DJI FPV System. Разбор мифов.

В этой статье я хочу подробно рассмотреть качество изображения, передаваемое цифровой системой DJI FPV, сравнить насколько цифра превосходит аналог, почему она работает лучше в условиях непрямой видимости, а так же разобрать ряд популярных мифов об этой системе и все-таки попытаться найти в ней некоторые недостатки.

Содержание статьи:
МИФ 1. Разрешение передачи видео DJI FPV не 720р, а ниже.
МИФ 2. Качественная аналоговая система не сильно уступает цифровой.
МИФ 3. Цифровая система в сложных условиях работает так же как и аналоговая.
МИФ 4. Из-за высокой задержки DJI FPV непригодна для гоночных квадрокоптеров.
МИФ 5. Стоимость DJI FPV System слишком высокая для массового использования и доступна лишь энтузиастам.

МИФ 1. Разрешение передачи видео DJI FPV меньше 720р

Первое, что мы рассмотрим, это миф о том, что картинка в DJI FPV System размытая, потому что она передается не в HD разрешении 720p, а в более низком около 480p разрешении и лишь растягивается в очках до HD. Можно убедится что это не так, посмотрев на разрешение видеофайла записанного очками, оно там будет именно 720р. Но многие могут возразить, что очки DJI и при записи увеличивают разрешение картинки с более низкого до HD. Это легко проверить. Воздушный юнит конвертирует оригинальный FullHD поток с камеры в поток с более низким разрешением для передачи его по воздуху. Если сконвертировать файл с оригинальным FullHD разрешением не в 720р а ниже, например до разрешения 480р и искусственно повысить разрешение полученного файла до 720р симулируя масштабирование изображения, то можно увидеть, что изображение на сконвертированном видео более мутное, чем на оригинальном и оно размыто по всей площади кадра.

Думаю нет сомнений утверждать, что передаваемое изображение в этой цифровой системе имеет именно HD разрешение 720p.

Но всё-таки некоторое размытие есть и на оригинальной записи и соответственно в очках.
Перед вами кадр из DVR-записи, где расстояние полета не превышает сотни метров и на видео мы имеем максимальный битрейт. На нем видно области размытого изображения, но наряду с ними мы есть и более четкие области.

Область теней на следующем кадре более размыта чем освещенная область.

Это размытие возникло из-за того, что скорости потока данных не хватило одинаково точно закодировать все участки изображения, и кодек решил пожертвовать несущественными с его точки зрения частями кадра. Попросту говоря, всему виной низкий битрейт. Даже 25 мегабит не всегда хватает точно закодировать весь кадр, особенно если вы летаете в солнечную погоду на контрастный местности. Именно из-за нехватки битрейта и как следствие локальных размытий в кадре компания DJI анонсировала режим работы 50 мегабит в следующей .06 прошивке, так что этот недостаток скорее всего будет исправлен и картинка станет идеальной. Многие скажут, что 25 мегабит достаточно высокий битрейт для кодирования 720p видео, например на том же YouTube для кодирования Full HD видео современным кодеком H.265 используются поток со скоростью 15 мегабит. Почему же не хватает 25 мегабит системе DJI FPV? Тут я не могу дать точный ответ, но могу предположить, что при передаче видео используется другой, более быстрый кодек с меньшей степенью сжатия, поэтому он позволяет быстрее кодировать и декодировать поток, что важно для низкой задержки, но и требует более высокую скорость потока.

МИФ 2. Качественная аналоговая система не сильно уступает цифровой

Ну а теперь, когда мы выяснили реальное разрешение изображения передаваемое FPV системой от DJI самое время рассмотреть миф о том, что аналоговая система лишь немногим уступает в картинке DJI FPV. Как нам объективно сравнить качество изображения? Я думаю из-за большого разнообразия очков и шлемов которые вносят свои коррективы в восприятие картинки, уместнее всего воспользоваться сравнением записи DVR. При сравнении сразу можно обратить внимание на меньший цветовой охват у аналогового изображения.

Это связано с использованием цветовой модели YUV в системе PAL, которая строится с применением яркостного компонента сигнала. В результате, мы получаем более низкий динамический диапазон, которого достаточно только для электронно-лучевой трубки. Конечно, частично эту проблему сейчас решают современные камеры с технологией WDR, а также применение OLED-экранов в топовых FPV очках.

Но все равно картинка по качеству не дотягивает до цифрового изображения, которое построено на более подходящей цветовой модели RGB с 24-битной глубиной цвета. Такое изображение в полной мере реализует весь потенциал обычных жидкокристаллических матриц и ему не требуются так называемые “костыли” в виде OLED-дисплеев для повышения динамического диапазона изображения. Это как раз и ответ на вопрос, почему DJI не использовала OLED-дисплеи в своих очках.

С цветом разобрались, теперь давайте посмотрим на разрешение и определим, насколько аналог и цифра различаются по четкости. Во многих обзорах при сравнении DJI FPV с аналогом видеозаписи подгоняют к одинаковому размеру и уменьшают, чтобы они полностью помещались на экране. При таком размере, видео DJI FPV действительно мало чем отличается от аналога, потому что разрешение у цифры сильно уменьшается. Мы же сравним четкость видео в реальных размерах записанного изображения относительно друг друга. Аналоговое изображение в системе PAL имеет разрешение 576 строк по вертикали. И действительно, на рисунке видно, что по высоте аналоговое изображение лишь немного уступает изображению DJI FPV с ее 720 строками.

Но при увеличении заметно, что один и тот же участок кадра в цифровой системе выглядит намного четче чем в аналоге.

Это связано с тем, что в аналоговых системах применяется чересстрочная развёртка изображения

А это значит, что на самом деле мы видим не 576 строк, а всего 288 строк одиночного кадра, что в 2,5 раза меньше чем HD картинка.

Именно это и объясняет то, что при детальном сравнении картинка в аналоговой системе сильно проигрывает цифровой не только по цветопередаче, но и по четкости. Кроме этого стоит обратить внимание на сам размер кадра. У DJI FPV он широкоформатный, а значит имеет на 30% большую площадь, чем кадр в системе PAL с соотношением сторон 4 к 3.

Таким образом если посчитать разрешение, у HD будет 1280*720=921600 пикселей, а у “аналога” 360*288=103680 пикселей, то есть мы получаем почти в 9 раз более четкую картинку в DJI FPV System. Поэтому говорить о том, что аналоговая система по качеству картинки немного уступает цифровой в корне неверно.

МИФ 3. Цифровая система в сложных условиях работает так же как и аналоговая

Итак, мы узнали, что по цветовому охвату и разрешению цифровое HD изображение превосходит аналоговое почти в 9 раз. Но вернемся снова к передаче видео. Следующий вопрос, который мы рассмотрим это помехоустойчивость в условиях непрямой видимости. Я решил провести небольшой тест который в итоге вышел не совсем корректный, но общую картину можно увидеть. Мы взяли два квадрокоптера один с аналоговой FPV системой, а другой системой DJI FPV. В аналоговой системе установлен видеопередатчик Tramp от Immersion RC. К нему подключена дипольная антенна, что позволяет нам рассчитывать на более горизонтальную диаграмму направленности, чем у клевера, который имеет всенаправленную диаграмму. Коэффициент усиления у диполя несколько ниже, но мы компенсируем это более высокой мощностью передатчика и направленной антенной на приемнике. Приемник у нас Ахилесс с клевером и патчем SpiroNet от Immersion. Антенны для цифровой системы штатные клеверы. Мощность аналогового передатчика установлена на 600 мВт, а мощность DJI FPV на 500. Я взял два квадрокоптера в машину и поехал по дороге за деревья, чтобы создать условия непрямой видимости. Так как автомобиль сильно снижает силу сигнала я периодически выходил из машины и направлял квадрокоптеры в сторону очков.

Тест проводился в режиме High Quality, поэтому задержка на 10 милисекунд выше обычного. В машине на аналоговом изображении появились жирные полоски. Это помехи от цифрового передатчика.

На небольшом расстоянии и наличии прямой видимости цифровая система передавала идеальную картинку, аналог также пока не отставал и хорошо передавал изображение почти без помех.

Дальше, после того как машина снова поехала, изображение у аналоговой системы резко пропало.
Именно это я и отношу к недостаткам данного теста, надо было все-таки идти пешком. Потом и у цифровой системы серьезно упал битрейт, тоже из-за нахождения в движущемся автомобиле, а также из-за некоторого влияния аналогового передатчика.

После того как я заехал за поворот и прямая видимость полностью пропала FPV система DJI снизила битрейт до 1 мегабита и иногда задержка повышалась выше 50 миллисекунд. Аналоговое изображение полностью отсутствовало. Обе системы находились в нереально жесткой ситуации. Но даже в таких некорректных условиях картинка у DJI была и она даже летабельна. После того как я вышел из машины на участке где небыло прямой видимости видео в FPV System пришло в норму и по битрейту и по задержке. Расстояние было около 250 метров. У аналоговой системы я старался держать дипольную антенну вертикально, но все равно на экране был один белый шум и лишь изредка проявлялась картинка.

Почему же цифра пробивает лучше аналога, ведь радиоволны там одни и те же и в том же диапазоне частот. Даже антенны взаимозаменяемы. Если объяснять поверхностно, то всё дело здесь в двухстороннем протоколе связи HDL с многократной коррекцией ошибок. Если аналоговая система в любых условиях технически работает одинаково, то цифровая система постоянно подстраивается под разные условия работы. Очки всегда отправляют на воздушный юнит подтверждение о получении каждого кадра. Таким образом, юнит знает, что показали очки, а что еще нет. При сильной потери пакетов, он может снизить битрейт видео чтобы уменьшить поточную нагрузку на канал связи или увеличить задержку, если очки часто запрашивают повторную передачу кадра. То есть система делает всё, чтобы максимально улучшить качество связи и держать ее до последнего.

Конечно, в хороших условиях, на прямой видимости аналог будет работать дальше, потому что двухсторонняя связь и коррекция ошибок здесь избыточна. Но появление пригодных цифровых протоколов дальнего действия лишь вопрос времени. Например хороший задел сейчас у проекта OpenHD. Ну а у DJI FPV System дальность ограничена в 6.5 километров из-за особенностей реализации протокола HDL.

МИФ 4. Из-за высокой задержки DJI FPV непригодна для гоночных квадрокоптеров

Надеюсь я достаточно подробно объяснил все тонкости работы цифровой системы DJI FPV и наглядно показал её реальное превосходство над аналоговой. В части основного функционала системы – приема и передачи HD FPV видео, осталось лишь подробно рассмотреть вопрос задержки, потому что среди многих пользователей аналоговых систем, распространен миф о том, что задержка видео здесь настолько высокая, что делает полет по FPV на гоночном дроне совершенно непригодным. Объективно измерить и сравнить реальные задержки аналога и цифры я к сожалению не могу, потому что у меня нет подходящего оборудования. Но можно обратится к теории, а также практике профессиональных пилотов и работу системы в “боевых условиях”.
По техническим характеристикам задержка в режиме Low Latency у DJI FPV составляет в среднем 27 миллисекунд и сопоставима с большинством аналоговых камер. Например, популярные Runcam Eagle 2 или Foxeer Arrow 2 обладают задержкой в те же 25-30 миллисекунд. Конечно, есть камеры с более низкой задержкой, но в целом иметь задержку камеры ниже 20 миллисекунд на аналоге не имеет смысла, потому что за секунду чересстрочной развертки в системе PAL, меняется не более 50 кадров и новый полукадр будет появляться не чаще чем раз в 20 миллисекунд.
Лучше обратить внимание на задержку управления, ведь необдуманное включение 16 каналов вместо 8 на протоколе ACCST от FrSky увеличит задержку по управлению дополнительно с 9 до 18 миллисекунд, то есть почти на 10 миллисекунд. И большинство пилотов этого даже не заметит. Я говорю о среднестатистических пользователях, которые намерены просто получить удовольствие от полета. Хотя даже профи из команды Rotor Riot летая на DJI FPV показывает результат незначительно хуже, чем на аналоговой системе (разница в пролете круга от 0.5 до 2.5 секунд).

Видимо эти 5-7 миллисекунд задержки все таки дают о себе знать. В соревнованиях ведь как известно каждая доля секунды на счету, поэтому тут выбор очевиден. Однако, если вы не летаете как профессионал, то вопрос задержки вас волновать не должен, вы ее просто не заметите. А иногда даже профи придется выбирать между цифрой и аналогом в случаях, когда качество видео будет иметь решающее значение в скорости распознавания препятствий.

МИФ 5. Стоимость DJI FPV System слишком высокая для массового использования и доступна лишь энтузиастам

Изначально, я не хотел рассматривать вопрос стоимости в статье про качество видео, но он настолько актуален, что все таки требует внимания. Один из последних аргументов против DJI FPV это ее высокая стоимость относительно аналоговой системы. Давайте посчитаем и сравним. Стоимость системы DJI FPV в комплекте с одним воздушным юнитом 620$. Дорого? Конечно. Но теперь попробуем собрать топовую аналоговую систему с FullHD рекордером. Очки Fatshark HDO2 - 550$, приемник Immersion Rapidfire - 150$, передатчик TBS Unify Pro - 50$, комплект антенн Immersion Spironet - 40$, камера формата split - 60$. Общая стоимость примерно 850$. Значительно дороже системы DJI FPV. Даже если мы сэкономим на приемнике, антеннах или возьмем другую камеру и очки предыдущего поколения, общая стоимость будет сравнима с DJI FPV.

И что мы в итоге получаем за эти деньги? Существенно менее четкое изображение с помехами, плохой работой в условиях непрямой видимости и очень маленьким преимуществом в части задержки видеосигнала. Конечно многие скажут, что покупка системы DJI FPV будет выгодна только тем, кто покупает ее с нуля, а для тех кто уже имеет некоторое аналоговое оборудование выгоднее продолжать покупать аналог. На самом деле это верно только для пользователей, недавно купивших топовую аналоговую систему, а владельцам бюджетных компонентов желающих приобрести что-то более качественное, выгоднее их продать и частично перейти на цифру, ведь поддержка аналога там есть.
Теперь о крашах. Ведь дорого разбивать воздушный юнит стоимостью 130$. На самом деле камера и видео передатчик хорошо защищены алюминиевым корпусом. Поэтому при использовании подходящей для них рамы, максимум что вам грозит это разрушение линзы на камере или разрыв шлейфа. И то и другое стоит не дороже, чем у аналоговых камер. Даже в случае очень неудачного краша и полного выхода из строя камеры, она отдельно продается по цене около 60$. Передатчик повредить практически невозможно, но он так же продается отдельно за 85$. Да недешево, но не забываем о преимуществах.
Ведь цифровая система от DJI дает понять истинное назначение FPV - полет от первого лица. Летая в ней вы почувствуйте себя на борту вашего беспилотника, а не у старого телевизора. Наверное многие подумают, что у меня предвзятое отношение к системе от DJI. На самом деле это не так. Цель этой статьи - популяризировать цифровое FPV и дать понять, что система от DJI не какой-то там сырой и экспериментальный прототип за бешеные деньги, а законченный и полностью работоспособный продукт, предназначенный для массового использования. Ведь чем быстрее наше сообщество начнет переходить на цифру, тем быстрее пойдет прогресс и удешевление технологий в этой области, что лучше в конечном итоге для всех нас. А покупая топовые аналоговые очки в 2020 году без реальной необходимости вы поддерживаете известного производителя и стимулируете его лишь на выпуск очередных HDO с новыми экранами и линзами, но на устаревших технологиях в корпусе 6-ти летней давности.
Я не стараюсь призывать вас к однозначной покупке DJI FPV, возможно вам стоит подождать других цифровых систем. Я лишь стараюсь объективно раскрыть область нового для нас цифрового ФПВ, чтобы обратить вашу заинтересованность в сторону более совершенных систем.

Ну а на этом у меня всё, надеюсь статья получилась интересной и вам понравился детальный разбор популярных мифов в отношении цифрового FPV. Если у вас возникли какие-то вопросы или вы считаете что я в чём-то оказался не прав, пишите об этом в комментариях. Всем хорошего дня!

Видеоролик: