沈崇德 童思木

“千里眼”和“順風耳”是中國古代對信息獲取的一種期待，而3G技術的引入使夢想變?yōu)楝F(xiàn)實?；?G技術的應用系統(tǒng)是目前中國醫(yī)院信息化最前沿的應用領域之一，是在醫(yī)院信息化高度發(fā)達、移動運營商大力支持、并運用物聯(lián)網(wǎng)技術相結合的產(chǎn)物[1-2]。我院應用物聯(lián)網(wǎng)3G技術在智能手機上進行了一系列創(chuàng)新研究和應用實踐。其中，遠程移動智能監(jiān)控系統(tǒng)被稱之為“神眼系統(tǒng)”，是體現(xiàn)3G優(yōu)勢的核心應用之一。

1 神眼系統(tǒng)的概念

醫(yī)院“神眼系統(tǒng)”是指基于物聯(lián)網(wǎng)3G通訊技術的遠程移動智能監(jiān)控系統(tǒng)，將醫(yī)院數(shù)字監(jiān)控獲得的音視頻信息通過3G網(wǎng)絡發(fā)送到醫(yī)院高層核心管理者的智能手機上，醫(yī)院院長可以通過智能手機的特定軟件實時監(jiān)看醫(yī)院各個視頻監(jiān)控區(qū)域的現(xiàn)場情況，并能支持音頻監(jiān)聽、圖像抓拍、點播錄像、接收報警及云鏡控制等功能。該系統(tǒng)是面對醫(yī)院高層管理者的應用支持系統(tǒng)，使醫(yī)院院長能夠將醫(yī)院放在“掌心”中，裝在“口袋”里。

2 神眼系統(tǒng)的研究開發(fā)思路

本系統(tǒng)針對數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用，基于C/S或B/S架構，支持計算機本地監(jiān)控、網(wǎng)絡和手機遠程監(jiān)控，支持有線、無線音頻視頻服務器接入，支持第三方產(chǎn)品的接入定制、3G環(huán)境下手機碼流輸出[3]。系統(tǒng)采用3層結構設計、框架結構開發(fā)，體現(xiàn)“基于平臺、面向應用、易于業(yè)務擴展”的總體設計思路，多級級聯(lián)、結構開放，支持多樣化的終端接入能力，跨平臺，跨瀏覽器，用戶可以通過不同制式的手機、PC以及嵌入式設備接入。平臺采用集中式管理、分布式部署的結構，具有便于管理、負載均衡及擴展靈活等優(yōu)點[4]。系統(tǒng)和設備中的每個資源都配置唯一的ID。3G通訊環(huán)境下手機客戶端音頻和視頻最優(yōu)化的傳輸效果、觀看效果以及存儲調用是本系統(tǒng)部署關注的重要內(nèi)容[5]。在信息安全方面，充分利用網(wǎng)絡隧道、視頻音頻壓縮算法、防火墻/VPN、權限管理、安全認證等技術，保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權使用和破壞。

“神眼系統(tǒng)”規(guī)模雖然不大，但網(wǎng)絡結構較為復雜，系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲如圖1所示。

圖1 “眼神系統(tǒng)”網(wǎng)絡拓撲圖

3 “神眼系統(tǒng)”的系統(tǒng)構成

“神眼系統(tǒng)”的系統(tǒng)構成包括硬件和軟件。硬件由前端視頻采集編碼設備、中心集中管理平臺系統(tǒng)及用戶客戶端組成[5]。用戶客戶端包括智能手機及PC；監(jiān)控前端數(shù)據(jù)采集管理設備包括各類監(jiān)控攝像頭、云臺、音頻采集器、編解碼器及硬盤錄像機等；中心集中管理平臺系統(tǒng)為數(shù)字視頻監(jiān)控管理的服務器集群，主要包括核心管理功能的中心服務器、實現(xiàn)視頻流的分發(fā)的碼流分發(fā)服務器、支持網(wǎng)絡點播和手機點播的手機流轉碼流媒體點播服務器、支持集中存儲管理的存儲服務器[6-7]。其中手機碼流服務器是本系統(tǒng)的特殊設備，能夠適應不同性能手機的解碼能力和不同無線帶寬的視覺效果，能夠為不同帶寬的用戶提供不同視覺效果的視頻流，最大程度利用現(xiàn)有的無線通訊網(wǎng)絡，支持將一路視頻通過轉碼子模塊轉成多種尺寸、多種幀率和碼率的媒體流，便于不同手機的播放。視頻編碼有多種方式，為適應手機應用，本項目采用H.264視頻壓縮算法，實現(xiàn)了高清晰圖像的低網(wǎng)絡帶寬傳輸，手機實時查看視頻可達15～25 fps，視頻圖像實時、流暢[8]。軟件包括數(shù)字化視頻監(jiān)控管理平臺的管理軟件和手機客戶端軟件。數(shù)字化視頻監(jiān)控管理平臺軟件具備數(shù)字視頻監(jiān)控管理的各種功能，支持MS SQL2000、MS SQL2005、My SQL等常見的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的接口有專門的功能單元實現(xiàn)。不僅支持Windows操作系統(tǒng)，且支持Linux操作系統(tǒng)，支持WEB方式人機交互。

手機客戶端軟件為定制軟件，支持RTS視頻解碼，包括H.264(Baseline、Main Profile)、Mpeg4、MJPEG；支持音頻解碼，包括AMR、ADPCM、G723等[9]。手機客戶端軟件初始設計為支持Android2.0以上。運行成功后，針對用戶持有不同的智能手機，采用不同的操作系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)應用的普適性和靈活性，降低因使用該系統(tǒng)而必須調整的情況，手機客戶端軟件可根據(jù)手機情況靈活開發(fā)，均支持視頻觀看。目前已可以支持手機Symbian V3.0以上各版、Windows Mobile各版本、Linux、iPhone、BlackBerry、Java插件方式等。為了保證良好的分辨率和總體性能，我院主要選擇使用三星909i智能手機。

4 “神眼系統(tǒng)”的主要功能

“神眼系統(tǒng)”包括手機端應用系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控管理平臺。在功能實現(xiàn)上涉及以上2個方面，其特色體現(xiàn)在手機端應用系統(tǒng)。

4.1 手機端應用系統(tǒng)功能

手機端應用系統(tǒng)是該系統(tǒng)用戶層業(yè)務呈現(xiàn)的核心部分。系統(tǒng)通過WAP頁面能展現(xiàn)相應的監(jiān)控點和點播內(nèi)容，并能通過點擊WAP鏈接激活手機流媒體播放器，進行播放相應內(nèi)容[3,10]。用戶可通過自帶的流媒體播放器完成鑒權登錄以及賬戶密碼修改、視頻觀看和控制，將監(jiān)控點分享給其他用戶等功能[5]。其中手機軟件的主要功能為：①視頻查看，實時播放監(jiān)控攝像頭的視頻，支持多個監(jiān)控點隨意切換，多部手機同時監(jiān)控[10]；②音頻監(jiān)聽，實時播放監(jiān)控攝像頭采集的音頻；③全屏播放，根據(jù)手機屏幕大小實現(xiàn)全屏播放；④圖像抓拍，在播放過程中抓拍圖像，并將圖片保存在手機內(nèi)存中；⑤監(jiān)控列表，根據(jù)用戶權限獲得監(jiān)控列表，并能逐一播放；⑥點播錄像，可播放點播內(nèi)容，并實現(xiàn)暫停、快進和快退等操作；⑦接收報警，系統(tǒng)的報警信息能及時知情，監(jiān)控現(xiàn)場發(fā)生意外情況時可立刻向指定手機報警，并抓拍現(xiàn)場圖像到指定郵箱[11]；⑧云鏡控制，通過手機能控制前端攝像頭的上下左右轉動以及鏡頭的光圈、變焦及變倍的操作[10]；⑨參數(shù)設置，可設置音量、緩沖區(qū)大小等參數(shù)；⑩其他功能，可申請不同碼流，根據(jù)網(wǎng)絡帶寬選擇或者自適應獲取最優(yōu)的視頻流。

4.2 數(shù)字視頻監(jiān)控管理平臺

數(shù)字視頻監(jiān)控管理平臺是一個基于IP網(wǎng)絡的多媒體信息管理控制平臺，實現(xiàn)數(shù)字視頻采集、管理、存儲等功能，包括平臺業(yè)務模塊、平臺管理模塊、無線視頻監(jiān)控接入子系統(tǒng)、流媒體模塊、終端播放子系統(tǒng)5個主要部分[12]。平臺業(yè)務模塊包括業(yè)務管理、目錄管理、訂購管理、用戶管理和統(tǒng)計報表等功能；平臺管理模塊包括設備接入管理、視頻資源管理、日志管理、賬戶權限管理及服務器集群管理5個主要部分。流媒體模塊是平臺能力的核心模塊，是用戶和設備之間的服務層，包括信令交互中心、用戶接入服務、設備接入服務和視頻流處理單元等。系統(tǒng)軟件還支持服務器錄像管理、報警及時提示、報警聯(lián)動、流媒體在線點播系統(tǒng)及GPS定位系統(tǒng)等功能。手機端瀏覽實時圖像的同時，支持電腦端同步對圖像進行瀏覽、錄像、回放及管理。

5 結果與結論

基于良好的信息化基礎，集成優(yōu)秀的軟件開發(fā)，利用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術，我院于2010年底分步建設包含遠程移動監(jiān)控在內(nèi)的基于物聯(lián)網(wǎng)3G技術系列應用系統(tǒng)，創(chuàng)新醫(yī)院數(shù)字化服務價值。本項目采用的3G通訊為電信3G的EVDO技術，遠程監(jiān)控手機端視頻監(jiān)控點位選擇了24路關鍵的監(jiān)控點位。一年多來，電信3G的遠程監(jiān)控“神眼系統(tǒng)”運行良好。智能手機的用戶，如蘋果、WinCE，Windows Mobil、塞班等操作系統(tǒng)的用戶，可以下載安裝專用的手機客戶端軟件。院長隨時隨地可通過智能手機觀察到門診大廳患者排隊情況、了解醫(yī)患溝通室醫(yī)患溝通及醫(yī)療糾紛處理情況；急診搶救秩序以及自己辦公室門口的等候者?？梢约磿r抓拍、隨時獲取實時畫面；可用手機遠程控制監(jiān)控點攝像頭啟動轉動、停止轉動以及上下左右轉動；可用手機遠程將畫面拉近或拉遠觀看。同時也可通過電腦觀看監(jiān)控視頻。

“神眼系統(tǒng)”可實現(xiàn)實時監(jiān)控，隨時隨地滿足管理者的需求；可實現(xiàn)跨地域監(jiān)控，為醫(yī)院管理者提供了基于移動網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控服務，拓展了視頻監(jiān)控應用范圍和應用方式；方便的自主服務管理和用戶體驗，有效滿足了管理者的需求。物聯(lián)網(wǎng)3G通訊和數(shù)字技術使“神眼系統(tǒng)”真正實現(xiàn)了用戶的3A服務體驗：做到任何時候、從任何地方、對任何現(xiàn)場都能實時監(jiān)控。

該系統(tǒng)具有操作簡便、功能豐富、開放性好、便于擴展、應用需求較大等特點，具有在醫(yī)院數(shù)字化建設和現(xiàn)代管理進程中推廣的價值。

[1]向仕平,陳昊,周民偉.基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化網(wǎng)絡醫(yī)院建設[J].解放軍醫(yī)院管理雜志,2012,19(1):79-82.

[2]朱浩然,安海燕,李元偉.物聯(lián)網(wǎng)技術在構建智能化醫(yī)院方面的研制[J].中國醫(yī)學裝備,2011,8(9):53-55.

[3]林承德,李少林,謝雄.基于3G無線網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應用,2012,21(3):209-212.

[4]Li J,Hao WD.Research and design of embedded network video monitoring system based on Linux[J].Computer Science and Software Engineering,2008International Conference on,2008(12):1310-1313.

[5]王超,鄭培元,卜佳俊.基于BREW手機的移動監(jiān)控客戶端設計[J].計算機工程與設計,2010,31(7):1401-1405.

[6]車軍,駱菲,郭錫斌.實行一體化網(wǎng)絡監(jiān)控,打造“平安醫(yī)院”[J].現(xiàn)代醫(yī)院管理,2012(1):72-73.

[7]陳舒,張星明.一個數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].微計算機信息,2012,28(4):30-33.

[8]賀禮,陳前斌,唐倫,等.基于3G無線網(wǎng)絡實時傳輸MPEG.4流媒體的設計與實現(xiàn)[J].計算機應用研究,2008,25(6):1856-1859.

[9]高嵩,趙方,宋茂強.移動流媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計[J].計算機應用研究,2009,26(3):1044-1046.

[10]吳紅娉,楊森.基于3G的無線視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的設計與應用[J].計算機時代,2011(9):19-21.

[11]李和,莫金旺,趙利.基于WMN的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].微型機與應用,2011,30(21):64-66.

[12]陶俊杰.淺析數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].微型電腦應用,2007,23(7):56-58.