通过原始 WiFi 无线电进行远距离视频流和遥测

本页介绍了如何设置带有摄像头（罗技 C920 或 RaspberryPi 摄像头）的配套计算机，以便将视频流从无人飞行器传输到地面计算机，并显示在屏幕上。 QGroundControl.该机制还提供双向遥测链路（即类似 SiK 无线电）。这种设置在非连接（广播）模式下使用 WiFi，而软件来自于 Wifibroadcast 项目 (打开新窗口）.

备注

使用前 Wifibroadcast 检查监管机构是否允许在您的国家使用这种 WiFi。

Wifibroadcast 概览

Wifibroadcast 项目 提供视频和遥测传输，使用低级 WiFi 数据包，以避免普通 IEEE 802.11 协议栈的距离和延迟限制。

的高水平效益 Wifibroadcast 包括

• 1:1 映射 RTP 到 IEEE 802.11 数据包，以缩短延迟（不会序列化为字节蒸汽）。
• 智能 FEC 支持（如果 FEC 管道无间隙，则立即向视频解码器发送数据包）。
• 双向 MAVLink 遥测技术 (打开新窗口）.可用于 MAVLink 上/下行和视频下行链路。
• 自动 TX 分集（根据 RX RSSI 选择 TX 卡）。
• 流加密和验证 (解钠 (打开新窗口）).
• 分布式运行。它可以从不同主机上的卡收集数据。因此，你不会受限于单一 USB 总线的带宽。
• 聚合 MAVLink 数据包。不会为每个 MAVLink 数据包发送 WiFi 数据包。
• 增强型 OSD (打开新窗口） 用于 Raspberry PI（在 PI Zero 上占用 10% 的 CPU）。
• 兼容任何屏幕分辨率。支持 PAL 到 HD 缩放的宽高比校正。

更多信息见 常见问题 下图

硬件设置

硬件设置由以下部分组成：

在 TX（无人机）一侧：

• NanoPI NEO2 (打开新窗口） (和/或 Raspberry Pi（如果使用 Pi 摄像头）。
• 罗技摄像头 C920 (打开新窗口） 或 Raspberry Pi 摄像头 (打开新窗口）.
• WiFi 模块 alpha awus036ach (打开新窗口）.

在 RX（地面站侧）：

• 任何装有 Linux 的计算机（在 Fedora 25 x86-64 上测试）。
• WiFi 模块 alpha awus036ach (打开新窗口）.湖泊 wifibroadcast wiki > WiFi 硬件 (打开新窗口） 了解有关支持模块的更多信息。

如果您不需要大功率卡，您可以使用任何带有 rtl8812au 芯片组。

硬件改造

Alpha AWUS036ACH 是一款高功率板卡，在传输时会消耗过多电流。如果用 USB 给它供电，大多数 ARM 板的端口都会重置。因此，它必须以两种方式之一直接连接到 5V BEC：

1. 定制 USB 电缆 (剪切 +5V 将 USB 插头上的导线连接至 BEC (打开新窗口）
2. 剪一个 +5V 在靠近 USB 端口的 PCB 上接线，然后将其连接到 BEC（如果有疑问，请勿这样做，而应使用定制电缆）。此外，我建议在电源和地线之间添加 470uF 的低 ESR 电容器（如 ESC 的电容器），以过滤电压尖峰。注意 接地回路 (打开新窗口） 当使用多条接地线时。

软件设置

设置（Linux）开发计算机：

1. 安装 libpcap 和 解钠 开发库并安装 python2.7 + python-twisted 打包。
2. 下载 wifibroadcast 信号源 (打开新窗口）.
3. 参见 设置 HOWTO (打开新窗口） 如何构建 debian、rpm 或 tar.gz 软件包并进行配置。

无人机设置

1. 设置摄像机输出 RTP 流：

   a.罗技摄像头 C920：

   gst-launch-1.0 uvch264src device=/dev/video0 initial-bitrate=4000000 average-bitrate=4000000 iframe-period=3000 name=src auto-start=true \ src.vidsrc ! queue ! video/x-h264,width=1280,height=720,framerate=30/1 ! h264parse ! rtph264pay ! udpsink host=localhost port=5602
   

   b.RaspberryPi 摄像头：

   raspivid --nopreview --awb auto -ih -t 0 -w 1280 -h 720 -fps 49 -b 4000000 -g 147 -pf high -o - | gst-launch-1.0 fdsrc ! h264parse ! rtph264pay ! udpsink host=127.0.0.1 port=5602
   

2. 按照以下步骤为无人机配置 WFB 设置 HOWTO (打开新窗口）

3. 配置自动驾驶仪（px4 堆栈），以 1500kbps 输出遥测数据流（其他 UART 速度与 NEO2 分频器不匹配）。设置 mavlink-router (打开新窗口） 将 MAVLink 数据包路由到/从 WFB：

   [UdpEndpoint wifibroadcast] 模式 = 正常 地址 = 127.0.0.1 端口 = 14550
   

地面站设置

1. 运行 QGroundControl 或使用以下命令解码视频：

   gst-launch-1.0 udpsrc port=5600 caps='application/x-rtp, media=(string)video, clock-rate=(int)90000, encoding-name=(string)H264' \ ! rtph264depay ! avdec_h264 ! clockoverlay valignment=bottom ! autovideosink fps-update-interval=1000 sync=false
   

2. 按照以下步骤为地面站配置 WFB 设置 HOWTO (打开新窗口）.

调整参数无线电设置

在默认设置下，WFB 使用无线电信道 165（5825 MHz），宽度为 20MHz，MCS #1（QPSK 1/2）和长 GI。这可提供 ~7 mbit/s 的 有效 速度（即经过 FEC 和数据包编码后的可用速度）为 双向 总之，因为 WiFi 是半双工的。因此，它适用于 720p@49fps （4 mbit/s）视频下行流 + 两个全速遥测流（上行和下行）。如果您需要更高的带宽，可以使用其他 MCS 指数（例如 2 或更高）和/或 40MHz 信道。

天线和分集

在简单的情况下，您可以使用线性全向天线（与 WIFI 卡捆绑在一起）或环形天线（与 WIFI 卡捆绑在一起）。圆极化盖叶天线 (打开新窗口）极化）。如果要建立长距离链接，可以使用多个带有定向和全向天线的无线适配器。开箱即支持多个适配器的 TX/RX 分集（只需添加多个网卡到 /etc/default/wifibroadcast).如果 WiFi 适配器有两根天线（如 Alfa AWU036ACH），TX 分集可通过以下方式实现 STBC (打开新窗口）.目前不支持带 4 个端口的板卡（如 Alfa AWUS1900）进行 TX 分集（只支持 RX）。

常见问题

Q: 与原来的 wifibroadcast 有什么不同？

A: 最初版本的 wifibroadcast 使用字节流作为输入，并将其分割为固定大小（默认为 1024）的数据包。在这种方案下，如果无线电数据包丢失（FEC 无法纠正这种情况），结果就是数据流中出现随机/意外的漏洞。如果数据协议无法抵御这种随机擦除，这种情况就会特别糟糕。

新版本改写为使用 UDP 作为数据源，并将一个 UDP 源数据包打包成一个无线电数据包。无线电数据包的大小现在可变，取决于有效载荷的大小。这大大减少了视频延迟。

Q: 使用 wifibroadcast 可以传输什么类型的数据？

A: 数据包大小为 1466 的任何 UDP。例如 RTP 或 MAVLink 内的 x264。

Q: 什么是传输保证？

A: Wifibrodcast 使用 FEC（前向纠错），默认设置下可从 12 个数据包块中恢复 4 个丢失的数据包。您可以根据自己的需要进行调整（TX 和 RX 同时进行！）。

注意 不要使用遥控发射机工作的波段！或正确设置 RTL 以避免模型丢失：

Q: 只支持 Raspberry PI 吗？

A: Wifibroadcast 与任何 GPU 都无关 - 它使用 UDP 数据包。但要获得 RTP 流，您需要一个视频编码器（将摄像机的原始数据编码为 x264 流）。在我的例子中，RPI 仅用于视频编码（因为 RPI Zero 太慢，无法做其他事情），所有其他任务（包括 Wifibroadcast）都由其他板卡（NanoPI NEO2）完成。

理论

Wifibroadcast 使 WiFi 卡进入监控模式。该模式允许发送和接收任意数据包，无需关联和等待 ACK 数据包。 监控模式下 IEEE 802.11 硬件的注入能力和媒体访问分析 (打开新窗口） 802.11 时序 (打开新窗口）

UAV 建议使用哪些 ARM 板？

董事会	优点	缺点
Raspberry Pi Zero (打开新窗口）	- 庞大的社区 - 摄像头支持 - 采用 OMX API 的硬件视频编码器/解码器。	- 在美国以外很难买到（运费 >> 其价格） - CPU 运行速度慢 - 只有一条 USB 总线 - 512MB SDRAM
Odroid C0 (打开新窗口）	- 快速 CPU - EMMC - 1GB SDRAM	- 对无线电干扰非常敏感 - 主线内核不支持 - 高成本 - 硬件视频编码器损坏 - 印刷电路板质量差（太薄，接地引脚没有 热溢流 (打开新窗口）)
NanoPI NEO2 (打开新窗口）	- ARM 64 位 CPU - 非常便宜 - 由主线内核支持 - 3 条独立的 USB 总线 - 1Gbps 以太网端口 - 3 个 UART - 外形非常小巧 - 抗无线电干扰	- 小型社区 - 512MB SDRAM - 无摄像头接口

本文选择使用 Pi Zero 作为相机板（视频编码），NEO2 作为无人机主板（wifibroadcast、MAVLink 遥测等）。

TODO

1. 制作预制图像。欢迎拉取请求。
2. 使用不同的卡/天线进行飞行测试。