無人機(jī)高清影像實(shí)時(shí)壓縮處理傳輸平臺解決方案

　　一、簡介

　　無人駕駛飛機(jī)簡稱無人機(jī)（ Unmanned Aerial Vehicle，縮寫 UAV） ， 是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備、 執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛航空器。無人機(jī)與遙感技術(shù)的結(jié)合， 即無人機(jī)遙感，是利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS 差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)， 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(yīng)用分析能力的應(yīng)用技術(shù)。具有低成本、低損耗、可重復(fù)使用且風(fēng)險(xiǎn)小等諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初的偵察、早期預(yù)警等軍事領(lǐng)域擴(kuò)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(shù)是無人機(jī)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(jī)航空遙感系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)據(jù)傳輸是否穩(wěn)定、 流暢直接影響到無人機(jī)遙感的質(zhì)量，特別是在應(yīng)對緊急事件時(shí)決策者要根據(jù)無人機(jī)傳回來的實(shí)時(shí)畫面指定解決方案、 做決策。原始的無人機(jī)航拍圖像數(shù)據(jù)量龐大，因此需要進(jìn)行壓縮存貯和傳輸。由于無人機(jī)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(jī)低空航拍攝影技術(shù)作為一項(xiàng)空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，具有續(xù)航時(shí)間長、影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區(qū)探測、成本低、高分辨率、機(jī)動靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感與有人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充，在國外已得到廣泛應(yīng)用。而隨著我國信息化建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，無人機(jī)的研究發(fā)展在總體設(shè)計(jì)、飛行控制、組合導(dǎo)航、中繼數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、圖像傳輸、信息對抗與反對抗、發(fā)射回收、生產(chǎn)制造和實(shí)際應(yīng)用等諸多技術(shù)領(lǐng)域都有了長足的進(jìn)步，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用水平。這些致使無人機(jī)低空航拍攝影的廣泛應(yīng)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(shù)發(fā)展，促使無人機(jī)低空航拍攝影項(xiàng)目逐漸成為測繪、規(guī)劃、應(yīng)急等國家單位積極推行的先進(jìn)項(xiàng)目和技術(shù)示范項(xiàng)目。

　　二、平臺介紹

　　機(jī)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(xué)相機(jī)拍攝的運(yùn)動視頻或者高分辨率圖片，機(jī)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(xiàng)目是以無人機(jī)為飛行平臺，利用高分辨CCD相機(jī)系統(tǒng)獲取遙感影像，利用空中和地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的自動拍攝和獲取，同時(shí)實(shí)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(yù)處理等功能，可廣泛應(yīng)用于國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)、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(zāi)害監(jiān)測與評估、城市規(guī)劃與市政管理、森林病蟲害防護(hù)與監(jiān)測、公共安全、國防事業(yè)、數(shù)字地球等領(lǐng)域。

　　項(xiàng)目主要用于遙感影像的獲取，同時(shí)可以根據(jù)需要搭配衛(wèi)星遙感和有人機(jī)遙感平臺，實(shí)現(xiàn)高低搭配，優(yōu)勢互補(bǔ)。無人機(jī)低空航拍攝影廣泛應(yīng)用于國家基礎(chǔ)地圖測繪、數(shù)字城市建設(shè)、通信站點(diǎn)建設(shè)、國土資源調(diào)查、土地地籍管理、城市規(guī)劃、突發(fā)事件實(shí)時(shí)監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)測與評估、城市交通、網(wǎng)線鋪設(shè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、測繪、環(huán)境治理、生態(tài)保護(hù)、森林管理、礦產(chǎn)開發(fā)等領(lǐng)域，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　三、本公司的板卡

　　1、項(xiàng)目內(nèi)容

　　機(jī)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。基于CCD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(jī)器視覺等領(lǐng)域。該平臺主要通過CCD傳感器采集圖像，通過DSP進(jìn)行信號處理，獲得智能信息，并進(jìn)行圖像壓縮和抓拍。從而為各種應(yīng)用提供報(bào)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(shè)計(jì)，能實(shí)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(biāo)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(shí)現(xiàn)了超過 3 GHz 的DSP 處理能力，同時(shí)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(wù)。DSP 內(nèi)核可用于管理多格式視頻轉(zhuǎn)碼，并為支持其它應(yīng)用性能預(yù)留了足夠空間。DM6467 可滿足媒體網(wǎng)關(guān)與 MCU 等需要轉(zhuǎn)碼技術(shù)的市場要求，但其強(qiáng)大的靈活性與高效性對要求同時(shí)進(jìn)行高清編碼與解碼的應(yīng)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(biāo)清編碼要求較高的市場。該器件的連接外設(shè)中還包括業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) 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(chǔ)的硬件平臺是本項(xiàng)目的核心內(nèi)容，主要功能如下：

　　1）相機(jī)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(luò)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(yīng)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(luò)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(yīng)用范圍：

　　可用于人臉識別、車牌識別、行為識別、機(jī)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(shí)例

　　無人機(jī)系統(tǒng)通過配置攝像機(jī)、高分辨率照相機(jī)、紅外夜視儀和圖像傳輸?shù)热蝿?wù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)空中巡視，并在巡視中實(shí)時(shí)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(shí)際比例局部圖：