V-tech医疗示教系统之高清录播解决方案

　　一、概述

　　随着医学领域的科学技术不断发展,外科手术技术也日新月异。对各种手术全程画面影像进行实时记录，用于研究、教学和病例存档，已经受到高度重视。有些具有争议的手术，也可以利用这些视频资料作为科学的判断依据。手术后对照这些影像资料开展学术探讨，对于提高手术的成功率能够有很大帮助。并可通过网络，得到异地专家手术中的远程指导。这样即可以提高各医院的手术水平，又可以提供手术的全部实时影像记录，使之成为提高手术技术水平的必要资料和依据。

　　以V-TECH  录播系统为核心的高清手术示教解决方案采用纯硬件方式进行高清视音频及VGA数据信息的采集、存储及直播。在手术过程中通过高清摄像机对手术创口、手术室全景画面进行视频的采集，同时把多参数监护仪的画面通过硬件VGA接口进行数据采集，多流合并后进行实时存储和网络直播，满足高清手术音像资料存档、远程观摩和专家指导的需要。

　　1. 目前医疗行业解决方案的应用：

　　2. 当前手术示教、医疗观摩所面临的挑战

　　如何采集、记录、传输品种丰富、数量众多的医疗影像等可视信息？

　　近年来，技术的发展和突破推动了医疗设备的不断进步，大量先进的医疗设备在各级医院得到逐步的应用和普及：如CT(计算机断层扫描)、MRI(核磁共振)、PET-CT(核医学)、DR(数字化X射线)、DSA(血管造影)、各型内镜等，先进医疗设备所获取的丰富的医疗影像信息为医生的诊断和治疗提供极大地帮助，同时数量众多、品种丰富的医疗影像等可视信号也对手术示教和医疗观摩系统能否有效采集、记录、传输提出了挑战!

　　如何与医院信息化系统相融合？

　　以数字化医疗影像技术为基础，建立PACS(影像归档和通信系统)，完善HIS(医院信息系统)，成为当前医院信息化建设的主流。能否与HIS/PACS以及医院OA/E-Learning等系统相融合，成为手术示教和医疗观摩系统能否融入医院信息化整体建设的关键。

　　目前市场上的一些手术示教和医疗观摩系统多以监控、视频会议产品为基础，已经无法很好地解决上述问题，各级医院需要全新的手术示教和医疗观摩系统来满足不断增长的需求。

　　二、解决方案

　　1. 设计原则

　　1、 先进性

　　1) 系统设计达到国际一流水平，且切实可行并容易实现;

　　2) 符合计算机、网络视频传输技术、网络通讯技术和视频交互技术的最新发展

　　潮流，并且是应用成熟的系统;

　　3) 多人同时点播轻松自如，在普通100M网络带宽上可实现多用户同时点播;

　　4) 不受时间限制，系统24小时运行，即点即看;

　　5) 可进行双向语音通信进行互动交流;

　　2、 实用性

　　1) 支持目前流行的流媒体格式文件，常规播放器即可实现当前环境下的全屏点

　　播;

　　2) 系统设计应符合工程的实际需要;

　　3) 系统配置即强调先进性也要注重实用性，应注意系统配置的经济效益，达到

　　综合平衡;

　　4) 管理智能化、录播图像高清化、数据网络化、使用自动化，集中控制，方便

　　操作，减少运营成本;

　　3、 可扩展性

　　1) 系统设计要考虑今后网络及视频的发展，系统应具有较强的扩展性;

　　2) 系统设计既要采用先进的概念、技术和方法，又要注意结构、设备、工具的

　　相对成熟。不但能反映当今的先进水平，而且具有发展潜力，能保证在未来若干年内占主导地位，并能顺利地过渡到下一代技术;

　　4、 灵活性

　　1) 系统支持不同网络;

　　2) 系统参数配置少，调整少，自动化程度高，使用方便，操作简单;

　　5、 安全性

　　1) 具备多级密码保护;

　　2) 可支持加密算法;

　　6、 可靠性

　　1) 具备在规定条件和时间内完成用户所要求的功能的能力，能长期稳定的工作，

　　满足7×24小时工作要求;

　　2) 系统断电或网络传输中断，恢复正常时，系统恢复迅速;

　　3) 系统故障率低，维护维修方便;

　　2.标准依据

　　l 国家标准

　　《广播电视工程建筑设计防火标准》(GYJ33-88)

　　《建筑设计防火规范》修订本(GBJ16-87)环境

　　《有线广播微格播音室声学设计规范和技术用房技术要求》(GYJ26-86)

　　《电视全自动录播教室灯光系统设计规范》(GYJ45-92)

　　《电气装置安装工程施工及验收标准规范》(GBJ232-82)

　　《智能建筑设计标准》

　　3.用户需求

　　系统支持手术教学的数字全高清录制、实时直播、后期编辑、发布等。系统能真实再现现场情景，把多个摄像机和外部媒体设备的音视频信息准确记录并合成，实时生成高清流媒体文件，自动上传汇聚到指定服务器，同步实现在学院网和互动教室直播教学。录成的视频文件要求画面高清、连续稳定;语音流畅，音质清晰、优美。视频、音频同步良好。录播系统能够接入专业标清和高清采集设备。

　　1、 系统功能 :

　　1) 手术过程实时录制及网络直播，全过程完整保留;

　　2) 通过FTP远程服务器直接进行录制文件导出操作，为医疗学术研究、教学、

　　存档提供了真实的资料;

　　3) 典型手术学术交流及专家手术示教的高清视像回放;

　　4) 提供医师进修、学生实习的高清教学素材;

　　5) 专家通过远程网络进行手术指导;

　　6) 手术存档，避免医疗纠纷;

　　7) 病人家属观摩(如：产妇分娩过程)，可以满足病人家属观看手术过程的需

　　求。

　　2、录播系统软件功能

　　系统同时支持B/S和C/S架构，通过浏览器就能实现以下功能：

　　1) 直播

　　手术示教是医院进行临床教学的必要手段，但为提高手术质量，降低手术感染率，医院手术室都制定了手术室观摩人数控制指标，严格控制进入手术间人数，这就造成了实习医生学习观摩手术的机会大大减少，不利于提高实习医生的学习质量。视频示教系统多画面同步直播，无需安装插件或软件即可直接在浏览器上播放。可以在手术室外通过大屏幕观摩手术过程，进行实时教学，从而摆脱了传统示教模式在时间、空间和人数上的限制，同时提高了示教系统的安全系数。

　　2) 录制

　　对手术影像和场景视频进行全程的实时记录，可以直接将多画面资源模式和单画面电影模式同时录制成MP4等文件，支持即时录制，课件在录制中可以暂停、停止等操作，用于日后教学。有些具有争议的手术，可以利用这些视频资料作为科学判断的依据。手术后对照这些影像资料进行学术探讨和研究，可以有效提升医生的手术水平。

　　3) 点播

　　客户端通过浏览器或本地解码器即可实现课件点播。具备课件评论、讨论功能，可以下载试题及演示文稿。无需安装插件或软件。

　　4) 编辑

　　对录制好的课件可以修改信息，资料上传、添加封面和LOGO。

　　音视频编码采集

　　提供1路音视频输入和输出接口，每路接口满足以下要求。

　　支持接口及分辨率：

　　VGA分辨率：1920×1080@60以下自动适应，即插即用。

　　HDMI分辨率：1920×1080@60以下自动适应，即插即用。

　　高清HD-SDI：1080P、720P

　　4.方案拓扑图

　　在本项目中有1个重症救护室的手术信号需要直播，同时也向远程的合作医院提供实时手术实况观摩，学生点播学习等功能，且可通过网络远程访问，实时收看手术实况或点播手术录像，实现远程医疗和培训。具体组网图如下：

　　如上图：重症救护室在进行手术的时候，通过流媒体服务器的直播或点播功能，任意医院办公室也可同时收看，信息包括：手术摄像机拍摄实况，医疗影像实时信息等，达到学术交流、培训的功能。

　　1、方案描述

　　如上图所示，此次系统主要分为中心机房、手术室、局域网、示教室、医务室 ，具体说明如下：

　　1) 中心机房： 中心机房主要放置流媒体录播服务器，流媒体录播服务器通常放置在机房，7*24小时不间断运行，以便学员随时观看示教资料。主要把手术室中的编码器采集来的信号进行整合，整合后记录存储，同时可把所有信息内容传播到网络内。保存下来的文件可提供给用户进行点播回放观看。管理员通过WEB方式进行服务器的管理，实现手术录制、直播、点播，用户权限设置、文件删除与下载等功能。

　　2) 手术室：

　　手术室 主要是将全景高清摄像机、内窥镜摄像机、全向拾音器输入到编码器，编码后通过网络传输到机房的流媒体服务器进行整合处理，以便客户端访问录播服务器观看手术的直播和点播。编码器可配置硬盘，编码后的视音频数据在上传到流媒体服务器的时候，同时可以存储在前端的硬盘中。

　　3) 示教室

　　示教室中放置解码器，解码器可以接收、解码显示手术室的编码器发送出来的实时视音频流数据，也可以从流媒体服务器获取录像文件进行解码显示。每台解码器可以同时解码两路1080P60的视频信号，这两路信号可以以画中画的方式进行显示。

　　4) 医务室

　　在任何一个可连接局域网的医务室，可以通过电脑上的web浏览器浏览手术室中的编码器发送出来的实时视音频流数据，也可以浏览流媒体服务器上的录像文件。

　　5) 局域网

　　局域网由交换机、路由器组成，负责传输网络流数据，将各个部分联通起来。

　　2、实现功能

　　1）同步录制

　　同步录制手术室中的各种医疗仪器的信号，摄像头的视频、音频(AV信号)和计算机动态屏幕内容(VGA信号)，即可将手术现场的图像、声音和各种医疗仪器的信号、计算机上所显示的病人信息等内容同步录制到一个文件中，每个编码器最多支持2路可视信号及1路声音的任意组合录制，可满足拼接大屏录制等更多应用的需求。

　　2）实时直播

　　可通过单播或组播方式将手术现场的医疗仪器的信号、术野信号、音频、计算机动态屏幕在网络上进行实时直播，接收直播可以通过二种方式：一是通过PC机接收现场的直播信号;另外一种是通过解码器终端接收直播信号。

　　图  直播接收画面

　　3）VOD点播

　　系统内置VOD点播功能，用户可通过IE浏览器或媒体播放器两种方式点播已录制好的存储在多媒体录播服务器上的文件。本地解码器也可以通过接入鼠标键盘，通过GUI界面选择需要解码的视频流。点播时可观看到的内容包括视频、音频和计算机屏幕内容。支持多级用户权限控制。

　　4）用户管理

　　支持多级用户权限及用户组功能，用户可灵活进行权限分配。

　　支持在线用户管理功能，可进行在线用户统计、点名及挂断等操作，方便用户对远程培训过程的管理。

　　5）文件管理

　　硬盘上的录像文件，可以通过FTP服务器访问，对录制好的文件进行管理，可进行更名、删除、下载、归档等操作。下载后可将录制文件刻成光盘以便保存。

　　6）编辑功能

　　通过后期媒体编辑软件对录制好的文件进行编辑剪辑，剪切合并，多轨道媒体流编辑等功能。编辑过程不会影响视频、音频和计算机动态屏幕的同步播放。

　　系统支持批量转码功能，可将前期录制的会议文件批量转换成其他通用格式的文件(如MP4、MKV、FLV、TS等格式的媒体文件)，便于其他通用的播放器播放。

　　3、方案特点

　　1) 全面记录、同步存储、同步回放

　　每个编码器支持2路1080P60的可视信号的同步组合录播，可满足复杂手术及诊治环境下(如心脏介入治疗手术)医疗影像信号的全面完整记录，录制信号存储在指定的文件中，方便传播及事后同步回放。

　　图 复杂手术环境下手术示教录制效果

　　2) 高清影音记录

　　视频清晰度采用最先进H.264算法，支持720P/1080P，向下支持CIF/4CIF/576p，最高可达1920×1080@60，音频采用AAC-LC算法，44.1k及以上采样，可高清晰记录和传播手术全程影音信息，充分展示手术示教和手术转播成果。

　　3) 接口丰富，支持各种专业医疗影像设备信号采集

　　支持VGA、DVI、HDMI、SDI/HD-SDI等各种信号接口，可满足全景摄像机、术野摄像机、内镜、病人监护仪等现场视频与各种医疗影像设备信号的同步采集、录制、传输的需要。

　　V-TECH  手术示教和手术转播系统提供两种接收显示方式：解码器(硬件方式)、PC(软件方式)，用户可根据示教观摩场所的功能及用途进行灵活选择。

　　5) 分布式架构，模块化布局，充分满足系统弹性扩展需要

　　系统采用分布式架构，模块化布局，编码器和流媒体服务器可根据手术室的类型和数量进行灵活组合，可视信号管理平台等功能模块可根据系统规模及管理需要进行配置部署。

　　系统的分布式、模块化的特点可充分满足系统随医院整体信息化建设的弹性扩展需要，弹性扩展体现在两个维度：

　　应用扩展 ：从基础的手术示教、手术转播应用扩展到到远程医疗、远程探视，进而到医学课件制作、医学培训资源共享平台等深入应用，可弹性满足医疗机构各类信息化应用的需要;

　　机构扩展 ：从院内各机构、科室扩展到院外医院、院校、医疗主管部门等各相关机构，可充分在全社会利用和共享医疗资源。

　　6) 灵活多样的交互方式，方便各种应用开展的需要；

　　系统支持双向语音交互，可方便各级医疗机构，尤其是教学医院开展远程医疗教学等应用的需要。

　　三、产品介绍

　　1.  V-TECH 高清编码 DVR

　　高清编码器是V-TECH  自主研发的用于全高清视频信号(1080P60)编码及网络传输的专用硬件设备，可配合流媒体服务器使用。视音频编码器采用高性能DSP处理芯片，嵌入式操作系统，稳定可靠，支持WEB界面管理，可广泛用于各种需要对标清视频信号进行采集并基于IP网络传送的场合，满足高清(视频)会议、教学录播等应用的需要。

　　l 功能：

　　1) 高 清视音频信号采集 、编码及网络传输

　　视音频编码器支持2路高清视频、一路立体声音频的采集、编码及网络传输和支持一路音频输出，可进行双向语音通信。

　　2) 支持标准的RTSP /RTMP 流传输

　　两路视频信号的H264码流可以通过RTSP或者RTMP协议发送到流媒体服务器。

　　3) 支持前端存储，编码器最高可接 2TB 的硬盘。

　　4) 支持多种录制文件格式输出

　　两路视频信号进行H264编码后，可以在前端存储为录像文件，录像文件的格式可配为MP4、MKV、FLV、TS等。

　　5) 支持FTP

　　编码器具备FTP服务器的功能，外部可以通过FTP服务器对编码器硬盘上的录像文件进行下载、删除等操作。

　　l 特点：

　　1) 高清晰： 真正H.264视频编码，更低的码率，更好的图像效果;

　　2) 高清音频： 单声道高清音频AAC-LC编码，44.1khz以上音频采样，超越CD音质;

　　3) 灵活多样的码率控制： 视音频的编码码率可动态调整，可根据各种不同的应用需求和场景进行选择;

　　4) 低延时： 系统基于高性能DSP芯片实现，编码效率及传输效率更高，延时低

　　于0.5s;

　　5) 管理简单方便： 内置Web Server，全面支持IE浏览器配置和升级。

　　l 编码器接口

　　1) 提供两个视频输入接口，这两个接口的接口类型为DVI-I、SDI的任意组合，支持1080P60的视频信号输入。

　　2) 提供一个音频输入接口、一个音频输出接口。

　　l 编、解码器的web页面

　　web页面如下图所示，可以对编码器的编码参数、网络协议参数等进行配置，或者对解码器的输入输出进行配置。

　　l 技术参数：

　　视频输入输出信号……………………DVI、SDI

　　视频输入分辨率………………………支持1080P60、1080P50、1080P30、1080P25、720P60、720P50、UXGA_60(1600x1200)、 XGA_60(1024x768)、SVGA_60(800x600)

　　视频编码压缩…………………………H.264-HP

　　码率……………………………………64kbps-20Mbps可调

　　帧率……………………………………1Hz-60Hz可调

　　录像……………………………………可接SATA，硬盘最大2TB

　　录像封装格式…………………………MKV、MP4、FLV、TS

　　网络接口………………………………1个 RJ45 10M/100m/1000M自适应以太网接口

　　网络传输方式…………………………支持单播、组播、点播、RTSP、RTMP

　　网络协议………………………………RTSP、RTMP

　　USB接口………………………………支持USB1.0、USB1.1、USB2.0协议

　　工作电压………………………………DC5V

　　最大功率………………………………24W

　　参数配置………………………………Web配置、软件配置均可

　　集成开发支持…………………………提供完善的 SDK 开发包

　　定制服务………………………………修改编码方式及传输协议、USB扩展等等

　　2.  V-TECH 高清解码器

　　设备内置H.264高清硬件解码模块，支持1080P60的高清输出，不但可实现视频互动的2路1080P60的高清实时输出，也可通过网络接收来自其它录播系统的直播显示。

　　特点：

　　1) 最多可同时解码两路1080P60视频信号，可同时对编码器的全景摄像头和内窥镜摄像头的视频编码数据进行解码。

　　2) 解码出来的两路视频信号可以通过画中画的方式进行显示。

　　3) 支持对AAC-LC音频编码数据的解码，可进行双向语音通信。

　　4) 可以接入通过鼠标键盘，通过GUI界面选择需要解码的视频流。

　　l 解码器接口

　　1) 提供一个视频输出接口，接口类型为DVI-I。

　　2) 提供一个音频输入口、一个音频输出接口。

　　3) 提供两个USB接口，支持鼠标、键盘的接入。

　　l 解码器的GUI界面

　　l 技术参数

　　视频输出分辨率………………………支持1080P60、1080P30、720P60、UXGA_60(1600x1200)、 XGA_60(1024x768)、SVGA_60(800x600)

　　网络接口………………………………1个 RJ45 10M/100m/1000M自适应以太网接口

　　网络协议………………………………RTSP、RTMP

　　USB接口………………………………支持USB1.0、USB1.1、USB2.0协议

　　工作电压………………………………DC5V

　　最大功率………………………………24W

　　参数配置………………………………Web配置、软件配置均可

　　集成开发支持…………………………提供完善的 SDK 开发包

　　定制服务………………………………修改编码方式及传输协议、USB扩展等等

　　3.流媒体服务器

　　流媒体服务器接收编码器发送来的视音频编码数据，然后将数据进行存储和转发。其接收编码器的视音频编码数据的协议，支持RTSP、RTMP。流媒体服务器以RTMP协议的方式对视音频数据进行转发，任何一台运行web浏览器的PC设备可直接通过web浏览器访问流媒体服务器上的直播流或者录像文件。

　　功能特点:

　　1. 支持BS、CS架构，可通过页面和客户端对流媒体服务器进行网络参数、录像参数、转发参数等相关配置，以及录像文件的删除、下载等;

　　2. 支持接收编码器以RTSP/RTMP协议发送来的视音频编码数据;

　　3. 视音频编码数据的转发使用RTMP协议的方式;

　　4. 支持多台编码器同时上传数据;

　　5. 支持多个用户同时访问直播流或者录像文件;

　　6. 具备两个1000Mbps网口;

　　7. 流媒体服务器硬盘使用RAID结构，使硬盘数据的安全性得到很大的保障。

　　8. 7x24小时稳定运行。

　　重要参数:

　　标配2个英特尔 至强 处理器 E5-2407 (四核2.2GHz,10MB共享三级缓存,80W) 可支持最大2个处理器，

　　标配16GB PC3L-10600R (DDR3-1333) 低电压内存, 最大支持12个DDR3内存插槽; 标配集成1个HP Smart Array B120i 智能阵列控制器;

　　光驱： 标配不提供

　　网络控制器： 1个1Gb 366i 以太网适配器(4端口)

　　系统管理： iLO Management Engine、Insight Control

　　电源类型： 热插拔冗余电源

　　电源数量： 1个

　　电源功率： 460W

　　四、公司简介

　　北京威泰嘉业科技有限公司位于北京中关村科技园区-北京市海淀区永丰科技园区。公司发展始终致力于电子信息技术产品的研究与开发。威泰嘉业是领先的视频产品的提供商，威泰嘉业提供领先的视频处理产品和专业的行业解决方案及技术服务。威泰嘉业是A/V行业数字化、网络化、高清智能化的践行者和重要推动者。

　　威泰嘉业产品满足可视信息化对所有种类的高清数字视频信号的图像处理以及信号“切换-转换-传输-控制”。

　　威泰嘉业产品满足不同传输介质的视频信号：数字及数据线缆、IP网络及光纤、同轴电缆、VGA线缆、双绞线等格式接口信号的传输、交换及信号格式转换。

　　威泰嘉业产品拥有多项自主知识产权，自主研发的：视频综合管理平台、分布式视频编/解码设备、录播产品、特技效果无缝切换混合矩阵、光纤矩阵及光传输设备、模拟信号矩阵及信号转换、分配器等专用和通用设备。

　　我们是这行业领域的先驱!威泰嘉业最先于 1996 年将计算机视频信号“切换-转换-传输”设备引进国内市场，使视频信号处理设备在A/V行业中得到广泛的应用。我们至今自始至终保持坚定的洞察力和信心，在市场竞争中，保持我们向前发展的技术和专长。创新科技、技术领先的产品为广大工程商提供强有力的支持与服务。

　　公司在新疆、成都、上海、杭州、广州、西安、沈阳、武汉、南京、郑州、长沙、济南、天津等十四个区域设立办事及服务机构。能够为广大用户提供及时的技术保障和服务。

　　威泰嘉业秉承“诚信、服务、创新 ”的经营理念，为所有可视信息化的用户及建设者提供先进解决方案，为行业的发展贡献我们的智慧和力量。

　　研发实力

　　Ø 高学历高品质的研发团队：是全国矩阵行业中拥有最大研发团队的公司之一

　　Ø 自主知识产权(截止2014年底)：专利(含专利申请)几十项，软件著作权几百项。

　　Ø 研发费用：占企业销售额7%以上，绝对数额占据业内前茅

　　Ø 业内专家单位：主持或参与多个矩阵信号标准和矩阵相关行业标准的制订