無人機高清影像實時壓縮處理傳輸平臺解決方案

　　一、簡介

　　無人駕駛飛機簡稱無人機（ Unmanned Aerial Vehicle，縮寫 UAV） ， 是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務設備、 執(zhí)行多種任務，并能重復使用的無人駕駛航空器。無人機與遙感技術的結(jié)合， 即無人機遙感，是利用先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS 差分定位技術和遙感應用技術， 具有自動化、智能化、專題化快速獲取國土、資源、環(huán)境等的空間遙感信息， 完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應用分析能力的應用技術。具有低成本、低損耗、可重復使用且風險小等諸多優(yōu)勢，其應用領域從最初的偵察、早期預警等軍事領域擴大到資源勘測、氣象觀測及處理突發(fā)事件等非軍事用途。

　　數(shù)據(jù)傳輸存儲技術是無人機遙感數(shù)據(jù)重要組成部分，其中數(shù)據(jù)傳輸與壓縮、 解壓縮系統(tǒng)是無人機航空遙感系統(tǒng)中的關鍵技術之一。數(shù)據(jù)傳輸是否穩(wěn)定、 流暢直接影響到無人機遙感的質(zhì)量，特別是在應對緊急事件時決策者要根據(jù)無人機傳回來的實時畫面指定解決方案、 做決策。原始的無人機航拍圖像數(shù)據(jù)量龐大，因此需要進行壓縮存貯和傳輸。由于無人機圖像質(zhì)量差， 易受環(huán)境干擾，其碼率跳動變化大，因此對于帶寬受限的無線信道傳輸具有很大挑戰(zhàn)。

　　無人機低空航拍攝影技術作為一項空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，具有續(xù)航時間長、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測、成本低、高分辨率、機動靈活等優(yōu)點，是衛(wèi)星遙感與有人機航空遙感的有力補充，在國外已得到廣泛應用。而隨著我國信息化建設和科學技術的不斷進步和發(fā)展，無人機的研究發(fā)展在總體設計、飛行控制、組合導航、中繼數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、傳感器技術、圖像傳輸、信息對抗與反對抗、發(fā)射回收、生產(chǎn)制造和實際應用等諸多技術領域都有了長足的進步，達到了實際應用水平。這些致使無人機低空航拍攝影的廣泛應用已經(jīng)成為必然趨勢，2009年國家遙感、測繪系統(tǒng)大力推動該技術發(fā)展，促使無人機低空航拍攝影項目逐漸成為測繪、規(guī)劃、應急等國家單位積極推行的先進項目和技術示范項目。

　　二、平臺介紹

　　機載圖像處理系統(tǒng)需要處理的視頻種類多樣，如高清晰光學相機拍攝的運動視頻或者高分辨率圖片，機載SAR成像系統(tǒng)產(chǎn)生的SAR圖像。以上視頻或圖像都需要壓縮編碼，然后存儲或傳輸。

　　本項目是以無人機為飛行平臺，利用高分辨CCD相機系統(tǒng)獲取遙感影像，利用空中和地面控制系統(tǒng)實現(xiàn)影像的自動拍攝和獲取，同時實現(xiàn)航跡的規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)的壓縮和自動傳輸、影像預處理等功能，可廣泛應用于國家生態(tài)環(huán)境保護、礦產(chǎn)資源勘探、海洋環(huán)境監(jiān)測、土地利用調(diào)查、水資源開發(fā)、農(nóng)作物長勢監(jiān)測與估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、自然災害監(jiān)測與評估、城市規(guī)劃與市政管理、森林病蟲害防護與監(jiān)測、公共安全、國防事業(yè)、數(shù)字地球等領域。

　　項目主要用于遙感影像的獲取，同時可以根據(jù)需要搭配衛(wèi)星遙感和有人機遙感平臺，實現(xiàn)高低搭配，優(yōu)勢互補。無人機低空航拍攝影廣泛應用于國家基礎地圖測繪、數(shù)字城市建設、通信站點建設、國土資源調(diào)查、土地地籍管理、城市規(guī)劃、突發(fā)事件實時監(jiān)測、災害預測與評估、城市交通、網(wǎng)線鋪設、數(shù)字農(nóng)業(yè)、測繪、環(huán)境治理、生態(tài)保護、森林管理、礦產(chǎn)開發(fā)等領域，對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

　　三、本公司的板卡

　　1、項目內(nèi)容

　　機載視頻圖像種類多樣，要求編碼器具備很高的處理能力和靈活性?；贑CD傳感器+DM6467的智能視頻處理套件說明書，廣泛用于智能監(jiān)控、電子警察、視頻會議、生物儀器、機器視覺等領域。該平臺主要通過CCD傳感器采集圖像，通過DSP進行信號處理，獲得智能信息，并進行圖像壓縮和抓拍。從而為各種應用提供報警信息和現(xiàn)場采樣。

　　CCD傳感器主要采用sony ICX274AL芯片。

　　TI 芯片TMS320DM6467，為TI 新一代高清視頻處理芯片，通過其多內(nèi)核設計，能實現(xiàn)較前代數(shù)字媒體處理器高十倍的性能。DM6467 處理器集成了 ARM 與 DSP 內(nèi)核，并采用高清視頻/影像協(xié)處理器 （HD-VICP）、視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎以及目標視頻端口接口。HD-VICP 通過面向 HD 1080i H.264 high profile 轉(zhuǎn)碼的專用加速器，實現(xiàn)了超過 3 GHz 的DSP 處理能力，同時視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎還能管理包括垂直下調(diào)節(jié) （downscaling）、色度采樣 （chroma sampling） 以及菜單覆蓋 （menu overlay） 功能等在內(nèi)的視頻處理任務。DSP 內(nèi)核可用于管理多格式視頻轉(zhuǎn)碼，并為支持其它應用性能預留了足夠空間。DM6467 可滿足媒體網(wǎng)關與 MCU 等需要轉(zhuǎn)碼技術的市場要求，但其強大的靈活性與高效性對要求同時進行高清編碼與解碼的應用來說也非常具有吸引力，如視頻語音或視頻安全等對于多通道標清編碼要求較高的市場。該器件的連接外設中還包括業(yè)界標準 PCI 總線與千兆以太網(wǎng)。

　　2、基本功能

　　開發(fā)以該芯片為基礎的硬件平臺是本項目的核心內(nèi)容，主要功能如下：

　　1）相機結(jié)構(gòu)為自定義尺寸，大小為100mm X 70mm X 56mm

　　2）系統(tǒng)采用DSP+FPGA為核心結(jié)構(gòu)，DSP為TMS320DM6467 主頻為729MHz，F(xiàn)PGA為Altera芯片 EP3C25F324。

　　3）支持 一路高清CCD 200萬象素的原始數(shù)據(jù)流輸入接口。

　　4）支持一路千兆網(wǎng)絡傳輸，為RJ45電口。

　　5）支持1路RS232通信，兼容RS485。

　　6）支持自動光圈，自動電子快門功能，適應不同監(jiān)控環(huán)境

　　7）工作電壓：電壓/直流12V，功耗小于5W。

　　8）環(huán)境條件： 工作溫度：-20℃～+60℃；存儲溫度：－45℃～＋65℃；

　　相對濕度：<=95±3%，+35±3℃;

　　9）振動、沖擊要求為：

　　振動：2g（20Hz～500Hz～20Hz）（剛性）；

　　沖擊：垂直軸向　≥15g；

　　橫軸方向　≥10g;

　　縱軸方向　≥10g

　　3、軟件支持

　　1）支持linux 操作系統(tǒng)

　　2）支持H.264的視頻壓縮，Jpeg圖片壓縮。

　　3）支持高清和 CIF 雙碼流輸出

　　4）支持網(wǎng)絡的RTCP UDP數(shù)據(jù)發(fā)送。

　　5）支持客戶端測試程序。

　　6）根基您的需要可以植入其它算法。

　　4、應用范圍：

　　可用于人臉識別、車牌識別、行為識別、機器視覺、生產(chǎn)線檢測、生物儀器、醫(yī)療儀器等二次開發(fā)和使用。

　　四、產(chǎn)品實例

　　無人機系統(tǒng)通過配置攝像機、高分辨率照相機、紅外夜視儀和圖像傳輸?shù)热蝿赵O備，實現(xiàn)空中巡視，并在巡視中實時傳回視頻圖像，存儲高清照片供返回地面處理，其中紅外夜視儀的配置滿足夜晚的巡視要求。

　　航拍原圖：

　　實際比例局部圖：