又想畫質好、又要低延時?穿越無人機圖傳就這麼糾結!

先前飛哥跟大家分析過競速用的穿越無人機,與航拍無人機在設計上的區別。

這回,我們會提到穿越無人機與航拍無人機的另一個重要的分別、也許是最蛋疼的分別——圖傳。

【數字圖傳是什麼】

我們在航拍無人機上經常使用的圖傳,包括常見的 Wi-Fi 圖傳、或是大疆自己的 OcuSync 等,都屬於數字圖傳。

數字圖傳,就是把畫面轉為 00111001 等數字信號,然後無線電波將這些數字化的信號傳到你的遙控。

又想畫質好、又要低延時?穿越無人機圖傳就這麼糾結!

想象一下,這就像一公里外有一場露天音樂會,你找了一個朋友到現場,用手機錄製(信號編碼)成音頻檔案(數字信號),開車送到你面前(無線信號),然後把音頻檔案放入你的手機(信號解碼),再播放給你聽(上圖)。

只要手機沒問題,無論遇上交通擁擠或天氣變化,手機所錄製的音頻仍然是一樣的。

同樣地,數字圖傳的最大好處,就是最大可能排除干擾對畫質的影響。通過各種濾波器與校驗方式,遙控器端所收到的畫面,能與無人機相機通過無線傳輸出來的畫面幾乎相同。航拍攝影師由於經常實時監控無人機的拍攝質量,控制進光量和拍攝角度,故此,數字圖傳對於重視拍攝質量的航拍無人機來說十分重要。

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但是,數字圖傳的缺點是會有明顯的延時,當無人機遇上干擾時,甚至會出現嚴重卡頓的現像(上圖),根本不可能實時地把影像傳送到無人機操作者那兒,嚴重影響操作的精準度。

【數字圖傳與延遲】

原因是什麼?飛哥上次給大家科普視頻的“碼率”概念的時候,就曾提到兩個重要概念:

  • 視頻數據量之大,遠超我們想像。
  • 拍攝視頻的關鍵,是恰到好處地壓縮數據量

事實上,我們的視頻(包括實時圖傳的視頻)都必須壓縮至帶寬容許的大小,才能傳送和儲存。所以包括無人機圖傳在內的任何視頻,都必須先經過編碼/解碼等程序,才能傳送播放。

這個編碼、解碼到播放的時間,大約為 200 毫秒/0.2 秒。對,雖然只是一瞬,但畫面延遲的程度,仍然是人類可感知的範圍之內。

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在無人機上使用無線傳輸,帶寬比起有線傳輸更窄,而且傳輸距離更遠,所以延時更為明顯。無人機的圖傳為了節省帶寬,必須把視頻的數據量進一步壓縮;但飛行距離愈遠、或是環境干擾愈複雜,無人機圖傳在編碼/解碼上的壓力愈大,使延時成為無人機的數字圖傳的巨大挑戰(圖上)。

【模擬圖傳是什麼?】

雖然數字圖傳會有延時,但 200 毫秒左右的滯後時間,對於相對靜態的航拍畫面來說,還是在接受範圍之內。對於決勝於毫釐之間的競速用穿越無人機來說,200 毫秒就十分致命了。

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要知道穿越無人機很多是以每小時 100 公里的速度飛行,即每秒速度達 27.78 米。數字圖傳約 0.2 秒的延時,會讓實際環境和圖傳畫質有大約 5.5 米的差距。假設你從圖傳畫面見到還有差 5.5 米才到彎,下一刻你的飛機可能已經炸在牆角了。

所以穿越無人機的玩家,很多都非要用模擬圖傳不可。

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模擬圖傳是什麼?是相機拍攝的圖像信息,會被"模擬"成幾乎一模一樣的波動電信號,經過調製後再通過無線電波傳送。模擬圖傳不需要任何編/解碼的過程(上圖),所以就能直接把信號以最直接的方式傳遞,故此能把圖傳的延遲降至最低,

一般低達 50 毫秒(0.05 秒)。

而且,無論環境干擾有多嚴重,模擬圖傳的延時仍然不會變大,畫面一樣不會卡頓--只要你能接受畫質劣化,在嚴重的干擾下仍然能實時而可靠地飛行。

我們又可以想像一下:如果說數字圖傳是你找了一個朋友,到一公里外的一場演唱會現場聽了歌曲(相機視頻),然後朋友開車回來(無線信號),再直接唱一次給你聽(模擬信號)。

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由於你的朋友不再需要找個手機進行“編碼”錄製,也不需要把音頻檔案輸入你的手機再“解碼”播放,他只需憑記憶就翻唱一次,所以最快、最直接(上圖)。

【模擬圖傳與失真】

這種“翻唱”的模擬方式,雖然很直接和快速,但一樣有它的弱點:即使你的朋友歌喉與原唱者一模一樣,但當他回來的途中,可能因為環境太吵而聽錯歌詞、或是回來途中被汽車音樂干擾,搞錯了旋律,就很容易導致整首歌走了調。

又想畫質好、又要低延時?穿越無人機圖傳就這麼糾結!

簡言之,模擬圖傳雖然沒有數字圖傳的延遲問題,但會有畫質失真的問題。只要模擬信號略為受到干擾,畫質就會劣化。以上圖為例,這是迪拜穿越無人機大賽的實時圖傳,即使選手們都在這種世界級賽事裡,用上最好的模擬圖傳設備,而且穿越機飛行的距離也不太遠,但我們仍然明顯見到畫面閃爍不定,一個不留神就炸機了。

又想畫質好、又要低延時?穿越無人機圖傳就這麼糾結!

如果把模擬圖傳用在長距離的航拍上?情況可能更為明顯。當飛行距離增加,遇上信號功率衰減、以及各種干擾後,圖傳畫面難免滿布雪花和鬼影,幾乎完全不能看(上圖)。

其實,模擬圖傳本來就屬於舊式的技術,本來只是舊款電視廣播年代的產物。在無人機剛興起之時,當時數字圖傳技術還未成熟,大疆的 Phantom 1 和 Phantom 2 只能採用模擬圖傳技術,對於航拍攝影師來說極為不便。後來大疆在 Phantom 3 開始改用 Lightbridge 數字圖傳,才開始了無人機的數字圖傳時代。

【世上有沒有完美的圖傳?】

數字圖傳技術目前還未能克服延時的問題,穿越機用戶必須忍受渣一樣的圖傳畫質;但模擬圖傳的畫質經常受干擾,會嚴重影響參賽者的判斷,一樣也會炸機。

短期而言,穿越機仍然要倚賴舊式的模擬圖傳;但長期來說,用戶還是想要低延時的數字圖傳。

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事實上,近年不少廠家都在致力發展低延時的數字圖傳技術,例如以色列的

Amimon 公司,開發出一臺“零延時、無壓縮的 CONNEX ProSight 數字圖傳技術(上圖)。無人機龍頭大疆,也在去年推出了針對穿越機市場、搭載了 OcuSync 數字圖傳技術的 DJI 飛行眼鏡競速版,最低延時也低至 50 毫秒。

又想畫質好、又要低延時?穿越無人機圖傳就這麼糾結!

就讓我們期待一下,未來能通過清晰的圖傳畫面,享受穿越機極速的穿梭樂趣。


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