Ich bin nicht sehr in die Details der Videoübertragung im Allgemeinen. Da die meisten Displays und Elektronikgeräte digital sind, frage ich mich jedoch, warum Anbieter von FPV-Geräten ein analoges Übertragungssystem gewählt haben, das darüber hinaus auf 30/24 fps und niedrige Auflösung beschränkt ist.
Wäre es möglich, die Auflösung zu verbessern, indem Sie einfach ein anderes (digitales) Protokoll auswählen, ohne die Kanalnummer zu ändern?
Antworten:
Wie andere gesagt haben, sind PAL und NTSC analog und haben praktisch keine Latenz. Dies ist äußerst wichtig, wenn FPV-Drohnen mit hoher Geschwindigkeit fliegen. Wenn Sie eine Latenz haben, erfahren Sie, wo Sie waren und nicht, wo Sie sich tatsächlich befinden.
Ich habe eine große Video- / Fotodrohne (Yuneec Q500 4K). Es überträgt das Video digital auf 5,8 GHz unter Verwendung des 802.11A-Protokolls. (Genau wie bei Ihrem Wi-Fi-Heimnetzwerk.) Ich habe die Latenz des Video-Feeds bei 282 Millisekunden gemessen. Dies liegt daran, dass das Video von analog zu digital und dann wieder zurück zum Empfänger konvertiert werden muss. Das hört sich vielleicht nicht viel an, aber es ist, wenn Sie mit hoher Geschwindigkeit unterwegs sind und versuchen, Hindernissen auszuweichen.
Hier ist ein kurzes Diagramm, das zeigt, wie sich die Latenz von 282 ms auf Ihren Standort auswirkt, verglichen mit dem tatsächlichen Standort.
Wenn man bedenkt, dass einige FPV-Drohnen mit mehr als 60 MPH fahren können, können Sie sehen, wie stark sich die Videolatenz auswirken würde.
In Bezug auf FPS sind 30 für NTSC und 24 für PAL Standard-Bildraten und mehr als genug für ein flüssiges Bild. Eine höhere Auflösung würde auch größere / schwerere Hardware erfordern. Wenn FPV-Rennfahrer versuchen, Bruchteile eines Gramms von ihren Drohnen zu entfernen, opfern sie die Auflösung für eine Gewichtsreduzierung.
Ich hoffe meine Erklärung hilft!
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Ich habe die Antwort von Nettle Creek positiv bewertet, aber hier ist eine kurze Erklärung, warum Latenz wichtig ist:
Das Steuern einer Drohne ist ein Feedback-System, mit dem Sie auf dem Laufenden sind. Wie bei jedem anderen Rückkopplungssystem gelten die üblichen Nyquist-Stabilitätskriterien. Durch die Videolatenz wird die Rückkopplungsschleife verzögert, und der Effekt ist der gleiche wie bei jedem anderen Rückkopplungssystem (Sie sind der Opamp): Dadurch wird das System weniger stabil. Dies kann durch verschiedene Techniken kompensiert werden, von denen die einfachste darin besteht, die Bandbreite zu verringern, wodurch das System langsamer wird.
Stellen Sie sich ein Auto vor, das zwischen dem Drehen des Lenkrads und dem tatsächlichen Drehen der Räder eine Verzögerung von 1 Sekunde hat. Dies bedeutet mehr oder weniger, dass Sie eine blinde Person hinter das Lenkrad setzen und Sie auf dem Beifahrersitz schreien. Ich wette, Sie würden viel länger brauchen, um Ihr Ziel zu erreichen ...
Zum Beispiel war vor einigen Jahren die Verzögerung der LCD-Anzeige ein Problem. Einige LCD-Bildschirme puffern ein oder zwei Bilder, um das Bild digital zu verarbeiten. Dies führte zu einer Verzögerung von 1-2 Frames. Dies machte im Wesentlichen alle First Person Shooter-Spiele unspielbar. Eine Bildverzögerung mag nicht viel klingen, aber es reicht aus, um das menschliche Kontrollsystem (dh das Gehirn) ernsthaft zu verärgern, was überhaupt nicht daran gewöhnt ist, dass die Anzeige zwischen dem Bewegen des Fingers und dem Anzeigen des Ergebnisses verzögert wird.
Digitales Video wird komprimiert, daher muss der Kompressor mehrere Frames im RAM sammeln und verarbeiten. Sie erhalten eine sehr hohe Qualität, aber eine hohe Latenz.
Analoges Video hat grundsätzlich keine Latenz. Nur wenige Millisekunden, bis das LCD-Display reagiert. Viel weniger für CRT. Aus einem subtilen Grund hat es keine Latenz von "einem Bild" (1 / 60s): Angenommen, Ihr Auge schaut in die Mitte des Bildschirms. Die CCD-Kamera liest die Bildscanzeile für die Scanlinie. Dies bedeutet, dass eine Scanlinie gelesen wird, die sofort übertragen und angezeigt wird. Das Bild, das an der Stelle, die Sie betrachten (z. B. in der Mitte), auf dem Bildschirm angezeigt wird, erscheint also nur wenige Millisekunden, nachdem die Kamera es aufgenommen hat. Die Latenz ist also sehr gering.
Natürlich wird es erst im nächsten Frame aktualisiert. Aber jedes Update ist sehr viel Echtzeit. Wenn Ihre Drohne auf einen Baumstamm zusteuert, sieht der Baum oben auf dem Bildschirm kleiner und unten größer aus, da die Drohne während des Rahmenscans näher kam.
Aus meiner Erfahrung mit FPS-Spielen ermöglicht dies eine extrem gute Kontrolle. Fügen Sie einen weiteren Frame (16 ms) hinzu und alles bricht zusammen. Keine Kopfschüsse mehr! Zielen wird unmöglich. Es fühlt sich an, als würde man Konsolen-FPS spielen.
Auch für das Steuern einer Drohne (oder das Zielen in FPS-Spielen) spielt die Bildqualität keine große Rolle. Crummy analog PAL wird gut tun. Früher, auf einem alten PC mit geringer Leistung, stellte jeder die Texturen auf die Qualität "atari 2600" ein, um mehr Bilder pro Sekunde zu erhalten, wenn hervorragende Einstellungen für die Bildqualität 30 fps ergaben. 30fps sind nur gegen einen vorhersehbaren Computergegner spielbar.
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Sie wählen dieses Protokoll, weil es universell ist, sodass Sie verschiedene Zubehörteile verschiedener Hersteller verwenden können. Sie wählen es auch, weil es einfach schneller ist und weniger Rechenleistung benötigt, um das Bild zu dekodieren. Ein dritter Grund ist, dass ein digitales Signal bei sich schnell bewegenden Objekten, bei denen Sie eine geringe Latenz benötigen, weniger zuverlässig ist.
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Ich biete den anderen einen zusätzlichen Grund (etablierte und extrem kreuzkompatible Standards, ausgereifte, erschwingliche Chipsätze mit geringem Stromverbrauch, Latenz usw.) ... einen der Signalstabilität. Ein analoges Videosignal kann ziemlich stark beeinträchtigt werden, bevor es in irgendeiner Form nicht mehr empfangen oder in einem ausreichenden Ausmaß für die Flugsteuerung (oder Überprüfung) durch einen menschlichen Beobachter verstanden werden kann. Die Farbe kann ausfallen, das Audio wird völlig bedeutungslos, der visuelle Rauschpegel kann bis zu einem Punkt ansteigen, an dem kaum ein Kontrastverhältnis von 2: 1 zwischen aussagekräftigem Signal und "Schnee" besteht, und die Synchronisation kann sehr stark gestört werden, wodurch das Bild stark beeinträchtigt wird Schwanken Sie mit jedem Rahmen auf und ab - und Seite an Seite mit jeder Linie - und solange der Träger nicht vollständig heruntergefallen ist, können Sie im Allgemeinen dennoch einen Sinn aus dem Vorschub ziehen. Es'
Während digitales Video ... nun, jeder, der Zeuge der Anfänge des digitalen OTA-Rundfunks war (oder selbst wenn Sie in einem Gebiet leben, in dem noch ein schwaches Signal vorhanden ist), kann Ihnen sagen, wie schnell das Signal nach der Stärke und Stärke völlig unbrauchbar wird Die Qualität fällt unter ein bestimmtes, nicht besonders niedriges Niveau, oft ohne große Warnung. Im Gegensatz zu der allmählichen "anmutigen" Verschlechterung des analogen Fernsehens besteht der Unterschied zwischen einem kristallklaren und perfekt beobachtbaren digitalen Signal und einem Signal, das entweder so verfälscht ist, dass es für den Betrachter überhaupt keinen Sinn ergibt (das Kodierungsschema bedeutet eine zufällige Störung) Der Bitstrom kann zu massiven, unvorhersehbaren Änderungen des decodierten Bildes führen. Nicht wirklich eine Eigenschaft, mit der Sie sich befassen müssen, wenn Sie im FPV-Modus fliegen.
Mit anderen Worten, die analoge Version gibt Ihnen zahlreiche Warnungen in Bezug auf ein allmählich verschlechtertes Signal, wenn Sie an den Rand des nutzbaren Bereichs gelangen, sodass Sie in der Zeit zurückkehren können. Ein digitaler kann in wenigen Sekunden über diese Messerkante fahren und von klar und reibungslos zu ruckartig und zerbrochen übergehen, sodass Sie in kürzerer Zeit völlig blind fliegen, als Sie auf das fehlerhafte Signal reagieren und die Drohne umdrehen können. Das analoge Signal kann von Natur aus eine niedrigere Auflösung und ein Rauschen aufweisen als das digitale, selbst zum Zeitpunkt des Starts, aber der Kompromiss kann sich als sehr lohnenswert erweisen, die absolute maximale Videoqualität zu verlieren.
Ein weiterer Teil sind Störungen durch den Motor, die Steuerelektronik und die Funkgeräte selbst. Es gibt oft sichtbare Artefakte auf dem Videosignal von den anderen elektrischen Teilen der Drohne, während sie läuft. So etwas verursacht nur visuelles Rauschen und Synchronisationsverzerrungen bei einem analogen Videosignal ... aber es kann dazu führen, dass ein digitales Signal vollständig ausfällt.
Natürlich können Sie der digitalen Version eine Menge Fehlerkorrekturcodierungen hinzufügen, um sie gegen diese beiden Probleme zu schützen. Dies reduziert jedoch die verfügbare Bandbreite für das tatsächliche Signal (wodurch die mögliche Auflösung sowie die Komprimierung eingeschränkt werden) Verhältnis und sogar Framerate) und fügt zusätzliche Latenz hinzu (bereits ein Problem auch ohne EC), da typische FEC darauf beruht, Daten über einen längeren Zeitraum über den kontinuierlichen Datenstrom zu verteilen.
Darüber hinaus stützen sich die effizientesten digitalen Video-Codecs in hohem Maße auf Interframe- / zeitliche Redundanz-, Delta-und Bewegungskompensationstechniken, um die Datenmenge, die für eine bestimmte Wahrnehmungsqualität übertragen werden muss, insbesondere für Inhalte mit geringer Bewegung, erheblich zu reduzieren Dies ist der größte Teil der meisten TV- und Videoaufzeichnungen. Diese erhöhen natürlich die Latenz im Live-Videopfad (dies ist kein Problem für die TV-Übertragung, bei der eine geringe Verzögerung akzeptiert wird, oder für gespeicherte / gestreamte Videos, bei denen die Daten vor dem Beginn der Decodierung schnell vorgepuffert werden, ist jedoch tödlich für Fernsteuerungs- / Anwesenheitsanwendungen) ... und bedeuten auch, dass High-Motion-Inhalte, die einen ziemlich großen Teil des FPV-Filmmaterials ausmachen, den Datenstrom und die Komprimierungs-Engine ungewöhnlich stark belasten.
Natürlich zeigen Videocodecs mit geringer Latenz, die für Thin Clients und Remote-Server-Gaming-Dienste verwendet werden, dass eine Komprimierung mit relativ hoher Effizienz ohne Verzögerung möglich ist, die ausreicht, um zuckende Reaktionen zu stören, aber diese gehören hauptsächlich zu einer völlig anderen elektronischen Welt. Die Datenverbindungen werden in der Regel von Ende zu Ende oder zumindest bis zu den letzten Metern mit Transceivern verkabelt, die entweder an das Stromnetz angeschlossen sind, oder mit ziemlich schweren Batterien, auf die die Maschine nicht angewiesen ist, um die Maschine durch die Luft zu transportieren . Der Decoder ist ein kleiner Teil eines größeren Teils nicht trivial leistungsfähiger Computerhardware und relevanter des Encoders(Ähnlich wie bei einem digitalen Sender vor 20 Jahren) ist besonders bullig, um das HD-Bild so schnell wie möglich aufzunehmen, zu zerkleinern und über die Netzwerkverbindung abzufeuern. Mit dem Vorteil einiger weiterer Jahre könnte es möglich sein, einen ähnlich leistungsfähigen Encoder in die leichte Steuerung mit geringem Stromverbrauch und die Video-Senderkarte einer FPV-Drohne sowie einen Datenstromsender einzubauen, der eine ausreichend hohe Bitrate aufrechterhalten kann eine bedeutungsvolle Distanz ... aber im Moment gibt es einen großen Unterschied zwischen dem, was in eine kleine Flugmaschine eingebaut werden kann, und dem, was in einem High-End-Server in einem Rechenzentrum steckt.
Derzeit ein vereinfachter SDTV-Encoder / -Sender, der ungefähr so viel Platz (und ebenso entscheidend Gewicht) wie ein Streichholz aus einem Nachtclub-Streichholzschachtel (der Kopf ist der Chip und der Stick ist die Antenne) einnimmt und kaum verbraucht Jede Leistung, die über ein paar Dutzend Milliwatt für die Übertragung selbst hinausgeht, kann eine niedrige (aber immer noch ausreichend "hohe") Auflösung, eine gleichmäßige Framerate und ein Bild ohne Latenz von dem ähnlich dinky Brenner-Telefon-Sensor liefern (beide Teile sind lächerlich billig). an das FPV-Headset oder Mobilteil mit ausreichender Wiedergabetreue, um über mehrere hundert Meter nützlich zu sein. Hier hat uns der Stand der Technik gebracht, und wenn Sie darüber nachdenken, ist es bereits ziemlich beeindruckend, ähnlich wie wenn Sie eine HD-Aufnahme mit ein paar Sekunden auf Youtube oder Twitch streamen können. ' Latenz von einem Handheld-Computer ist. Es muss nur ein wenig weiterentwickelt werden, um mithilfe der digitalen Übertragung mit entsprechend geringer Latenz und hoher Zuverlässigkeit eine bessere Bildqualität zu erzielen ...
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