Live von der Drohne in Full-HD senden – #HangoutOnAir mit der DJI Inspire 1

Auszug aus dem Buch: Livestreaming mit Hangout on Air
Mit aktualisierten Daten der DJI Inspire 1

Von oben den Überblick erhalten

Man kennt das aus vielen Amerikanischen Filmen. In der Megacity zwischen den Wolkenkratzern ist etwas passiert, kurz darauf kreisen mehrere Hubschrauber von Polizei und Medien über der Szenerie. In der Zukunft könnten das ferngesteuerte Drohnen, oder Multikopter übernehmen. Das hat mehrere Vorteile. Es ist günstiger und eine abstürzende Drohne richtet weniger Schaden an, als ein Helikopter Crash. Beide Lösungen bieten spektakuläre Bilder von oben und verschaffen dem Zuschauer einen Überblick.

Age of drones – Zeitalter der Drohnen Foto: Schleeh

Das Zeitalter der Drohnen beginnt Foto: Schleeh

Drohnen – nicht nur militärisch einsetzbar

Drohne ist ein böses Wort. In den einschlägigen Foren für die ferngesteuerten intelligenten Schwebemaschinen wird man dezent darauf hingewiesen, das man Kopter oder Multikopter schreiben und sagen soll. Eigentlich sind die Geräte unter dem Sammelbegriff Unmanned Arial Vehicle oder kurz UAV zu subsumieren. Aber auch UAV hat den unangenehmen Geruch einer präzisen, militärischen Tötungsmaschine. Man hat sofort Bilder von chirurgisch sauber hingerichteten “Terroristen” in Afghanistan, Pakistan oder Afrika im Hinterkopf. Begleitet wird das Kopfkino von einem lächelnd auf der Couch sitzenden amerikanischen Präsidenten, der sich die von ihm genehmigte Operation in seinem Amtszimmer in Washington ansieht. Das es dabei zu “geringfügigen” Kollateralschäden kommt, nehmen die Fern-Henker billigend in Kauf.

Militärische Aufklärungsdrohne auf der CeBit Foto: Schleeh

Drohnen werden in militärische und zivile Geräte unterteilt. Bei den militärischen gibt es reine Aufklärungsdrohnen, Kampfdrohnen und Mischformen. Bekannt sind vor allem die von den USA eingesetzten Angriffswaffen Reaper und Predator. Im zivilen Bereich werden unbemannten Flugobjekte überwiegend als Kameradrohnen für Foto- und Videoaufnahmen, zum Freizeitvergnügen und in der Zukunft vielleicht auch als Transportmittel eingesetzt.

Drohnen mit Smartphone-Technologie

Moderne Drohnen nutzen die selben Technologien, wie Smartphones. Im Inneren dieser Wunderwerke befinden sich Sensoren, Prozessoren und Software. Diese Sensoren werden inzwischen in solchen Mengen produziert, das sie fast nichts mehr kosten. Eingebaute Höhenmesser, Bewegungssensoren, Gyroskope und GPS-Empfänger ermöglichen den Geräten selbständig zu fliegen. Ein Gyroskop bestimmt die Position durch eine 3-Achsen-Messung im Raum. In Verbindung mit herkömmlichen Bewegungssensoren (ebenfalls 3 Achsen), ergibt sich nun eine 6-Achsen-Messung. Mit einem Gyroskop ist nicht mehr nur die Neigung oder die Beschleunigung von Geräten messbar, es lässt sich auch die Rotation um die eigene Achse erfassen. Diese Bewegungsbestimmung und Steuerung erfolgt über einen leistungsfähigen Prozessor in der Drohne. 600 Mal pro Sekunde berechnet dieser die Position und Lage im Raum und steuert damit den Flug der Drohne. Dies macht einen Einsatz von Multikoptern in den Händen von Anfängern erst möglich. Wer schon einmal ein ferngesteuertes Flugzeug oder einen Hubschrauber geflogen hat, der weiß das dies nicht einfach ist.

DJI Phantom 2 Multikopter Foto: Schleeh

Mit einem modernen Multikopter kann jedes Kind fliegen. Sobald man die Steuerung los lässt, bleibt das Gerät an der Stelle in der Luft stehen. Technisch ist es sogar möglich, den intelligenten Flugmaschinen eine genaue Route vor zu geben, die diese dann selbstständig Punkt für Punkt abfliegen. Selbst Hobby-Drohnen, wie der DJI Phantom sind inzwischen mit einer automatischen “Heimkehr-Funktion” ausgestattet. Die Maschine kehrt bei Verlust des Steuersignals oder bei zu niedrigem Batteriestand zu ihrem Ausgangspunkt zurück und landet dort selbständig. In dem neuesten Software-Paket dieser meist verkauften Einsteigerdrohne sind sogar die Flugverbotszonen rund um die großen Verkehrs-Flughäfen. Ein Start mit dem Multikopter in diesen Zonen wird durch die Bestimmung des Standortes dann von der Software unterbunden.

Kamera-Drohnen und die Krux mit den Frequenzen

Der häufigste Einsatz ziviler Drohnen ist Bilder von oben zu liefern. Kameradrohnen gibt es inzwischen als Komplett-Lösung in allen Größen- und Preislagen. Angefangen von der AR Drohne der Firma Parrot, die komplett über WLAN mit einem handelsüblichen Smartphone gesteuert wird, bis hin zum Profi-System mit Full HD Funkübertragung und zwei unabhängigen Fernsteuerungen für Pilot und Kameramann.

Professioneller Multikopter Foto Schleeh

Die Anforderungen an eine Drohne zur Live-Übertragung:

• Flugzeit sollte mindestens zehn Minuten betragen
• Reichweite sollte mindestens 200 Meter sein
• Audio- und Videodaten (AV) müssen über Funk zum Boden gesendet werden
• Der Funk darf die Steuerung der Drohne nicht stören (Frequenzen)
• Das Funkmodul muss leicht sein (Nutzlast)
• Angelieferte Daten müssen im Hangout on Air verarbeitet werden können

Parrot – AR.Drone 2.0 Foto Parrot

Für Live-Übertragung geeignete Drohnen (Auswahl)

Ein direktes Livebild von der Kamera zu bekommen ist schwieriger, als es auf den ersten Blick scheint. Bewegtbilder per Funk zu übertragen erfordert eine hohe Bandbreite. Für das Fliegen mit ferngesteuerten Modellen gibt es die Möglichkeit zu sehen was das Fluggerät, beziehungsweise dessen Kamera sieht. Man nennt das FPV oder First Person View, was auf übersetzt soviel wie “Sicht aus der Ich-Perspektiv” bedeutet. 

Update November 2014: Das derzeit beste Einsteiger-System mit direkter Livebild-Übertragung in HD 720p bietet die DJI Drohne Inspire 1. Bei dieser Komplettlösung ist die Lightbridge von DJI im System integriert. Das hat den Vorteil, das sowohl die Steuersignale als auch der Livestream digital über Funk gesendet wird. Damit entfällt das ganze Basteln am Drohnensystem und im Endefekt erhält man für den selben Preis eine Komplettlösung out of the box oder ready to fly.

Videobrille für FPV von Carl Zeiss Foto Schleeh

Bei diesen FPV-Systemen wird über Funk das Livebild einer am Gerät montierten Kamera zum Boden gesendet. In der Regel ist diese Signal analog und “nur” normale Fernsehauflösung mit 480p. Dazu nutzt man dann eine andere Frequenz als die der Fernsteuerung, sonst würden die Videosignale den Multikopter zum Absturz bringen. Fast alle gängigen Fernsteuerungen funken im 2,4 GHz Frequenzband. Deshalb weicht man zur Video-Übertragung auf das 5,8 GHz Frequenzband aus. Wer sich mit WLAN auskennt, weiß das in diesen freien Frequenzbändern auch alle WLAN-Accesspoints funken. Deshalb darf die maximale Sendeleistung in Europa nicht über 25 Milliwatt liegen, damit man andere Teilnehmer in diesen Frequenzen nicht stört. Das schränkt dann wiederum die Reichweite ein. Teuerere Systeme, wie die DJI Ligtbridge für 1.200 Euro, machen dieses Manko mit speziellen Antennen und einem automatischen Frequenzwechsel wett.

Genau dieses FPV-Videosignal kann man auch für die Liveübertragung aus der Drohne nutzen. Dazu muss man das Bild am Boden in den Hangout on Air einspeisen. Auch hier ist es nicht ganz einfach, denn ein Computer hat Ausgänge für Videosignale, aber Eingänge sind für Video sind selten.

Einspeisungsmöglichkeiten des FPV-Videosignals in den Hangout on Air

1. Abfilmen des FPV-Bildschirms mit einer USB-Kamera für den Hangout on Air
2. Abnahme des analogen FPV-Signals mit einer Videocapture Card von Elgato oder Haupage am Computer und Einbindung des Live-Bildes über Screenshare (Bildschirm Teilen) im Hangout on Air
3. Digitale Aufnahmen in HD können mit der DJI Lightbridge übertragen werden. Einspeisung in den Hangout on Air über den Blackmagic Ultra Studio Mini Recorder am Mac oder die Ultrastudio USB 3.0 am PC
4. Für eine HD-Übertragung auf kurze Distanzen unter 100 Metern kann man die HDMI-Funkstrecke von Aries am HDMI-Ausgang der GoPro in Erwägung ziehen

• Komplettsystem DJI Inspire 1 mit 3-Achs-Gimbal und 4K-Livebild

Bei Drohnensystemen gibt es preislich nach oben keine Grenzen. Bei den hochauflösenden oder digitalen Funkübertragungssystemen wird es auch sehr schnell sehr teuer und vor allem schwer. Dann muss die Drohne größer werden, um eine höhere Nutzlast fliegen zu könen. Wenn man nicht hauptberuflich fliegt, dann lohnt es sich nicht in die teuren Drohnen zu investieren. Wenn der Multikopter aufgrund der mangelnden Flugpraxis abstürzt sind gleich mehrere tausend Euro zerstört. Die Anfängerdrohnen sind dagegen bei einem Totalschaden preislich noch eher verkraftbar.

DJI Phantom 2 Multikopter Foto Schleeh

Bei den Lösungen von Parrot und der DJI Phantom Vision muss man das Bild irgendwie vom Smartphone in den Hangout on Air bekommen. Das geht dann nur mit einem Stecker am Ausgang des Smartphones, oder mit Abfilmen. Das WLAN wird bei beiden Varianten zur Übertragung des Bildsignals von der Drohne zum Handy genutzt und steht deshalb nicht zur Verfügung. Im Gegensatz zur DJI Phantom Vision läuft bei der AR Drohne die Steuerung und die Bildübertragung über WLAN. User berichten bei der AR-Drohne von Problemen mit der Steuerung, die durch andere WLAN-Netze verursacht werden können.

Aufnahmen ohne Verwacklungen – motorgetriebener Gimbal

Die DJI Phantom ist insgesamt eine robustere und ausgereiftere Lösung, das schlägt sich natürlich in einem höheren Preis nieder. Wer schon eine GoPro Hero 3 Kamera sein eigen nennt, bei dem lohnt sich der Blick auf den Phantom 2 mit der motorgetriebenen Kamera-Aufhängung (Gimbal). Diese Aufhängung gleicht die Flugbewegungen des Kopters durch ein motorgetriebenes Gegensteuern aus. Damit sind wie beim Komplettsystem Vision + von DJI ruhige und unverwackelte Videoaufnahmen möglich.

Motorbetriebener Drei-Achsen Gimbal mit GoPro Kamera am Multikopter Foto Schleeh

Ein weiterer Vorteil der neuen DJI Phantom 2 ist neben der längeren Flugzeit und technischen Verbesserungen, die komplett vorhandene Verkabelung für den Gimbal und die dazu passende GoPro Hero 3 Kamera. Selbst für die Signalübertragung des Kamerasignals sind alle notwendigen Kabel schon verlegt und nach außen ausgeführt. Wer also nicht gerne den Lötkolben in die Hand nimmt, kann alles selbst einrichten.

Journalisten setzen auf Live-Drohnen

Der bekannte US-Amerikanische Livestreaming Journalist Tim Pool  experimentiert nicht nur mit der Google Glass. Auch Livestreaming via Multikopter hat er schon getestet. Der Drohnen Journalisten Ben Keimer von der Universität Nebraska-Lincoln, setzt schon seit längerer Zeit eine DJI Phantom 1 mit Gimbal und FPV-Signal für Livestreaming ein.

Mit einem relativ geringem Budget und Aufwand lassen sich mit Hilfe von Drohnen oder Multikoptern Bilder erzeugen, die bisher nur mit Hilfe von Hubschraubern zu erhalten waren. Genau wie Tim Pool Livebilder aus der Sicht der Demonstranten erzeugt, können so von den etablierten Medien unabhängige Livebilder als Gegendarstellung ins Netz gestellt werden. In Polen hat ein Demonstrant bereits eine Drohne eingesetzt um sich einen Überblick von oben zu verschaffen, wo die Polizei ihre Mannschaften und Absperrungen platziert hat. Ein russischer Blogger nutzt einen Multikopter zur Berichterstattung um die von staatlichen Medien nicht gezeigten Bilder zu verbreiten

Gesetzliche und rechtliche Aspekte beim Einsatz von Kamera-Drohnen

Wer Drohnen fliegt muss sich auch mit den gesetzlichen Rahmenbedingungen beschäftigen. Die Wichtigsten wollen wir hier kurz anführen.

Haftpflichtversicherung

Wer mit einem Fluggerät in die Luft geht, der muss immer mit einem Absturz rechnen. Auch wenn die Geräte mit 400 Gramm bis knapp zwei Kilo sehr leicht sind, können sie beim Absturz einen erheblichen Schaden anrichten. Wer sich mit Physik auskennt, der weiß wieviel kinetische Energie frei wird, wenn ein Kilo ungebremst nach unten fällt. Deshalb muss jeder der ein Modelflugzeug fliegt und dazu zählen auch die Multikopter auf alle Fälle eine extra Haftpflicht Versicherung dafür abschließen. Wenn die Drohne zu geschäftlichen Zwecken eingesetzt wird, dann muss die Versicherung explizit dafür abgeschlossen werden.

Aufstiegsgenehmigung

Wer nicht kommerziell fliegt darf im Rahmen der gesetzlichen Rahmenbedingungen ohne Aufstiegsgenehmigung fliegen. Der Luftraum ist grundsätzlich frei (§ 1 LuftVG). Allerdings muss der Grundstückseigentümer das Starten erlauben. (Hausrecht) Die maximal erlaubte Flughöhe ist 100 Meter über Grund. Das hört sich erst einmal wenig an, aber wer schon einmal mit seinem Multikopter auf 50 Meter gestiegen ist, weiß, das man dann nur noch einen kleinen Punkt sehen kann. Wer kommerziell fliegt braucht eine Aufstiegsgenehmigung des Bundeslandes in welchem er fliegt.

Weitere Einschränkungen

In der Nähe von Flughäfen, darf nicht geflogen werden. Auch über militärischen oder staatlichen Einrichtungen sowie über Menschenansammlungen ist das Fliegen grundsätzlich verboten. Der Pilot muss laut Gesetz immer Sichtkontakt zum Fluggerät haben. Reines FPV-Fliegen bei dem der Pilot nur über die im Kopter eingebaute Kamera sieht und steuert, ist verboten. Das automatische Abfliegen vorher programmierter Wegpunkte ist dagegen erlaubt, solange der Pilot das Gerät sehen kann (Sichtkontakt) und jederzeit die Kontrolle mit der Fernbedienung wieder übernehmen könnte. Weitere Hinweise finden sich im Internet.