高清手術(shù)直播技術(shù)方案

高清手術(shù)直播系統(tǒng)（AVAREN-III）第1章需求分析遠(yuǎn)程醫(yī)療（Telemedicine）是網(wǎng)絡(luò)科技與醫(yī)療技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它通常包括：遠(yuǎn)程診斷、專家會診、信息服務(wù)、在線檢查和遠(yuǎn)程交流等幾個主要部分，它以計算機和網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對醫(yī)學(xué)資料(包括數(shù)據(jù)、文本、圖片和聲像資料)和遠(yuǎn)程視頻、音頻信息的傳輸、存儲、查詢、比較、顯示及共享。1、遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展現(xiàn)狀遠(yuǎn)程醫(yī)療在歐美等發(fā)達(dá)國家早已是家喻戶曉的醫(yī)療手段。目前美國的絕大多數(shù)州已經(jīng)實施了遠(yuǎn)程醫(yī)療工程。它們的系統(tǒng)總體框架主要是以跨全美的計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過高質(zhì)量的攝像機和處理能力較高的計算機、工作站等設(shè)施把大型醫(yī)療中心和小型醫(yī)院、診療點及病人家庭聯(lián)系起來，形成一些各具不同規(guī)模的遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)。在歐洲，如德國、挪威等一些國家，對遠(yuǎn)程醫(yī)療都進(jìn)行了相當(dāng)程度的研究，針對一些特殊病例在不同地區(qū)開通了相應(yīng)的遠(yuǎn)程診斷項目，并在大學(xué)、醫(yī)院建立了一些實驗性的網(wǎng)絡(luò)。我國在這方面的研究工作起步較晚，很多的工作僅僅是在建立計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上開展一些應(yīng)用項目，如提供醫(yī)學(xué)信息的查詢、訪問和門診預(yù)約等，這主要是因為受到國內(nèi)醫(yī)療體制的限制，以及全面技術(shù)狀況和基礎(chǔ)設(shè)施水平（主要是網(wǎng)絡(luò)傳輸速率）的欠缺，因此目前我國的遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)在有些方面尚不十分成熟，還有待逐步進(jìn)行改造、完善與提高。但隨著我國寬帶網(wǎng)絡(luò)的全面發(fā)展和迅速普及，各個醫(yī)療機構(gòu)的寬帶接入也正被提到議事日程中來了，這就為各個醫(yī)療機構(gòu)之間進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的信息交流，尤其是高質(zhì)量的視音頻傳輸提供了必要的條件?？梢灶A(yù)見，未來一兩年內(nèi)，我國的遠(yuǎn)程醫(yī)療工程一定會得到迅速實施和快速發(fā)展。2、遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的組成和實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)兩大部分組成。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)可以是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)，電話網(wǎng)絡(luò)和以光纖通信為基礎(chǔ)的寬帶網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)包括：遠(yuǎn)程診斷、專家會診、信息服務(wù)、在線檢查、遠(yuǎn)程交流以及系統(tǒng)管理等幾個子系統(tǒng)。其中系統(tǒng)管理子系統(tǒng)是遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)的核心，由它負(fù)責(zé)對各個其它的子系統(tǒng)的流程、運作、建庫等進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)與安排，一般采用Web技術(shù)實現(xiàn)。遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)的其它子系統(tǒng)的實現(xiàn)方法很多，在寬帶網(wǎng)絡(luò)的到迅速發(fā)展的今天，采用高質(zhì)量的視音頻傳輸方式實現(xiàn)其中的部分功能是非常自然的事，這將使得遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程交流變得非常直接和方便。3、醫(yī)療設(shè)備使用1）、基于電腦處理的醫(yī)療數(shù)據(jù)：由于當(dāng)前的大多醫(yī)療設(shè)備，如X光機、CT機均擁有網(wǎng)絡(luò)接口并支持，由計算機通過網(wǎng)絡(luò)即可采集醫(yī)療設(shè)備中的影像，并采用VGA編碼器采集計算機中的CR或DR片、CT片、演示文件（PPT、WORD、EXCEL）；2）、基于視頻處理的醫(yī)療數(shù)據(jù)采集圖像、監(jiān)護(hù)儀、DVD中播放的醫(yī)學(xué)類影片、培訓(xùn)室現(xiàn)場等等；3）、現(xiàn)場采集的視音頻數(shù)據(jù)：通過高清晰的攝像機采集手術(shù)過程圖像實例、醫(yī)生的講解內(nèi)容；4）、遠(yuǎn)程手術(shù)中使用的視音頻通訊設(shè)備，用于手術(shù)醫(yī)療人員與遠(yuǎn)程協(xié)助醫(yī)療專家的交流使用，達(dá)到遠(yuǎn)程醫(yī)療的目的。4、建設(shè)需求建立1套手術(shù)直播/遠(yuǎn)程醫(yī)療/觀摩室/管理中心；管理中心管理所有手術(shù)的直播/錄制視音頻的交互監(jiān)視等等功能。第2章設(shè)計方案§2.1設(shè)計原則我公司在設(shè)計系統(tǒng)時遵循高可靠、開放、實用、先進(jìn)、安全和可擴展設(shè)計理念。1.系統(tǒng)的高可靠性：高可靠性是本系統(tǒng)的首要原則，設(shè)備的選型首先能滿足長時間連續(xù)（24小時不間斷）運行的要求；2.系統(tǒng)的先進(jìn)性：相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)具備當(dāng)今的先進(jìn)技術(shù)水平；在整個系統(tǒng)的生命周期內(nèi)，能夠不斷完善、擴充、更新，使功能愈來愈豐富，性能愈來愈完善，使用愈來愈方便，而不至于過早地被淘汰；3.系統(tǒng)的開放性：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計必須符合國際開放系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，是真正的開放式系統(tǒng)；系統(tǒng)使用的硬件平臺和軟件平臺均要符合開放式標(biāo)準(zhǔn)；硬件平臺的開放性，主要包括設(shè)備的互連性和可互換性；軟件平臺的開放性，包括操作系統(tǒng)、圖形用戶界面、通訊協(xié)議等符合國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；開放性要求的目的在于，應(yīng)用軟件的可移植性，硬件平臺的可互換性。4.系統(tǒng)的實用性：適合項目單位現(xiàn)場實際情況，能夠滿足強化管理手段，提高管理水平，同時為教師教務(wù)管理工作提供強有力的支持；設(shè)備不盲目追求高檔，而是在高可靠、先進(jìn)的前提下實用，要能夠切實地解決實際問題。5.系統(tǒng)的可擴展性：整體系統(tǒng)具有良好的可擴展性和可擴充性；當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴大，還可以通過增加適當(dāng)模塊或相應(yīng)設(shè)備，就能夠適應(yīng)要求，達(dá)到良好效果不會造成浪費。6.系統(tǒng)的兼容性：系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了系統(tǒng)的兼容性，能與原有系統(tǒng)組成完整的系統(tǒng)。§2.2系統(tǒng)選型2.2.1錄播系統(tǒng)AVA推出全新的REN-III高清錄播系統(tǒng)，該產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)精簡，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理集合在一起，能夠?qū)崟r同步直播、錄制等功能。數(shù)據(jù)采集可同時進(jìn)行高清2路視頻，1路高清VGA信號，不但豐富了數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容，而且給導(dǎo)播人員的現(xiàn)場視頻控制帶來了極大方便。數(shù)據(jù)采集的每一路信號都使用獨立的硬件芯片進(jìn)行采集處理，保證了強大的處理能力，提高視頻和VGA的采集質(zhì)量。使用了嵌入式的操作系統(tǒng)，穩(wěn)定可靠，性能更高。獨一無二的導(dǎo)播技術(shù)使管理人員在辦公室就可以輕松完成現(xiàn)場視頻控制工作，無需人員親臨現(xiàn)場進(jìn)行錄制工作。觀看端只需要使用PC、通過IP網(wǎng)絡(luò)連接到錄播主機，就能夠觀看直播。REN-III高清錄播系統(tǒng)2.2.2高清攝像機采用百萬像素的逐行掃描圖像傳感器，支持YPbPr高清模擬輸出，清晰度可以達(dá)到720TVL的廣播級圖像畫質(zhì)。支持30幀/秒實時720P?！?.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖AVA的這款REN-III高清錄播系統(tǒng)放置在管理中心或者網(wǎng)絡(luò)機房；前端視音頻設(shè)備安裝在手術(shù)室中，包括了VGA接口/YPbPr分量接口的高清服務(wù)器，這些設(shè)備與醫(yī)療儀器相連接，采集醫(yī)療數(shù)據(jù)；前端采集信號后通過IP網(wǎng)絡(luò)傳至REN-III高清錄播系統(tǒng)進(jìn)行錄制、直播、監(jiān)視等等。AVA高清視頻醫(yī)療系統(tǒng)擴展性強，一個系統(tǒng)能夠連接16個手術(shù)室?！?.4系統(tǒng)功能AVA高清視頻醫(yī)療系統(tǒng)在記錄高清視頻的同時能夠進(jìn)行高清的直播。高清輸入支持2路720P的視頻、1024X768的VGA信號，一路混合音頻。高清記錄能夠同時記錄這三路高清的信號，生成一個獨立的文件，支持后期導(dǎo)出其中的某一路視音頻信號或多路的視音頻信號。高清的直播，直播延時小于1秒，使用標(biāo)準(zhǔn)的IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布，觀看者使用PC即可觀看。2.4.1手術(shù)直播功能一、多流技術(shù)(術(shù)野視頻/視野視頻)視頻、VGA同步傳輸，每一路視頻、VGA信息都傳輸時各自獨立，互不干擾。觀看端有多種顯示模式可選：能夠保持三路信號同在一個屏幕中顯示；浮動窗口疊加顯示（畫中畫模式）；或單獨將一路視頻或VGA全屏顯示。多流技術(shù)的使用主要表現(xiàn)在，多路視頻的獨立處理，視頻與視頻之間沒有畫面覆蓋的情況，可以最大化地完整記錄各路視頻信息。每一路視頻都是獨立的，在后期處理中可以方便的把其中某一路視頻導(dǎo)出，可用于源素材資料。(觀看端畫面效果)如上圖：右面是視野視頻；左上面是術(shù)野視頻；左下面是監(jiān)護(hù)等視頻；能夠同一屏幕顯示三路圖像；也能夠把每一路圖像以全屏的方式清晰顯示。錄播系統(tǒng)主機內(nèi)置直播服務(wù)器功能，遠(yuǎn)程用戶通過IE方式登錄錄播系統(tǒng)主機，即可觀看到直播節(jié)目。遠(yuǎn)程用戶收看直播節(jié)目，軟件許可無數(shù)量限制。單播功能系統(tǒng)支持單播功能，適用于普通應(yīng)用。組播功能支持組播模式，可以把直播發(fā)給更多的用戶。組播功能可以大大擴展直播的數(shù)量；組播只占用一路帶寬，對有大量收看端的場合特別適用。遠(yuǎn)程醫(yī)療方案設(shè)計中配置的高清視頻醫(yī)療系統(tǒng)能夠滿足用戶對于手術(shù)過程的實時直播功能：通過遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，用戶手術(shù)過程、培訓(xùn)、調(diào)度等活動的實況可以實現(xiàn)實時監(jiān)控手術(shù)室內(nèi)部情況。具體實現(xiàn)方式(術(shù)野視頻/視野視頻的連接)：通過AVA高清視頻醫(yī)療系統(tǒng)前置視音頻服務(wù)器，能夠每一個手術(shù)室支持2路高清視頻、1路VGA的輸入、多路音頻和通訊控制線路，分別連接：1）、如X光機、CT機均擁有網(wǎng)絡(luò)接口并支持，由計算機通過網(wǎng)絡(luò)即可采集醫(yī)療設(shè)備中的影像，并采用VGA編碼器采集計算機中的CR或DR片、CT片、演示文件（PPT、WORD、EXCEL）；2）、基于視頻處理的醫(yī)療數(shù)據(jù)采集圖像、監(jiān)護(hù)儀、DVD中播放的醫(yī)學(xué)類影片、培訓(xùn)室現(xiàn)場等等；3）、現(xiàn)場采集的視音頻數(shù)據(jù)：通過高清晰的攝像機采集手術(shù)過程圖像實例、醫(yī)生的講解內(nèi)容；4）、遠(yuǎn)程手術(shù)中使用的視音頻通訊設(shè)備，用于手術(shù)醫(yī)療人員與遠(yuǎn)程協(xié)助醫(yī)療專家的交流使用，達(dá)到遠(yuǎn)程醫(yī)療的目的。錄播主機從手術(shù)室內(nèi)采集到的視音頻信號（如上面列舉），進(jìn)行實時編碼和壓縮，即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播/同步錄制，其它各個系統(tǒng)客戶端通過網(wǎng)絡(luò)，使用播放器就能觀摩?？蛻舳顺绦?qū)⒎?wù)器傳送來的視音頻和數(shù)據(jù)信號進(jìn)行解壓縮和解碼并在本地計算機上顯示出來。2.4.2同步錄制錄播設(shè)備能實現(xiàn)多流模式的錄制，錄制內(nèi)容直接記錄在本地存儲器中，內(nèi)置500GB的存儲空間；此外，還支持錄制完成后自動上傳至指定的FTP服務(wù)器中。錄制內(nèi)容與直播的內(nèi)容保持一致，錄制之后的文件為多流，文件格式為ASF。直播/錄制保持視音頻同步。錄制碼流可調(diào)，范圍64kbps～8Mbps，既可適應(yīng)Internet的傳輸、也能夠適合教材、培訓(xùn)的高清晰錄制。2.4.3播放軟件1、使用AVAPLAYER專用播放器播放器界面使用AVAPLAYER播放器有兩部分的優(yōu)點：AVAPLAYER播放器對播放文件的畫質(zhì)做了大量優(yōu)化工作，更好的還原真實畫質(zhì)。AVAPLAYER在直播中的延時更短，比其他常見的播放器緩沖時間大大縮短?！?.5典型應(yīng)用2.5.1手術(shù)過程錄制與直播錄播系統(tǒng)可配合醫(yī)療儀器、攝像機、計算機，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療中視音頻和數(shù)據(jù)（計算機內(nèi)數(shù)據(jù)及醫(yī)療儀器采集的相關(guān)病人生理特征數(shù)據(jù)）內(nèi)容的同步錄制、直播。錄播系統(tǒng)最多支持兩路視音頻和一路計算機屏幕內(nèi)容同步錄制，可將手術(shù)中的視頻信息、醫(yī)療儀器采集的生理特征數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程手術(shù)圖像和數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行同步錄制，可以輕松實現(xiàn)對醫(yī)療過程的全面錄制，輕松實現(xiàn)手術(shù)過程的完整直播并且能夠同步的錄制，在日常的醫(yī)療教學(xué)中得到充分的利用。2.5.2遠(yuǎn)程醫(yī)療（協(xié)助醫(yī)療）遠(yuǎn)程診斷、專家會診、信息服務(wù)、在線檢查和遠(yuǎn)程交流等幾個主要部分，它以計算機和網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對醫(yī)學(xué)資料(包括數(shù)據(jù)、文本、圖片和聲像資料)和遠(yuǎn)程視頻、音頻信息的傳輸、存儲、查詢、比較、顯示及共享。手術(shù)室能夠通過視音頻交互系統(tǒng)連接多個分會場或者多個遠(yuǎn)程專家組進(jìn)行視音頻交互、手術(shù)互動/協(xié)助等；能夠順利的展開手術(shù)直播/遠(yuǎn)程手術(shù)/醫(yī)療協(xié)助活動。每一個醫(yī)療現(xiàn)場都能夠把遠(yuǎn)端醫(yī)療協(xié)助人員加入到現(xiàn)場的醫(yī)療手術(shù)的過程中來，并且能夠進(jìn)行醫(yī)療信息的共享、視音頻的交互活動，交互活動的管理在醫(yī)療現(xiàn)場中控制。2.5.3醫(yī)療記錄系統(tǒng)可以將錄制生成的文件通過手工或自動的方式上傳到點播報務(wù)器，并在后臺管理系統(tǒng)中生成點播列表。經(jīng)過授權(quán)的終端用戶通過IE瀏覽登錄到系統(tǒng)平臺，便可根據(jù)需要相應(yīng)的記錄，從根本上擴展了教學(xué)/會議/培訓(xùn)。2.5.4醫(yī)療教學(xué)與培訓(xùn)錄播系統(tǒng)可進(jìn)行本地/遠(yuǎn)程醫(yī)療教學(xué)與培訓(xùn)錄制。直播教學(xué)或培訓(xùn)時，可在自己的PC機（或者在多媒體會議室中）上使用播放器接收教學(xué)內(nèi)容，傳輸方式可以通過組播或單播等方式連接（組播需要網(wǎng)絡(luò)的支持）。第3章錄播主機介紹此錄播系統(tǒng)由系統(tǒng)前端和中心主機組成。中心主機可同時對16間課室進(jìn)行制和直播。中心主機放置在中心機房或其他網(wǎng)絡(luò)連通的管理室，系統(tǒng)前端放置在教室/會議室現(xiàn)場。REN-III高清錄播主機§3.11、錄播主機（放于中心機房）（一）功能特點：*支持1路VGA、2路高清視頻和1路混合音頻的多流各種組合方式，錄制、直播均可保持同步，后期制作對每個視頻流均應(yīng)支持導(dǎo)出為獨立文件。*實時性極好，系統(tǒng)非網(wǎng)絡(luò)直播延時<1秒。*支持多路“節(jié)目”方式，每個節(jié)目中可以有一路VGA高清晰信號和1-2路720P高清視頻信號同步錄制及直播。最多支持16路“節(jié)目”支持浮動窗口方式或分割窗口方式；支持多顯示功能，可以用多個投影或多個顯示器播放。采用畫面消鋸齒技術(shù)，播放畫面清晰細(xì)膩。*硬件視頻壓縮編碼，支持全速720P@25/30fps。*硬件VGA壓縮編碼，支持全速1024X768@30fps。傳輸帶寬低，單路720P視頻碼流48kbps～8MMb/s。支持跨路由，支持廣域網(wǎng)傳輸。支持遠(yuǎn)程攝像機云臺控制和音量、音調(diào)控制。*支持用戶、節(jié)目的分級別管理功能，用戶認(rèn)證后才能觀看相應(yīng)級別的直播節(jié)目。直接生成asf流媒體格式文件，可直接用于微軟多媒體視頻點播服務(wù)。視頻文件管理功能。節(jié)目直播和記錄方式靈活：主講人啟動方式和管理員啟動方式。*支持FTP自動上傳功能。*支持教師端啟動/停止節(jié)目的直播錄制。*在線點播VOD，支持直播、錄制、點播同時啟用。（二）技術(shù)指標(biāo)：*視頻擴展：可擴展至16套節(jié)目輸入，每套節(jié)目可包含1路VGA和1-2路視音頻。*高清視頻分辨率：1280X720.幀率：PAL25fps，NTSC30fps。*視音頻碼流：48kbps-8Mbps可調(diào)，MPEG4硬件編碼*VGA采樣編碼1024X768/800X600，30fps可調(diào)網(wǎng)絡(luò)接口：IEEE100/1000Base-T