Все чаще вы можете увидеть различные FPV компоненты, которые работают в цифровом формате, к ним относятся конечно же комплекты камер с видеопередатчиком или просто видеопередатчики. В статье расскажем об отличии аналогового сигнала от цифрового, как эти форматы работают и что лучше.
Что такое цифровое FPV и аналоговое, их отличие
Существует одно основное различие между цифровыми FPV-сигналами и аналоговыми сигналами. Аналоговые сигналы непрерывны, а цифровые дискретны. Непрерывные сигналы могут принимать любое значение в пределах заданного диапазона, а дискретные сигналы могут принимать только заданное количество значений.
Под сигналом подразумевается сигнал принимаемый экраном вашего FPV шлема или очками, а не передаваемый сигнал. Это важно, потому что цифровые и аналоговые сигналы передаются по воздуху только в аналоговом формате. Для цифровых FPV-систем это называется цифровой модуляцией. Цифровая модуляция-это когда аналоговый радиочастотный сигнал модулируется цифровыми данными.
Цифровой сигнал FPV сильно отличается от аналогового сигнала. Он в своей основе посылает аналогичную информацию, только другим способом. Цифровой сигнал принимает информацию от камеры, аналогового устройства, и кодирует ее в цифровой формат. Он должен сначала его декодировать в стандартный формат отображения, но, например, аналоговый сигнал не нуждается в декодировании, поскольку уже находится в стандартном формате PAL или NTSC. Популярными цифровыми форматами все еще считаются JPG или GIF для сжатых изображений и AVI или MP4 для сжатого видео.
У каждой системы есть свои преимущества и недостатки, об этом ниже.
Качество изображения
Почему цифровые FPV-системы стали такими популярными? Дело в качестве изображения, в цифре оно значительно лучше, при этом еще есть потенциал куда стремиться. Такое видео выглядит гораздо более четким, в то время как у аналогового оно замылено и там нет четких границ объектов, нет резкости. Преимущество здесь большое, ведь пилот сможет более качественно погружаться в полет и самое главное — будет видеть мелкие ветки и прочие такие препятствия во время полета.
Качество аналогового изображения
Картинка аналогового изображения формируется непрерывно по линиям, сверху вниз и тут же пропадает. Делается это все так быстро, что вы не будете замечать мерцания и ваш глаз будет видеть картинку полностью. Из-за непрерывности сигнала и формирования линий, отдельные сегменты полоски могут «смешиваться» с сегментами этой же линии. Например, этот пиксель образно должен быть черного цвета, а соседний пиксель должен быть уже белого цвета, но из-за физики работы аналогового сигнала, формирующаяся полоска не сможет четко разграничить пиксели и цвета наедут друг на друга, а если быть точнее, то переход будет плавно-переходящим, а не четким как у цифрового сигнала.
Читайте также: Курсовая FPV камера, что это и зачем она нужна, как выбрать. TVL камеры (полоски)
Получается, что аналоговый сигнал усредняет цвета в переходах, давая нам ту самую замыленную и не четкую картинку. Если вы распечатаете диаграмму для фокусировки камеры и направите на нее объектив FPV-камеры, то заметите, что в местах, где черный переходит в белый (границы) или наоборот — цвет будет серым. Такое есть и у цифрового сигнала, но он почти не выражен.
Качество цифрового изображения
В отличие от аналоговой картинки, цифровая FPV-система присваивает каждому пикселю его цвет, контрастность и яркость, а не сливает полосой единое изображение. Именно поэтому картинка такая резкая и качественная. За это как раз таки отвечает дискретность.
Разницу можно посмотреть на этом видео:
Разрешение
Аналоговое видео в формате PAL или NTSC фиксируется с максимальным разрешением 720×576 пикселей при 25 FPS или 720×480 FPS соответственно. Цифровые системы сейчас продаются тоже с разрешением по ширине в 720 пикселей, но частотой кадров в секунду от 60 до 120.
Читайте также: Сравнение Caddx VISTA HD и DJI FPV Air Unit
Сжатие и пропускная способность
Как вы уже знаете, цифровая FPV-система передает качественную картинку, но из-за этого получается одна проблема — сжатие и пропускная способность.
Полоса пропускания — это выбранный частотный диапазон для передачи данных системой FPV. Теорема Шеннона-Хартли утверждает, что определенное количество информации может быть передано по заданной полосе пропускания в присутствии шума. Увеличение пропускной способности увеличивает количество информации, которая может быть передана в течение заданного времени. Стандартные аналоговые FPV-сигналы имеют максимальную полосу пропускания выделенного канала 20 МГц, поскольку они передают до 10 МГц выше и ниже своей установленной частоты.
Чтобы не создавать помехи другим пилотам с аналоговой системой, выбирать каналы нужно так, чтобы сверху и снизу от выбранной вами полосы было по 20 МГц свободной частоты.
В случае цифровых FPV-систем количество используемой полосы пропускания существенно определяет качество изображения и задержку. При использовании низкой полосы пропускания цифровая FPV-система может либо отправить задержанный канал высокой четкости, либо снизить качество видео, чтобы уменьшить задержку. Качество видео может быть снижено путем снижения разрешения или сжатия изображения.
Сжатие видео довольно интенсивное для выполнения в режиме реального времени, поэтому существующие цифровые FPV-системы не могут соответствовать задержке аналоговых систем.
Типичный алгоритм сжатия видео не сжимает по 1 кадру, а ждет 8 или более кадров, прежде чем начать процесс сжатия, отсюда и появляется повышенная задержка
Сжатие цифрового видео снижает резкость и общее качество видео. Если бы цифровая FPV-система, отображающая изображения в виде кадров, была вынуждена использовать полосу пропускания 20 МГц (такую же, как и аналоговая система), передача 25 кадров в секунду потребовала бы сжатия каждого кадра до размера около 100 кб (это было обратной стороной расчета огибающей для типичной шумной радиочастотной среды, которая наблюдается в гонках дронов). Результатом этого является потеря детализации из-за сжатия, как показано на изображении ниже:
Цифровые системы требуют большой полосы пропускания для оптимальной работы и такой новатор, как DJI, внедрили прыгающую перестройку частоты в свои цифровые FPV-системы. Это позволяет их передатчикам переключаться на неиспользуемые частоты, чтобы максимизировать доступную полосу пропускания. Также работает и ваш Wi-Fi дома.
Что нам ждать?
Ждать нам решения вопроса с пропускной способностью, чтобы цифровые FPV-системы могли передавать картинку с еще более высоким разрешением и меньшей задержкой. Это позволит летать одновременной на цифре большому количеству пилотов. Более высокие частоты в диапазоне 10-15 ГГц были бы тем, что нужно, так как у них хорошая пропускная способность: если мы возьмем диапазон частот 150 МГц, то полоса пропускания в 10 МГц выглядит достаточно большой, в отличие от диапазона 150ГГц, где 10 МГц это уже мелочь. Есть и обратная сторона — чем выше частота, тем меньшее ее проникающая способность через плотные объекты. Именно поэтому TBS CrossFire работает на частоте 915 МГц вместо стандартных 2.4 ГГц и может «пробивать» на много километров вдаль.
Что происходит при плохом сигнале?
Преимущество аналогового сигнала в том, что видео не будет пропадать и теряться, когда на экране будет много шумов. С системами Rapidfire и Clearview видео будет передаваться даже тогда, когда на экране будут почти одни шумы (шумы до 90%):
С цифровым сигналом все обстоит иначе. Так как используется алгоритм сжатия из нескольких кадров, могут пропадать целые кадры или сегменты кадров:
Заключение
Если вы любите гонять на гоночном квадрокоптера, то вам определенно еще нужно оставаться на аналоговой FPV-системе из-за минимальных задержек и пропадания фрагментов в кадре. Если вам больше нравится фристайлить и просто летать, то выбор очевиден и это цифровая FPV-система. В минусы цифры можно записать:
- Цену, она значительно выше, чем за аналоговое оборудование;
- Задержку, она еще немного выше, чем с аналоговыми системами;
- Потерю кадров.
