与主处理器模块11连接，接收压缩后的视频数据。信道控制模块15需采用数据交换处理能力较强的DSP设备，如DM6467等。信道控制模块15控制多个通信模块，不同的通信模块能够实现对不同信道的接入。信道控制模块15可接收多个信道的航拍控制命令，去重处理后发送给主处理器模块11，并利用信道切换算法，选择信道，把主处理器模块发送的视频数据流分为多个数据包，分多个信道发送。

通信模块，用于实现数据的上行与下行，其通过固定接口(例如标准usb2.0)与信道控制模块15连接，通信模块能够实时检测自身通信信道的接收功率、带宽利用率等信息反馈给信道控制模块15，并接收来自信道控制模块15的视频数据包，以进行发送。通信模块个数可以灵活的增加与减少。如需发挥信道切换的作用，则至少需要两个独立的通信信道。

一些可选的通信模块包括：普通的3G上网卡，提供USB接口的专用单模通信模块，如TD-LTE，WCDMA，TDCDMA等。

外围设备16是航拍设备端1可以扩展的一系列外围设备，如GPS定位、温度传感器、高度传感器、速度传感器等航姿测量传感器，这些信息可以传送至该主处理器模块11以更好的控制航拍设备端1的飞行。

如图3所示为本发明的地面控制端2的具体结构示意图。地面控制端2主要包括：

主处理器模块21、电源模块22、控制输入模块23、存储模块24、信道控制模块25、显示设备26以及至少两个通信模块。

主处理器模块21为地面控制端2的控制、数据处理的核心，其作用为识别控制输入模块23输入的命令，转换为标准航拍控制命令并发送给信道控制模块25，另外，对于接收信道控制模块25接收的视频数据，进行视频解码并发送至显示模块26进行显示。

主处理器模块21主要负责解码接收到的实时视频码流，其一般为专用的解码芯片，如Hi3520，Hi3531。Hi3520芯片的最高工作频率可达600MHz，支持H.264、JPEG解码方式，同时支持8路D1格式的视频解码或者1路1080P全高清+1路D1的数据解码；Hi3517芯片则功能更加强大。

电源模块22用于为地面控制端2内的各个模块提供稳定电源。

控制输入模块23是可以输入控制命令的输入装置，例如是包括键盘和摇杆在内的控制设备，其可以提供usb接口为飞控键盘供电并实现命令交互。

存储模块24用于存储地面控制端2接收到的视频数据。由于各个信道的延迟不一样，可能导致实时视频不流畅，借助该存储模块24进行数据缓冲再存储，可以通过回放的方式得到流畅的视频数据流。

信道控制模块25负责无线信道的选择以及数据发送、接收，并利用冗余算法发送航拍控制信号，另外，信道控制模块25还用于接收多个信道回传的视频数据包，整合成同一数据包后发送给主处理器模块21。

显示模块26包括显示接口及连接于该显示接口的显示设备。该显示接口可以包括HDMI接口。

地面控制端2的通信模块与航拍设备端1的通信模块相对应。

为了实现地面控制端2对航拍设备端1的远程有效控制，地面控制端2的信道控制模块25使用冗余算法发送航拍控制命令。当信道控制模块25接收到需发送的航拍控制命令时，信道控制模块25检测找到所有可供发送的信道，该可供发送的信道的带宽高于一预先设定的发送门限，该地面控制端在所有可供发送的信道中发送该航拍控制命令。如图4所示为本发明的发送航拍控制命令的详细流程示意图。

步骤41，该地面控制端2为待发送的该航拍控制命令增加包头信息，该包头信息中包括标示符；

步骤41可具体由信道控制模块25来执行。待发送的该航拍控制命令采用数据包的形式，该标示符可唯一标识当前所发送的该数据包。该标示符可以采用日期+序号的方式。任何能够保证大小合适，避免重复的标示符编码方式均可应用于本发明的技术方案中。航拍控制命令都包括带有本命令的唯一命令标识。

步骤42，该地面控制端的信道控制模块25检查第i个信道的信道带宽是否低于该发送门限，如果是，i加1，重新执行步骤42，如果否，执行步骤43；

步骤43，利用该第i个信道发送该航拍控制命令至该航拍设备端1，i加1，重新执行步骤42，直至检查完所有信道。

本发明通过冗余算法在所有可供发送的信道中均发送航拍控制命令，以尽可能的保证航拍设备端1可以接收到该航拍控制命令，提高航拍控制命令的有效执行率，提高远距离控制的有效性。

基于图4所执行的方法，该航拍设备端1将通过多个信道接收多个航拍控制命令。对应于地方控制端2所采用的冗余算法，航拍设备端1需针对所接收到的多条命令进行去重处理。详细而言，对于该多个航拍控制命令的处理，本发明采用如图5所示的航拍控制命令接收方法执行。

步骤51，该航拍设备端从多个信道分别接收到多个该航拍控制命令；

步骤52，信道控制模块15检查第j个航拍控制命令的命令标识，判断该航拍控制命令是否已执行过，如果是，丢弃所有具有该命令标识的航拍控制命令，如果否，执行该航拍控制命令，并记录执行过的航拍控制命令的命令标识，j加1，直至检查完所接收到的所有航拍控制命令。

通过上述去重处理，本发明可简化所收到的大量的相同命令，提高命令执行的效率，提高远距离控制的有效性。

该航拍设备端1在接收到地面控制端2所发送的航拍控制命令后，执行航拍，对于所获得的航拍数据，借助信道切换的方法，进行数据发送。借助信道切换的方法为：该航拍设备端1选择当前未处于数据发送状态，并且信道带宽高于一带宽门限，并且信道电量门限低于该航拍设备端的剩余电量的信道，依次发送多个视频数据包至该地面控制端。

参阅图6所示为本发明的信道切换的方法流程图。

步骤61，预先设定每个信道的带宽门限以及信道电量门限；

步骤62，该航拍设备端1的信道控制模块15检查第i个信道是否有数据尚未发送完毕，如果否，执行步骤63，如果是，i加1，重新执行步骤62；

步骤63，该航拍设备端1的信道控制模块15检查该第i个信道的信道带宽是否低于该带宽门限，如果否，执行步骤64，如果是，i加1，重新执行步骤62；

步骤64，该航拍设备端1的信道控制模块15检查该第i个信道的信道电量门限是否低于该航拍设备端的当前剩余电量，如果是，执行步骤65，如果否，i加1，重新执行步骤62；

步骤65，利用该第i个信道发送一视频数据包，i加1，重新执行步骤62，直至将所有视频数据包发送完毕，i为信道的序号。

可见，本发明通过信道切换的方式，能够保证视频数据能够通过具有较高可靠性的信道回传，从而保证了视频数据的实时回传。

在航拍设备端1向地面控制端2发送完毕后，地面控制端2还需对所接收的视频数据包进行显示。如图7所示为地面控制端的信道控制模块25接收视频数据并缓存显示的流程示意图。

步骤70，预先设置两个时间参数，一个为视频缓冲时间，一个为存储视频等待时间。

视频缓冲时间，代表接收到数据后多久开始显示，此时间越长会导致视频的延迟越大，等待时间长。然而视频缓冲时间如果越短，视频的实时性好，但是容易造成丢帧。

另外，各个信道不能保证完全同步，即数据到达先后不一。存储视频等待时间是指等待某一个包到来的最长时间，超过该存储视频等待时间后接收到的数据包将不做存储处理，如此也将会导致回放的视频发生丢帧的情况。

步骤71，在未到达该视频缓冲时间时，该地面控制端2的信道控制模块25接收并缓存该多个视频数据包，并根据序列号重组该多个视频数据包；

每个视频数据包在发送时，根据其视频播放的先后顺序拥有序列号，则在接收端，信道控制模块25可根据该序列号还原多个视频数据包原本的顺序，以便于后续的显示播放；

步骤72，到达该视频缓冲时间后，对该多个视频数据包进行显示；

步骤73，检查在该视频缓冲时间内接收的视频数据包是否完整，如果是，存储数据并等待接收后续数据，继续执行步骤71，如果否，等待接收其余视频数据包直至超时，存储数据。

步骤73根据预先接收到的本次发送所对应的数据包总数与实际接收到的数据包的序列号进行比较以判断是否完整。另外，根据是否到达该存储视频等待时间来判断是否超时。

通过上述的数据接收缓冲的方式，使得具有较大数据量，较高分辨率的视频数据也可顺利的回传播放并存储。在能够保证回传数据的顺利缓冲播放存储、保证地面后备支持的前提下，航拍设备端1可以进一步提高拍摄图像的分辨率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.通过灵活配置通信模块来改变使用的通信信道，包括信道的个数与信道的属性。

2.通过冗余算法有效的提高航拍控制命令的有效性。

3.利用信道切换算法有效地保证视频数据的实时回传，并实现高分辨率视频的回传，并能实现高清视频的存储。

Claims (10)

1.一种高清航拍控制与视频回传方法，应用于具有航拍设备端和地面控制端的高清航拍控制与视频回传系统，其特征在于，该方法包括：

信道切换步骤，该航拍设备端选择当前未处于数据发送状态，并且信道带宽高于一带宽门限，并且信道电量门限低于该航拍设备端的剩余电量的信道，依次发送多个视频数据包至该地面控制端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该信道切换步骤进一步包括：

步骤1，设定每个信道的带宽门限以及信道电量门限；

步骤2，该航拍设备端检查第i个信道是否有数据尚未发送完毕，如果否，执行步骤3，如果是，i加1，重新执行步骤2；

步骤3，该航拍设备端检查该第i个信道的信道带宽是否低于该带宽门限，如果否，执行步骤4，如果是，i加1，重新执行步骤2；

步骤4，该航拍设备端检查该第i个信道的信道电量门限是否低于该航拍设备端的当前剩余电量，如果是，执行步骤5，如果否，i加1，重新执行步骤2；

步骤5，利用该第i个信道发送一视频数据包，i加1，重新执行步骤2，直至将所有视频数据包发送完毕，i为信道的序号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该信道切换步骤之前还包括：

航拍控制命令发送步骤，该地面控制端检测找到所有可供发送的信道，该可供发送的信道的带宽高于一发送门限，该地面控制端在所有可供发送的信道中发送航拍控制命令。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该航拍控制命令发送步骤具体包括：

步骤11，该地面控制端为待发送的该航拍控制命令增加包头信息，该包头信息中包括标示符；

步骤12，该地面控制端检查第i个信道的信道带宽是否低于该发送门限，如果是，i加1，重新执行步骤12，如果否，执行步骤13；

步骤13，该地面控制端利用该第i个信道发送该航拍控制命令至该航拍设备端，i加1，重新执行步骤12，直至检查完所有信道。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在该航拍控制命令发送步骤与该信道切换步骤之间还包括：

航拍控制命令接收步骤，该航拍设备端从多个信道分别接收到多个该航拍控制命令后，依次检查每个该航拍控制命令的命令标识，判断该航拍控制命令是否已执行过，如果是，丢弃所有具有该命令标识的航拍控制命令，如果否，执行该航拍控制命令，并记录执行过的航拍控制命令的命令标识。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该信道切换步骤之后还包括：

步骤21，该地面控制端接收并缓存该多个视频数据包，并根据序列号重组该多个视频数据包；

步骤22，到达一视频缓冲时间后，对该多个视频数据包进行显示；

步骤23，检查在该视频缓冲时间内接收的视频数据包是否完整，如果是，存储并继续执行步骤21，如果否，等待接收其余视频数据包直至超时，再进行存储。

7.一种高清航拍控制与视频回传系统，其特征在于，该系统包括：

信道切换装置，用于使得航拍设备端选择当前未处于数据发送状态，并且信道带宽高于一带宽门限，并且信道电量门限低于该航拍设备端的剩余电量的信道，依次发送多个视频数据包至地面控制端。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

航拍控制命令发送装置，用于使得该地面控制端检测找到所有可供发送的信道，该可供发送的信道的带宽高于一发送门限，该地面控制端在所有可供发送的信道中发送航拍控制命令至该航拍设备端。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：

航拍控制命令接收装置，用于使得该航拍设备端从多个信道分别接收到多个该航拍控制命令后，依次检查每个该航拍控制命令的命令标识，判断该航拍控制命令是否已执行过，如果是，丢弃所有具有该命令标识的航拍控制命令，如果否，执行该航拍控制命令，并记录执行过的航拍控制命令的命令标识。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

缓存装置，用于使得该地面控制端接收并缓存该多个视频数据包，并根据序列号重组该多个视频数据包；

显示装置，用于使得到达一视频缓冲时间后，对该多个视频数据包进行显示；

检查装置，用于检查在该视频缓冲时间内接收的视频数据包是否完整，如果是，存储并继续调用该缓冲装置，如果否，等待接收其余视频数据包直至超时，再进行存储。