高清手术直播技术方案.docx

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高清手术直播技术方案

高清手术直播系统

（AVAREN-III）

第1章需求分析

远程医疗（Telemedicine）是网络科技与医疗技术结合的产物，它通常包括：

远程诊断、专家会诊、信息服务、在线检查和远程交流等几个主要部分，它以计算机和网络通信为基础，实现对医学资料（包括数据、文本、图片和声像资料）和远程视频、音频信息的传输、存储、查询、比较、显示及共享。

1、远程医疗的发展现状

远程医疗在欧美等发达国家早已是家喻户晓的医疗手段。

目前美国的绝大多数州已经实施了远程医疗工程。

它们的系统总体框架主要是以跨全美的计算机网络为基础，通过高质量的摄像机和处理能力较高的计算机、工作站等设施把大型医疗中心和小型医院、诊疗点及病人家庭联系起来，形成一些各具不同规模的远程医疗网络。

在欧洲，如德国、挪威等一些国家，对远程医疗都进行了相当程度的研究，针对一些特殊病例在不同地区开通了相应的远程诊断项目，并在大学、医院建立了一些实验性的网络。

我国在这方面的研究工作起步较晚，很多的工作仅仅是在建立计算机网络的基础上开展一些应用项目，如提供医学信息的查询、访问和门诊预约等，这主要是因为受到国内医疗体制的限制，以及全面技术状况和基础设施水平（主要是网络传输速率）的欠缺，因此目前我国的远程医疗网络在有些方面尚不十分成熟，还有待逐步进行改造、完善与提高。

但随着我国宽带网络的全面发展和迅速普及，各个医疗机构的宽带接入也正被提到议事日程中来了，这就为各个医疗机构之间进行大数据量的信息交流，尤其是高质量的视音频传输提供了必要的条件。

可以预见，未来一两年内，我国的远程医疗工程一定会得到迅速实施和快速发展。

2、远程医疗系统的组成和实现

远程医疗系统由网络通信系统和远程医疗应用系统两大部分组成。

网络通信系统可以是卫星网络、无线网络，电话网络和以光纤通信为基础的宽带网络。

远程医疗应用系统包括：

远程诊断、专家会诊、信息服务、在线检查、远程交流以及系统管理等几个子系统。

其中系统管理子系统是远程医疗应用系统的核心，由它负责对各个其它的子系统的流程、运作、建库等进行统一协调与安排，一般采用Web技术实现。

远程医疗应用系统的其它子系统的实现方法很多，在宽带网络的到迅速发展的今天，采用高质量的视音频传输方式实现其中的部分功能是非常自然的事，这将使得远程诊断和远程交流变得非常直接和方便。

3、医疗设备使用

1）、基于电脑处理的医疗数据：

由于当前的大多医疗设备，如X光机、CT机均拥有网络接口并支持，由计算机通过网络即可采集医疗设备中的影像，并采用VGA编码器采集计算机中的CR或DR片、CT片、演示文件（PPT、WORD、EXCEL）；

2）、基于视频处理的医疗数据采集图像、监护仪、DVD中播放的医学类影片、培训室现场等等；

3）、现场采集的视音频数据：

通过高清晰的摄像机采集手术过程图像实例、医生的讲解内容；

4）、远程手术中使用的视音频通讯设备，用于手术医疗人员与远程协助医疗专家的交流使用，达到远程医疗的目的。

4、建设需求

建立1套手术直播/远程医疗/观摩室/管理中心；管理中心管理所有手术的直播/录制视音频的交互监视等等功能。

第2章

设计方案

§2.1设计原则

我公司在设计系统时遵循高可靠、开放、实用、先进、安全和可扩展设计理念。

1.系统的高可靠性：

高可靠性是本系统的首要原则，设备的选型首先能满足长时间连续（24小时不间断）运行的要求；

2.系统的先进性：

相关产品应具备当今的先进技术水平；在整个系统的生命周期内，能够不断完善、扩充、更新，使功能愈来愈丰富，性能愈来愈完善，使用愈来愈方便，而不至于过早地被淘汰；

3.系统的开放性：

系统结构设计必须符合国际开放系统的标准，是真正的开放式系统；系统使用的硬件平台和软件平台均要符合开放式标准；硬件平台的开放性，主要包括设备的互连性和可互换性；软件平台的开放性，包括操作系统、图形用户界面、通讯协议等符合国际统一标准；开放性要求的目的在于，应用软件的可移植性，硬件平台的可互换性。

4.系统的实用性：

适合项目单位现场实际情况，能够满足强化管理手段，提高管理水平，同时为教师教务管理工作提供强有力的支持；设备不盲目追求高档，而是在高可靠、先进的前提下实用，要能够切实地解决实际问题。

5.系统的可扩展性：

整体系统具有良好的可扩展性和可扩充性；当系统规模扩大，还可以通过增加适当模块或相应设备，就能够适应要求，达到良好效果不会造成浪费。

6.系统的兼容性：

系统设计充分考虑了系统的兼容性，能与原有系统组成完整的系统。

§2.2系统选型

2.2.1录播系统

AVA推出全新的REN-III高清录播系统，该产品设计结构精简，数据采集、数据处理集合在一起，能够实时同步直播、录制等功能。

数据采集可同时进行高清2路视频，1路高清VGA信号，不但丰富了数据采集的内容，而且给导播人员的现场视频控制带来了极大方便。

数据采集的每一路信号都使用独立的硬件芯片进行采集处理，保证了强大的处理能力，提高视频和VGA的采集质量。

使用了嵌入式的操作系统，稳定可靠，性能更高。

独一无二的导播技术使管理人员在办公室就可以轻松完成现场视频控制工作，无需人员亲临现场进行录制工作。

观看端只需要使用PC、通过IP网络连接到录播主机，就能够观看直播。

REN-III高清录播系统

2.2.2高清摄像机

采用百万像素的逐行扫描图像传感器，支持YPbPr高清模拟输出，清晰度可以达到720TVL的广播级图像画质。

支持30帧/秒实时720P。

§2.3系统结构示意图

AVA的这款REN-III高清录播系统放置在管理中心或者网络机房；前端视音频设备安装在手术室中，包括了VGA接口/YPbPr分量接口的高清服务器，这些设备与医疗仪器相连接，采集医疗数据；前端采集信号后通过IP网络传至REN-III高清录播系统进行录制、直播、监视等等。

AVA高清视频医疗系统扩展性强，一个系统能够连接16个手术室。

§2.4系统功能

AVA高清视频医疗系统在记录高清视频的同时能够进行高清的直播。

高清输入支持2路720P的视频、1024X768的VGA信号，一路混合音频。

高清记录能够同时记录这三路高清的信号，生成一个独立的文件，支持后期导出其中的某一路视音频信号或多路的视音频信号。

高清的直播，直播延时小于1秒，使用标准的IP网络进行发布，观看者使用PC即可观看。

2.4.1手术直播功能

一、多流技术（术野视频/视野视频）

视频、VGA同步传输，每一路视频、VGA信息都传输时各自独立，互不干扰。

观看端有多种显示模式可选：

能够保持三路信号同在一个屏幕中显示；浮动窗口叠加显示（画中画模式）；或单独将一路视频或VGA全屏显示。

多流技术的使用主要表现在，多路视频的独立处理，视频与视频之间没有画面覆盖的情况，可以最大化地完整记录各路视频信息。

每一路视频都是独立的，在后期处理中可以方便的把其中某一路视频导出，可用于源素材资料。

（观看端画面效果）

如上图：

右面是视野视频；

左上面是术野视频；

左下面是监护等视频；

能够同一屏幕显示三路图像；也能够把每一路图像以全屏的方式清晰显示。

录播系统主机内置直播服务器功能，远程用户通过IE方式登录录播系统主机，即可观看到直播节目。

远程用户收看直播节目，软件许可无数量限制。

单播功能

系统支持单播功能，适用于普通应用。

组播功能

支持组播模式，可以把直播发给更多的用户。

组播功能可以大大扩展直播的数量；组播只占用一路带宽，对有大量收看端的场合特别适用。

远程医疗方案设计中配置的高清视频医疗系统能够满足用户对于手术过程的实时直播功能：

通过远程医疗系统，用户手术过程、培训、调度等活动的实况可以实现实时监控手术室内部情况。

具体实现方式（术野视频/视野视频的连接）：

通过AVA高清视频医疗系统前置视音频服务器，能够每一个手术室支持2路高清视频、1路VGA的输入、多路音频和通讯控制线路，分别连接：

1）、如X光机、CT机均拥有网络接口并支持，由计算机通过网络即可采集医疗设备中的影像，并采用VGA编码器采集计算机中的CR或DR片、CT片、演示文件（PPT、WORD、EXCEL）；

2）、基于视频处理的医疗数据采集图像、监护仪、DVD中播放的医学类影片、培训室现场等等；

3）、现场采集的视音频数据：

通过高清晰的摄像机采集手术过程图像实例、医生的讲解内容；

4）、远程手术中使用的视音频通讯设备，用于手术医疗人员与远程协助医疗专家的交流使用，达到远程医疗的目的。

录播主机从手术室内采集到的视音频信号（如上面列举），进行实时编码和压缩，即可进行网络直播/同步录制，其它各个系统客户端通过网络，使用播放器就能观摩。

客户端程序将服务器传送来的视音频和数据信号进行解压缩和解码并在本地计算机上显示出来。

2.4.2同步录制

录播设备能实现多流模式的录制，录制内容直接记录在本地存储器中，内置500GB的存储空间；此外，还支持录制完成后自动上传至指定的FTP服务器中。

录制内容与直播的内容保持一致，录制之后的文件为多流，文件格式为ASF。

直播/录制保持视音频同步。

录制码流可调，范围64kbps～8Mbps，既可适应Internet的传输、也能够适合教材、培训的高清晰录制。

2.4.3播放软件

1、使用AVAPLAYER专用播放器

播放器界面

使用AVAPLAYER播放器有两部分的优点：

AVAPLAYER播放器对播放文件的画质做了大量优化工作，更好的还原真实画质。

AVAPLAYER在直播中的延时更短，比其他常见的播放器缓冲时间大大缩短。

§2.5典型应用

2.5.1手术过程录制与直播

录播系统可配合医疗仪器、摄像机、计算机，可实现远程医疗中视音频和数据（计算机内数据及医疗仪器采集的相关病人生理特征数据）内容的同步录制、直播。

录播系统最多支持两路视音频和一路计算机屏幕内容同步录制，可将手术中的视频信息、医疗仪器采集的生理特征数据、远程手术图像和数据内容进行同步录制，可以轻松实现对医疗过程的全面录制，轻松实现手术过程的完整直播并且能够同步的录制，在日常的医疗教学中得到充分的利用。

2.5.2远程医疗（协助医疗）

远程诊断、专家会诊、信息服务、在线检查和远程交流等几个主要部分，它以计算机和网络通信为基础，实现对医学资料（包括数据、文本、图片和声像资料）和远程视频、音频信息的传输、存储、查询、比较、显示及共享。

手术室能够通过视音频交互系统连接多个分会场或者多个远程专家组进行视音频交互、手术互动/协助等；能够顺利的展开手术直播/远程手术/医疗协助活动。

每一个医疗现场都能够把远端医疗协助人员加入到现场的医疗手术的过程中来，并且能够进行医疗信息的共享、视音频的交互活动，交互活动的管理在医疗现场中控制。

2.5.3医疗记录

系统可以将录制生成的文件通过手工或自动的方式上传到点播报务器，并在后台管理系统中生成点播列表。

经过授权的终端用户通过IE浏览登录到系统平台，便可根据需要相应的记录，从根本上扩展了教学/会议/培训。

2.5.4医疗教学与培训

录播系统可进行本地/远程医疗教学与培训录制。

直播教学或培训时，可在自己的PC机（或者在多媒体会议室中）上使用播放器接收教学内容，传输方式可以通过组播或单播等方式连接（组播需要网络的支持）。

第3章

录播主机介绍

此录播系统由系统前端和中心主机组成。

中心主机可同时对16间课室进行制和直播。

中心主机放置在中心机房或其他网络连通的管理室，系统前端放置在教室/会议室现场。

REN-III高清录播主机

§3.11、录播主机（放于中心机房）

（一）功能特点：

*支持1路VGA、2路高清视频和1路混合音频的多流各种组合方式，录制、直播均可保持同步，后期制作对每个视频流均应支持导出为独立文件。

*实时性极好，系统非网络直播延时<1秒。

*支持多路“节目”方式，每个节目中可以有一路VGA高清晰信号和1-2路720P高清视频信号同步录制及直播。

最多支持16路“节目”

支持浮动窗口方式或分割窗口方式；支持多显示功能，可以用多个投影或多个显示器播放。

采用画面消锯齿技术，播放画面清晰细腻。

*硬件视频压缩编码，支持全速720P@25/30fps。

*硬件VGA压缩编码，支持全速1024X768@30fps。

传输带宽低，单路720P视频码流48kbps～8MMb/s。

支持跨路由，支持广域网传输。

支持远程摄像机云台控制和音量、音调控制。

*支持用户、节目的分级别管理功能，用户认证后才能观看相应级别的直播节目。

直接生成asf流媒体格式文件，可直接用于微软多媒体视频点播服务。

视频文件管理功能。

节目直播和记录方式灵活：

主讲人启动方式和管理员启动方式。

*支持FTP自动上传功能。

*支持教师端启动/停止节目的直播录制。

*在线点播VOD，支持直播、录制、点播同时启用。

（二）技术指标：

*视频扩展：

可扩展至16套节目输入，每套节目可包含1路VGA和1-2路视音频。

*高清视频分辨率：

1280X720.

帧率：

PAL25fps，NTSC30fps。

*视音频码流：

48kbps-8Mbps可调，MPEG4硬件编码

*VGA采样编码1024X768/800X600，30fps可调

网络接口：

IEEE100/1000Base-T

直播支持路数：

输入单路2Mbps码流时，单播支持>=250路。

2U的高度。

§3.22、高清视音频服务器（SEN－1HD）技术指标

*输入接口：

1路高清视频分量YPbPr;1路标准VGA接口，DB15

*视频分辨率：

720P（1280X720）；VGA分辨率：

1024X768，800X600

*帧率：

25fps（PAL），30fps（NTSC）。

音频输入：

1组线路输入接口；一个麦克风输入接口。

*码流：

48kbps-8Mbps可调，MPEG4硬件编码

网络接口：

IEEE100Base-T

云台控制接口：

RS232和RS485复用。

高清视音频服务器（SEN－1HD）