基于3G通信的视频医疗系统设计-文献综述

浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）文献综述1基于3G通信的视频医疗系统设计1背景与发展现状远程医疗是当今世界上发展十分迅速的高新技术应用领域，具备良好的发展前景。它可以节约患者的金钱和时间，提高诊治效果；促进医务人员与患者以及医务人员之间的交流与合作，提高医院的服务水平；尤其是在为边远地区以及疑难病患者的诊治、突发公共卫生事件的应对等方面表现出明显的优越性[1]。我国从上世纪80年代开始远程医疗的探索，目前已经有多个远程医疗网络和机构在应用。但是，由于我国远程医疗起步较晚，在发展过程中也面领着一些困难，例如远程医疗标准化的问题、医患双方的认知程度差异、医疗法规和责任的认定、投资回报的问题等[2]。为此，在我国当前的远程医疗建设中，政府及主管部门要统一标准，发挥政策导向作用，要注重宣传，要完善法律法规，明确医疗责任，并且要提高远程医疗的投资回报[3]。从远程医疗的发展看，远程医疗要进一步扩大应用范围，向远程卫生、数字化卫生扩展；实现全方位、立体化的远程医疗体系。同时，远程医疗要配合国家卫生改革，逐步走入社区，并且要从运营管理方面深入挖潜，不断提高社会和经济效益。2相关概念2.1远程医疗技术远程程医疗中多媒体技术的应用有赖于各种各样多媒体数字设备的支持[4]。在远程医疗中多媒体技术主要应用在以下几个方面：1．媒体采集。可以通过数字摄像系统采集到高分辨率的图像。2．媒体存储。音频、视频以及医学图像均需在计算机内暂时或永久存储，这可用磁性或光磁器件（如硬盘、软盘、光盘等）实现。3．压缩/解压缩。现在流行的JPEG图像压缩标准可以做到10∶1到20∶1，并经诊断结果表明它对图像没有损害性。4．图像处理。它的基本功能应包括角度旋转、水平垂直伸缩、校正采集误差，并在诊所条件下能用肉眼观察到清晰的图像[5]。5．用户界面。在医学上图形界面最为普遍，因为它能反映更多的医用信息（可视化信息），因此显示器、键盘、鼠标以及窗口管理软件是最基本的远程医疗用户界面。另外，多媒体设备也是需要的。2.23G通信技术浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）文献综述23G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM，TDMA等数字手机（2G），第三代手机一直是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。第三代移动通信所采用的是数字语音和数据。与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度的上的提升它能够处理图像，音乐，视频，流等多种媒体形式，提供包括网页浏览，电话会议，电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无限网络必须能够支持不同的数据传输速度，即在室内，室外和行车的环境中能够分别支持至少2MB/S，384KB/S以及144KB/S的传输速度。3G通信的名称繁多，国际电联规定为“IMT2000”标准，欧洲的电信业巨头则称其为“UMTS”通用移动通信系统[6-7]。目前国际电联接受的3G标准主要包括以下三种：1．WCDM（欧洲标准）。它可支持385Kbps到2kbps不等的数据传输速率。由欧洲的宽带CDMA技术提出GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCD-MA（3G）的演进策略；这套系统能够稼穑在现有的GSM网络上。对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此WCDMA具有先天的市场优势。2．CDMA2000（美国标准）。由美国高通公司为主导提出，摩托罗拉，Lucent和韩国三星，韩国现代成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术。提出了从CDMAIS95(2G)到CDMA20001X及CDMA2004X(3G)的演进策略。3．TD-SCDMA（中国标准）。TD-SCDMA标准时由中国第一次提出并在此无限传输技术(RTT)的基础上与国际合作，个了TD-SCDMA标准，成为CDMATDD标准的一员，这是中国通信界的一次创举，也是中国对第三代移动通信发展的贡献。在于欧洲，美国各自提出的3G标准的竞争中，中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列[10]。2.3流式传输技术流式输服务（StreamingService）能提供一种连续的，与那种每个请求和响应中只传送固定长任意长度的数据流[11]。数据流在长度和传送时间上没有限制。对大多数情况来说，流在理论上是无限的。流式传输被典型地用于传送音频和视频实况[7]。在发送端，由摄像机或话筒提供连续信号，这些信号经数字化后发送到因特网。在接收端，数字流被转换回模拟信号并加以播放[12]。由于数据是连续产生的，只要摄像机或话筒还在工作，流就会结束。实时交付是指，数据的交付必须与数据的产生保持精确的时间关系。在实时交付中有两方面的问题需要处理：顺序和时间[13]。浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）文献综述3顺序：进来的数据必须精确地按产生时的顺序播放。时间：为了准确再现输入信号，接收方必须知道产生侮个分组时的精确时间。针对现有基IP协议的互联网难以有效支持实时应用，IETF音视频工作组（IETF-AVT）制定了一些新的协议，例如资源预留协议（RSVP）和实时传输协议/实时传输控制协议（RTP/RTCP），它使现有的IP网络在理论上具有提供多媒体实时传输的能力，其中RTP/RTCP是网络多媒体应用中的核心协议之一[14]。RIP被定义为在点对点或点对多点的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP提供端到端网络传输功能，适用于在单点和多点传送网络上传输实时数据[15]。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或其他协议之上工作。RTP协议本身独立于下层传输层和网络层，与下层协议无关[16]。RTP数据分组没有包含长度域或者其他边界。因此，RTP依赖于下层网络提供一个长度的表示。RTP用于UDP时数据封装的情形如图2.1所示。数据（净荷类型）数据（净荷类型）数据（净荷类型）数据（净荷类型）RTP头RTP头RTP头UDP头IP头UDP头图2.1RTP数据的封装RTP协议包含两个紧密相连的部分，即负责多媒体数据实时传送的RTP和负责反馈控制、监测QOS和传递相关信息的实时传输控制协议（Real-timeTransportCommunicationProtocol,RTCP）[17]。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一个给RTCP。RTP本身并不能为按顺序传送数据分组提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务[18]。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）文献综述4RTCP和RTP一起提供流量控制和拥寒控制服务。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP分组。RTCP分组中含有己发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚不改变有效载荷类型[19]。RTP和RTCP配合使用能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。3实现方案例举移动网络结构主要有三部分组成：核心网（CN）、无线接入网（UTRAN）和用户设备（UE）3部分组成。在已有医疗信息系统基础上扩展新型移动医疗业务如无线视频会议数据库服务，医学影像存档与通信系统并提供强大的影像处理、无线远程会诊等功能[20]。采用三层服务器模型和多层体系结构的内部信息系统，如图3.1所示。WEB侦听表现层医疗业务表现层医疗业务逻辑层数据访问层各种类型数据库图3.1系统体系结构图本系统是完全基于公开的MPEG-4标准而设计的，并使用BIFS技术向用户提供丰富的交互功能。DirectShow是微软提供的一套Windows平台上进行流媒体处理的开发包。它简化了在Windows平台上开发数字媒体应用程序的工作，使开发者无需面对数据传输、硬件通用性、媒体同步等诸多复杂问题。由于DirectShow结构的开放性和良好的可扩充性，本系统使用它进行开发。该程序由客户端和服务端构成；用自己包装的MP4SYS-TEMDECODER构建播放网络视音频的FilterGraph，如图5.1和图5.2所示；视频编解码用Divx；音频编解码用mp3；本Filter只处理.bt文件，并根据bt文件找到相关媒体流，定位各个对象的时空位置，然后把结果传给视频着色器。在系统的客户端，用户点击“用法信息”和“技术信息”可以看到使用信息和技术文字资料；拖动“transparency按钮可以改变视频透明度;拖动‘`Vol'’按钮可以改变音量；屏幕中央为摄像头捕获的视频，其上为一个图片，可以通过鼠标拖动。客户端的用户界面如图5.3所示。浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）文献综述5SigmaTelAudioMPEGLayer-3AudioSenderVideoReceiverDIVXDecoderMP4SYSTEMDECODERScnen.btAudioReceiverMPEGLayer-3decoderVideoRenderAudioRender图5.1捕获视频压缩后发送的FilterGraphUSBCamera301PDivx5.02CodecVideoSenderSigmaTELAudioMPEGLayer-3AudioSender图5.2从网络接收数据解码后播放的filterGraph图5.3客户端接收到的场景4结语远程医疗可以通过网络等技术在相隔较远的求医者和医生之间进行双向信息传送，完成求医者的信息收集，诊断以及医疗方案的实施等过程。本文分析了远程医疗系统相关技术概念，提出了一种基于MPEG-4-BIFS和DirectShow技术的远程视频医疗系统应用模型。该系统较好地解决了远程医疗系统工作过程中实时性、完整性、不可否认性和信息鉴别等安全问题，有力的保障了远程医疗的可靠性。浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）文献综述6参考文献[1]余兆明，李晓七，陈来春．MPEG标准及应用[M]，北京：邮电人学出版社，2002．[2]黄永峰．IP网络多媒体通信技术[M]．北京：人民邮电出版社，2003．[3]许丽萍．远程医疗叫好不叫座完善产业链成关键[N]．通信信息报，2008-2-11（4）．[4]方未艾．3G技术将给中国远程医疗带来契机[J]．中国医疗器械杂志，2006，30（1）：32-33．[5]张杰，王汉兴，高圣国，等．3G速率下移动自组网AODV路由协议性能分析[J]．计算机工程与应用，2006，42（36）：107-109．[6]董志华．第三代（3G）移动通信技术[J]，河南科技，2005，（3）：20-21．[7]于宗红．第三代移动通信技术[J]．现代电子技术，2005，212：42-44．[8]钟备琢，王琪，贺玉文．基于对像的多媒体数据压缩编码国际标准MPEG-4及其校验模型[M]．科学出版社，2000．[9]陈书海，傅录祥．实用数字图像处理[M]．北京：科学出版社，2005．[10]景慧燕，唐存琛，马玉利．基于RTP的MPEG-4视频监控系统的设计[J]．计算机工程与设计，2006，18（4）：1439-1442．[11]GollolRaju，N.S.，Anthony，Jamadagni，R.S.Istepanian，R．StatusofMobileComputinginHealthCare:AnEvidenceStudy[A]．InProc.EngineeringinMedicineandBiologySociety[S]，2005，：3274–3277．[12]ZHAOJA，LIB，KOKCW．MPEG-4VideoTransmissionoverWirlessNetworks：ALinkLevelPerformanceStudy[J]．WirelessNetworks，2004，10（2）：133-146．[13]