姜 濤，潘新華，譚 珂，郭天泉

解放軍總醫(yī)院教育技術(shù)中心，北京 100853

解放軍總醫(yī)院是一所大型綜合性醫(yī)院，承擔(dān)著醫(yī)療、保健、科研、教學(xué)等任務(wù)，教學(xué)的主體為研究生和進(jìn)修生，教學(xué)場(chǎng)所分布在文化中心和教學(xué)大樓。在教學(xué)工作中，通過(guò)播放手術(shù)錄像、影像教材等資料，能使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)醫(yī)學(xué)知識(shí)的理解，獲取醫(yī)療工作經(jīng)驗(yàn)，提高臨床操作技能［1］。教學(xué)播出系統(tǒng)借助教學(xué)播放設(shè)備和信息傳輸技術(shù)將視、音頻醫(yī)學(xué)教材以直觀的形式遠(yuǎn)程呈現(xiàn)給學(xué)生，從而達(dá)到教學(xué)目的。為滿(mǎn)足當(dāng)前教學(xué)播出靈活化、多樣化、網(wǎng)絡(luò)化和便捷化的需求，我們結(jié)合現(xiàn)有醫(yī)學(xué)教育媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)，應(yīng)用數(shù)字播出技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)，在原教學(xué)播出系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)建設(shè)了醫(yī)學(xué)臨床教育數(shù)字播出系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)，學(xué)生可在教室內(nèi)進(jìn)行集中的觀摩學(xué)習(xí)活動(dòng)，也可在院內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上以直播或點(diǎn)播的方式獨(dú)自學(xué)習(xí)影視教材，并可為患者播放健康教育節(jié)目。

1 流程設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)對(duì)數(shù)字教材或原盤(pán)帶教材進(jìn)行數(shù)字化采集，制作完成的教學(xué)節(jié)目按編目存儲(chǔ)于媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中。當(dāng)播放教學(xué)節(jié)目時(shí)，數(shù)字播出主機(jī)先將所播節(jié)目從媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中調(diào)用到本地(利于節(jié)目播出的流暢性及穩(wěn)定性)，然后按照教學(xué)播出表播出。通過(guò)AV矩陣將節(jié)目信號(hào)根據(jù)教學(xué)安排切換輸出至編碼器計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的調(diào)制器，編碼器計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)采集、編碼后將實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)推送至流媒體服務(wù)器，再通過(guò)院內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸至各個(gè)計(jì)算機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)直播和點(diǎn)播的功能，經(jīng)調(diào)制器調(diào)制的信號(hào)通過(guò)CATV網(wǎng)絡(luò)傳輸至各個(gè)教室和病房，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和健康教育的功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2．1 數(shù)字播出技術(shù)

數(shù)字播出技術(shù)是將視、音頻醫(yī)學(xué)教材以數(shù)字化格式存儲(chǔ)于媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)播出軟件調(diào)用節(jié)目數(shù)據(jù)并控制節(jié)目播出的技術(shù)。它集多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)字視音頻編解碼技術(shù)、自動(dòng)化播出技術(shù)于一身［2］，具有開(kāi)放的軟硬件平臺(tái)，擴(kuò)展能力強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)播出系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化［3］，多用于電視臺(tái)的節(jié)目播出。

2．2 流媒體技術(shù)

流媒體技術(shù)就是使用流式傳輸技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布以時(shí)間為基礎(chǔ)的多媒體數(shù)據(jù)技術(shù)，包括流媒體數(shù)據(jù)的采集、壓縮、編碼、存儲(chǔ)、傳輸及網(wǎng)絡(luò)通信等［4］。它將連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過(guò)壓縮分割打包處理后實(shí)時(shí)地向客戶(hù)端順序傳送，當(dāng)客戶(hù)端的系統(tǒng)緩存中存儲(chǔ)一定量的數(shù)據(jù)后，流媒體播放器才從緩存中提取數(shù)據(jù)并進(jìn)行播放，同時(shí)新的數(shù)據(jù)陸續(xù)地下載到緩存中，從而實(shí)現(xiàn)邊下載、邊播放的實(shí)時(shí)性。當(dāng)用戶(hù)在網(wǎng)上瀏覽流媒體文件時(shí)可進(jìn)行暫停、快進(jìn)、倒退等操作，交互性更好。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)由非線(xiàn)性編輯子系統(tǒng)、媒體資產(chǎn)管理子系統(tǒng)、數(shù)字播出子系統(tǒng)、CATV傳輸子系統(tǒng)、流媒體子系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

非線(xiàn)性編輯子系統(tǒng)對(duì)教學(xué)素材編輯后渲染生成高碼流(8 Mbps)的教學(xué)節(jié)目［5］，按照編目類(lèi)別將教學(xué)節(jié)目上載于媒體資產(chǎn)管理子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，數(shù)字播出子系統(tǒng)從媒體資產(chǎn)管理子系統(tǒng)中將節(jié)目數(shù)據(jù)調(diào)用到本地播出，此三個(gè)系統(tǒng)間通過(guò)內(nèi)部的千兆局域網(wǎng)傳輸教學(xué)節(jié)目。數(shù)字播出子系統(tǒng)播出的視音頻信號(hào)經(jīng)CATV傳輸子系統(tǒng)傳輸至多媒體教室和病房的視頻顯示終端。流媒體子系統(tǒng)將視音頻信號(hào)采集、壓縮、生成適于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡痛a流(512 Kbps)的流式數(shù)據(jù)，經(jīng)院內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸至各個(gè)計(jì)算機(jī)終端。非線(xiàn)性編輯子系統(tǒng)位于多媒體工作室，媒體資產(chǎn)管理子系統(tǒng)位于媒體資源庫(kù)機(jī)房，數(shù)字播出子系統(tǒng)、流媒體服務(wù)器和CATV傳輸子系統(tǒng)的調(diào)制器位于播放機(jī)房。

3．1 非線(xiàn)性編輯子系統(tǒng)

此子系統(tǒng)由非線(xiàn)性編輯工作站和錄像機(jī)等組成，其功能是通過(guò)視頻采集卡、聲卡將盤(pán)帶視頻教材進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換［6］，用非線(xiàn)性編輯軟件(如:Vegas、After Effects、Premiere、Edius等)對(duì)教材和視音頻素材進(jìn)行加工處理，按照6-8Mbps的碼率渲染成Mpeg-2文件，將成片的教學(xué)節(jié)目上載到媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)的媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可從媒體數(shù)據(jù)庫(kù)下載素材用于編輯。

3．2 媒體資產(chǎn)管理子系統(tǒng)

我院現(xiàn)有的媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)能對(duì)所有媒體類(lèi)資源(包括視頻、音頻、圖片等)進(jìn)行采集、制作、播出、保存和再利用，是一個(gè)綜合媒體資產(chǎn)管理平臺(tái)，它融合了數(shù)字視頻壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸、資料檢索、存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)［7］。按照影視成片編目分類(lèi)，對(duì)非線(xiàn)性編輯子系統(tǒng)制作的教學(xué)節(jié)目進(jìn)行節(jié)目層、場(chǎng)景層、鏡頭層和關(guān)鍵幀等多層次編目［8］，以Mpeg-2文件存儲(chǔ)于媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)生成Mpeg-4文件用于檢索瀏覽;如需某一教材，則通過(guò)媒體資源管理系統(tǒng)的檢索模塊依據(jù)節(jié)目編目屬性(如節(jié)目名稱(chēng)、主題、類(lèi)型、來(lái)源、人物簡(jiǎn)介等)查詢(xún)相關(guān)信息，檢索到后將其Mpeg-2文件下載到數(shù)字播出子系統(tǒng)供教學(xué)直播使用，Mpeg-4文件下載到流媒體服務(wù)器用于網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播。兩系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，使媒體資源的教學(xué)作用得以充分發(fā)揮。

3．3 數(shù)字播出子系統(tǒng)

此子系統(tǒng)首先從媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)中將教學(xué)節(jié)目數(shù)據(jù)調(diào)用到本地，然后按照設(shè)置好的教學(xué)播表，由軟件控制完成教學(xué)節(jié)目的自動(dòng)播出，所播出的信號(hào)經(jīng)Mpeg-2播出卡轉(zhuǎn)換為AV信號(hào)，再經(jīng)AV矩陣根據(jù)教學(xué)需求切換輸出至編碼器計(jì)算機(jī)(數(shù)字化編碼)和調(diào)制器(模擬調(diào)制)，并可通過(guò)監(jiān)視器監(jiān)看播放的教學(xué)節(jié)目，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)字播出子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3．3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)此子系統(tǒng)主要由兩套數(shù)字播出主機(jī)和AV矩陣組成，并包括盤(pán)帶播放機(jī)、DVD機(jī)等輔助播出設(shè)備。播出主機(jī)配有Mpeg-2編解碼卡并裝有自動(dòng)播放軟件系統(tǒng)，其硬盤(pán)采用RAID-5結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)教學(xué)節(jié)目。兩套主機(jī)相互獨(dú)立作業(yè)，互不影響。其兩路信號(hào)與錄像機(jī)、DVD機(jī)等原有設(shè)備接入16×16AV矩陣，將AV矩陣切換控制軟件裝入任一播出主機(jī)，通過(guò)RS-232線(xiàn)控制AV矩陣完成信號(hào)源的選擇切換。矩陣的輸出共14路，10路分別輸往對(duì)應(yīng)的10個(gè)調(diào)制器，其調(diào)制的7個(gè)頻道用于教學(xué)，3個(gè)頻道用于健康教育;2路輸往編碼器計(jì)算機(jī)用于網(wǎng)絡(luò)直播;2路輸往監(jiān)視器。此系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，且性?xún)r(jià)比較高，便于播出主機(jī)和調(diào)制器的擴(kuò)充。

3．3．2 軟件功能播出軟件是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，決定著系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、播出質(zhì)量和播出實(shí)效，其主要功能為:①一個(gè)教學(xué)播表可同時(shí)編排多天的教學(xué)節(jié)目，并能實(shí)現(xiàn)節(jié)目單的在線(xiàn)編輯和修改，方便節(jié)目調(diào)整;②支持人工播出、順序播出、定時(shí)播出、定時(shí)插播、觸發(fā)插播、跟隨播出等多種播出模式;③支持VCD/DVD/Mpeg-1/Mpeg-2等多種文件格式的直接播放，使教學(xué)節(jié)目的格式選擇更豐富;④動(dòng)態(tài)判別節(jié)目時(shí)碼長(zhǎng)度，動(dòng)態(tài)更新節(jié)目單總長(zhǎng)及當(dāng)前播出狀態(tài);⑤根據(jù)欄目名稱(chēng)、欄目類(lèi)別、播出時(shí)間、節(jié)目名稱(chēng)等關(guān)鍵詞可完成節(jié)目的保存、歸檔和檢索，便于隨時(shí)查詢(xún)和調(diào)用。

3．4 CATV傳輸子系統(tǒng)

此子系統(tǒng)在原CATV傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，將教學(xué)節(jié)目信號(hào)傳輸至各個(gè)多媒體教室和醫(yī)療區(qū)病房(如圖3所示)。信號(hào)分三路傳輸:一路傳輸至文化中心的多媒體教室，一路傳輸至教學(xué)大樓的多媒體教室，另外一路接入醫(yī)療區(qū)有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)，為病房輸送健康教育節(jié)目。調(diào)制器將教學(xué)節(jié)目分別調(diào)制在低端頻道，采用鄰頻方式在同軸電纜中傳輸，其應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)符合國(guó)家GY/T 106-1999有線(xiàn)電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求。

3．5 流媒體子系統(tǒng)流媒體子系統(tǒng)由運(yùn)行編碼器的計(jì)算機(jī)、Web服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、播放機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成［9］。流媒體節(jié)目源有兩種:其一為播放的實(shí)時(shí)節(jié)目，運(yùn)行編碼器的計(jì)算機(jī)將播放的A/V信號(hào)通過(guò)音視頻采集卡轉(zhuǎn)換為適于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a率為512 Kbps的．wmv文件格式，再使用HTTP協(xié)議將內(nèi)容推送到流媒體服務(wù)器，然后由其完成流數(shù)據(jù)的廣播;其二為從媒體資產(chǎn)管理子系統(tǒng)中下載的Mpeg-4編碼的．wmv文件(如圖4所示)。在流媒體服務(wù)器上分別將編碼器計(jì)算機(jī)和．wmv文件設(shè)置為廣播發(fā)布點(diǎn)，并在Web服務(wù)器上添加節(jié)目的鏈接［10］，當(dāng)用戶(hù)在網(wǎng)頁(yè)上單擊鏈接請(qǐng)求內(nèi)容時(shí)，Web服務(wù)器將請(qǐng)求重新定向到流媒體服務(wù)器，并在用戶(hù)的計(jì)算機(jī)上打開(kāi)播放機(jī)，然后流媒體服務(wù)器與播放機(jī)建立直接連接，并開(kāi)始向用戶(hù)傳輸內(nèi)容，用戶(hù)端播放機(jī)(如Windows Media Player)負(fù)責(zé)接收解碼流數(shù)據(jù)。流媒體服務(wù)器在分發(fā)實(shí)時(shí)節(jié)目的同時(shí)將節(jié)目數(shù)據(jù)保存在指定目錄，并用于用戶(hù)的點(diǎn)播服務(wù)。

圖4 流媒體子系統(tǒng)框圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用

該數(shù)字播出系統(tǒng)滿(mǎn)足了教學(xué)的實(shí)際需求，為醫(yī)學(xué)教育提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，使手術(shù)錄像、醫(yī)學(xué)教材等豐富的教學(xué)資源得到更充分的利用。

4．1 教室集中教學(xué)

通過(guò)系統(tǒng)可將教學(xué)視頻靈活傳輸至各教室，方便教學(xué)安排，為學(xué)生提供清晰的視音頻教材，滿(mǎn)足教學(xué)需求。

4．2 網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)

通過(guò)流媒體服務(wù)器可將視音頻教材壓縮編碼成適于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，滿(mǎn)足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)直播、點(diǎn)播需求。

4．3 病房健康教育

將健康教育節(jié)目調(diào)制到電視頻道，傳輸至醫(yī)療區(qū)，病人可通過(guò)電視機(jī)收看，滿(mǎn)足病區(qū)健康教育需求。

4．4 教學(xué)直播

將教師授課的視音頻信號(hào)接入系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)教室及網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)直播。

基于數(shù)字播出技術(shù)和流媒體技術(shù)建成的數(shù)字播出系統(tǒng)，為醫(yī)學(xué)教育教學(xué)的開(kāi)展提供了先進(jìn)的教學(xué)手段。該系統(tǒng)在教室集中教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)、病房健康教育等工作中得到了廣泛應(yīng)用，深受教師、學(xué)生、臨床醫(yī)師、患者的歡迎，取得了較好的應(yīng)用效果?？紤]到實(shí)際的條件及需求，此系統(tǒng)并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，節(jié)目信號(hào)的有線(xiàn)電視傳輸仍采用了模擬技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率也采用了低碼流。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及推廣，網(wǎng)絡(luò)帶寬的提升，將來(lái)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，視頻圖像達(dá)到高清標(biāo)準(zhǔn)，為教學(xué)提供更好的技術(shù)支持。

［1］潘新華，郭天泉，譚珂．?dāng)?shù)字手術(shù)影像示教系統(tǒng)的建立與應(yīng)用［J］．中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2007，21(6):241-244

［2］謝紅軍，李國(guó)朝．小型硬盤(pán)播出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］．福建電腦，2006，(9):142-143

［3］石錦，楊兵，李名強(qiáng)，等．淺析數(shù)字硬盤(pán)播出［J］．現(xiàn)代電視技術(shù)，2007，(11):55-57

［4］劉華艷．流媒體技術(shù)特點(diǎn)及其在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用［J］．電腦知識(shí)與技術(shù)，2010，(1):705-706

［5］譚珂，潘新華，郭天泉．FLV流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用［J］．軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，(9):911-912

［6］林桂亮．非線(xiàn)性編輯技術(shù)在高等醫(yī)學(xué)院校課件制作中的應(yīng)用［J］．電腦知識(shí)與技術(shù)，2009，(3):2461-2462

［7］潘新華，郭天泉，譚珂．醫(yī)學(xué)院校媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立與應(yīng)用［J］．中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2008，22(5):494-497

［8］潘新華，譚珂，郭天泉．醫(yī)學(xué)教育視頻資源存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用［J］．軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，(9):915-916

［9］閻飛．基于Windows流媒體技術(shù)的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)［J］．山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，(5):555-557

［10］匡成寶，陳貽品．網(wǎng)頁(yè)發(fā)布Windows流媒體文件的探討［J］．福建電腦，2010，(7):154-155