基于3G點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式的傷病員后送監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

支朝朋，杜洪良，姚媛，孫劍

武警河北省總隊(duì)醫(yī)院 a.信息中心；b.物流中心；c.醫(yī)務(wù)處，河北 石家莊050081

基于3G點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式的傷病員后送監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

支朝朋a，杜洪良b，姚媛c，孫劍a

武警河北省總隊(duì)醫(yī)院 a.信息中心；b.物流中心；c.醫(yī)務(wù)處，河北 石家莊050081

基于3G網(wǎng)絡(luò)，采用H.264視頻壓縮技術(shù)開(kāi)發(fā)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸模式的傷病員后送車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)采集、傳輸和監(jiān)控的設(shè)計(jì)原理和工作流程。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，滿足了無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，保障了醫(yī)療救援隊(duì)與后方醫(yī)院之間進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向音頻和視頻會(huì)診需求。

遠(yuǎn)程會(huì)診；車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；3G網(wǎng)絡(luò)；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式

0 前言

經(jīng)查閱國(guó)內(nèi)外的軍內(nèi)戰(zhàn)場(chǎng)衛(wèi)勤信息化相關(guān)的研究材料，以美軍較為領(lǐng)先，主要是利用自帶的高頻無(wú)線電話，方便與指揮部聯(lián)系；國(guó)內(nèi)解放軍也有進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)我方單兵救援信息呼救系統(tǒng)的研究，利用無(wú)線視頻、音頻系統(tǒng)，方便現(xiàn)場(chǎng)救援人員與醫(yī)學(xué)專家之間的通信聯(lián)系[1]。無(wú)論外軍或我解放軍在戰(zhàn)場(chǎng)是敵對(duì)雙方的戰(zhàn)斗，其醫(yī)療救援目的是單方的，所以其研究?jī)H限于己方傷病員的救治。與外軍和我解放軍戰(zhàn)場(chǎng)衛(wèi)勤保障任務(wù)相比，武警部隊(duì)?wèi)?yīng)急醫(yī)療救援隊(duì)在執(zhí)行突發(fā)事件和自然災(zāi)害醫(yī)療救援中，面向的不僅是武警部隊(duì)參戰(zhàn)官兵，主要是救治受傷受困的人民群眾。因此，武警部隊(duì)擔(dān)負(fù)任務(wù)的不同，救治對(duì)象的不同，決定了我們研究的方向、方法、重點(diǎn)、客體的不同。

自1980年以來(lái)，我國(guó)平均每年有3億人次因自然災(zāi)害受災(zāi)。武警部隊(duì)作為搶險(xiǎn)救災(zāi)的突擊隊(duì)，醫(yī)療救援是災(zāi)害初期首要任務(wù)，而迅速、及時(shí)、準(zhǔn)確、安全、高效是醫(yī)療救援的關(guān)鍵。對(duì)于傷勢(shì)較輕的傷員，在救援現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)處置；而傷勢(shì)較重的傷員，則需要護(hù)送到具有外科手術(shù)能力的野戰(zhàn)醫(yī)院。傷員后送過(guò)程中,傷情不斷變化,需要?？漆t(yī)生實(shí)時(shí)救治，由于醫(yī)療資源有限，陪護(hù)的往往不是?？漆t(yī)生。

本文研究的車載傷病員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可大大提高傷病員后送過(guò)程中進(jìn)行追蹤和監(jiān)測(cè)的能力，并根據(jù)傷員病情變化，對(duì)陪護(hù)醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，第一時(shí)間掌握傷病員情況,贏得搶救時(shí)機(jī),提高救治成功率。還便于醫(yī)學(xué)救援指揮組對(duì)醫(yī)療資源的調(diào)度管理，防止傷病員到達(dá)野戰(zhàn)醫(yī)院后出現(xiàn)資源短缺的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)和H.264視頻壓縮技術(shù)的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的流媒體傳輸模式，達(dá)到了視頻、音頻傳輸延遲＜2 s的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)采集的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換-壓縮-加密方式進(jìn)行處理；監(jiān)控終端采用RSA1024位高強(qiáng)度加密，模塊和軟件之間采用一對(duì)一綁定，且監(jiān)控終端只能通過(guò)綁定軟件查看前端模塊的視頻采集圖像。

3G是支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)，能夠同時(shí)傳輸圖像、聲音、視頻等數(shù)據(jù)，而且傳輸速率一般能保持在幾百kbps（千比特/s）以上。3G網(wǎng)絡(luò)在靜止、低速運(yùn)動(dòng)和高速行駛的環(huán)境中的傳輸速度能夠分別達(dá)到至少2 Mbps（兆比特/s）、384 kbps以及 144 kbps，這就保證了其能夠支持不同環(huán)境下的相應(yīng)服務(wù)[7]。本系統(tǒng)采用了覆蓋范圍廣、通信基站多、信號(hào)傳輸穩(wěn)定的聯(lián)通WCDMA制式的通信網(wǎng)絡(luò)[2]。

2 監(jiān)控終端核心芯片

本系統(tǒng)監(jiān)控終端核心采用ARM926EJ-S CPU處理器和硬件編解碼模塊芯片，它們具有高集成、可編程、支持H.264和MJPEG等多協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，并支持實(shí)時(shí)視頻通信、數(shù)字圖像監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等領(lǐng)域[3]。

控制終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統(tǒng)，所有功能的實(shí)現(xiàn)都基于Linux操作系統(tǒng)來(lái)完成。Linux系統(tǒng)具有內(nèi)核小、效率高、源代碼開(kāi)放、直接提供網(wǎng)絡(luò)支持等優(yōu)點(diǎn)，在ARM平臺(tái)上應(yīng)用已比較成熟。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件主要包括三個(gè)層次：最底層BootLoader服務(wù)程序和基本外設(shè)驅(qū)動(dòng)，它主要完成系統(tǒng)加載和ARM核心處理器的初始化配置；第二層主要是攝像頭模塊和WCDMA模塊的驅(qū)動(dòng)程序；第三層是系統(tǒng)的應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)壓縮后的視頻數(shù)據(jù)的RTP封包以及傳送。

3 視頻采集終端

視頻采集終端主要由視頻采集設(shè)備、處理器芯片、嵌入式軟件等組成。攝像頭選用的是先進(jìn)高清數(shù)字?jǐn)z像頭；采集部分使用Linux的視頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)Video for Linux2.2實(shí)現(xiàn)；顯示模塊使用Linux的FrameBuffer實(shí)現(xiàn)。視頻采集設(shè)備即攝像頭完成視頻采集后，處理器芯片和嵌入式軟件對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。

打開(kāi)攝像頭后，可以通過(guò)一系列IOCTL命令傳遞數(shù)據(jù)到底層驅(qū)動(dòng)完成相應(yīng)任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)I/O控制，主要包括：分辨率、圖像顏色、每個(gè)像素點(diǎn)所占字節(jié)數(shù)控制[4]。視頻采集流程，見(jiàn)圖1。

圖1 視頻采集流程圖

4 視頻數(shù)據(jù)的傳輸

現(xiàn)有的視頻數(shù)據(jù)傳輸受到IP地址和網(wǎng)關(guān)限制。兩個(gè)點(diǎn)之間進(jìn)行視頻傳輸時(shí)，發(fā)送端需要將視頻數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器后再?gòu)姆?wù)器傳送至接收端，導(dǎo)致傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)，畫面不流暢的問(wèn)題[5]。如果發(fā)送端和接收端都是因特網(wǎng)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，則發(fā)送端可以通過(guò)IP地址發(fā)送至接收端，但也需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，或受網(wǎng)關(guān)限制、或需路由器設(shè)置，任意兩點(diǎn)間是不能隨意傳輸?shù)?，即不能?shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻雙向?qū)崟r(shí)互通[6-7]。

本系統(tǒng)采用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括若干點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸?shù)慕K端及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸平臺(tái)。終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接平臺(tái)上的存儲(chǔ)器（服務(wù)器），實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻雙向互通，不受網(wǎng)關(guān)限制，不需要服務(wù)器存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)[8]，其原理示意圖，見(jiàn)圖2。

圖2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸示意圖

由圖2可見(jiàn)系統(tǒng)具體傳輸方法如下：

（1）建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸平臺(tái)C，給每個(gè)需要進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸?shù)慕K端A和B分配唯一的標(biāo)識(shí)，并保存該標(biāo)識(shí)與該終端識(shí)別信息之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（2）在終端A和B上預(yù)先安裝有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸軟件，傳輸軟件上存儲(chǔ)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)乃薪K端的標(biāo)識(shí)。

（3）終端A和B之間要進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，發(fā)送方A先訪問(wèn)視頻傳輸平臺(tái)C，獲得接收方B對(duì)應(yīng)的終端識(shí)別信息。

（4）發(fā)送方A通過(guò)終端識(shí)別信息連接至接收方B，實(shí)現(xiàn)雙方實(shí)時(shí)信息傳輸。

終端識(shí)別信息包括IP地址和通信終端標(biāo)識(shí)號(hào)碼，終端定期或事件觸發(fā)式連接至點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸平臺(tái)，同步本端保存的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)乃薪K端標(biāo)識(shí)?；蛘咭曨l傳輸平臺(tái)將本平臺(tái)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)乃薪K端標(biāo)識(shí)發(fā)送至各個(gè)終端。

數(shù)據(jù)傳輸模塊采用TCP協(xié)議進(jìn)行傳輸。當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻傳輸平臺(tái)給車載端分配數(shù)據(jù)端口后，車載端保持監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，收到命令Cmd_TCP_Connect后，車載端與平臺(tái)建立連接，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。在收到Cmd_Live_Play后，將發(fā)送標(biāo)志位置為有效，車載端開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)收到Cmd_Live_Stop后，將發(fā)送標(biāo)志位置為無(wú)效，停止發(fā)送。

5 后端監(jiān)控平臺(tái)

后端監(jiān)控系統(tǒng)使用幀緩沖技術(shù)，對(duì)顯示設(shè)備進(jìn)行寫入、控制，避免了對(duì)內(nèi)存映射區(qū)進(jìn)行操作。即將顯存抽象成為一種字符設(shè)備，允許上層應(yīng)用程序在圖形模式下直接對(duì)顯示緩存區(qū)進(jìn)行讀寫操作。幀緩沖從本質(zhì)上說(shuō)是將屏幕上的物理像素點(diǎn)和幀緩沖區(qū)的物理地址一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。因此，開(kāi)發(fā)者不需要了解底層細(xì)節(jié)，只需向模塊驅(qū)動(dòng)發(fā)送相應(yīng)命令，并向緩沖區(qū)中相應(yīng)地址寫入對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)就可以完成圖像顯示功能[9]。具體過(guò)程，本文不再詳細(xì)闡述。

6 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)利用H.264視頻編解碼技術(shù)與3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線傳輸技術(shù)，克服了傳統(tǒng)無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸速率的瓶頸；引入存儲(chǔ)器和控制器來(lái)控制視頻流的傳輸，使視頻流傳輸效率最佳化。實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，滿足無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，真正實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)線化，具有極高的實(shí)用性，對(duì)部隊(duì)?wèi)?yīng)急醫(yī)療救援正規(guī)化、降低參戰(zhàn)部隊(duì)和受傷群眾死亡率、傷殘率有重大意義[10]。對(duì)現(xiàn)代災(zāi)害醫(yī)學(xué)救援倡導(dǎo)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)救治、及時(shí)處理的原則是一個(gè)創(chuàng)新性的貢獻(xiàn)。

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Study on the Casualty Evacuation M onitoring System Based on 3G Point-to-Point Transm ission M ode

ZHI Chao-penga, DU Hong-liangb, YAO Yuanc, SUN Jiana
a.Information Center；b.Logistics Center；c.Department of M edical Services, Hospital of Hebei Provincial Armed Police Corps, Shijiazhuang Hebei 050081, China

Based on the 3G network, H.264 video compression technology was applied to develop the point to point video transm ission mode of the sick and wounded evacuation vehicle monitoring system. In this paper, the design principle and working process of the system were introduced in detail from its video data acquisition, transm ission and monitoring. The experiment showed that the system was designed reasonably and could meet the real-time requirements of the w ireless video monitoring system, which ensured the real-time two-way audio and video consultation between the medical rescue team and the rear hospital.

remote consultation；vehicle monitoring system；3G network；point to point transm ission mode

TP37

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.10.030

1674-1633（2015）10-0103-03

2015-04-13

2015-05-08

作者郵箱：kevinpope@126．com