高清手术示教系统.doc

佳维尔（云南正欧科技有限公司）
高清手术示教系统方案

目录
第一章 项目需求 3
1.1 需求 3
1.2 设计原则 3
1.3 系统简介 4
系统功能技术要求 4
1.4 建议配置 5
第二章 设计方案 6
2.1 系统结构 6
示教室/会诊室 6
手术室 6
控制室 7
远程网络客户 7
2.2 系统功能 8
录制功能 8
同步直播 8
课件自动分类生成、点播 8
双向交互 8
远程会诊 8
示教室多分屏显示 8
摄像机镜头远程控制调节 9
照片拍摄 9
权限管理 9
视频Web导出、光盘制作 9
2.3 系统特点 10
第三章 主要设备介绍 11
3.1 高标清编码器 11
3.2 多画面解码终端 13
第四章 典型案例 15
4.1 广州军区陆军总医院 15
4.2 武汉大学中南医院 17
4.3 广东湛江中石油附属医院 17

第一章 项目需求
1.1 需求
用户需求：
▶ 在手术室与医院的其它区域（会议室，办公室，病理室，IT中心等等）之间，建立基于HD（1080P）的IP通讯视频，尤其是适用于高清内窥镜的全幅动态画面要求；
▶ 一套安全的录播系统，既可以通过电脑/机顶盒直播，点播，回放，也可以管理和审查任何相关视频源的系统；
▶ 系统是最先进的技术，包括支持在1080p分辨率的实时高清视频传输全硬件方式。
此外，具体要求包括：
▶ 要装备具备双向功能的手术室；
▶ 提供一个可以发送任何视频源至任何台式机的录播服务器，在记录多种来源的同时，还要使得任何记录内容都有效地满足用户的需求。
1.2 设计原则
对视频示教系统的选型应遵循以下原则：
▶ 可利用性
系统设计应充分考虑医院现有设备的接入，如网络、摄像头、计算机、显示设备；降低成本。
▶ 先进性
系统设计达到国际一流水平，且切实可行并容易实现；
遵循国际标准和国内外有关的规范要求；
符合计算机、网络通讯和视频会议技术的最新发展潮流，并且是应用成熟。
▶ 实用性
针对实际应用的特点，具有多种管理方式：图形管理界面；
系统设计应符合工程的实际需要；
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；
▶ 可扩展性
系统设计要考虑今后网络的发展，留有充分的扩充余地；既应用于手术示教，又可应用于远程教学；
▶ 可靠性
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；系统启动快，系统掉电后再来电或网络传输中断后再恢复正常，系统恢复工作迅速；故障率低，维护维修方便；
1.3 系统简介
目前，众多综合大型医院均担负着培养各地中小医院医护人员的临床教学任务，通常采用的都是现场学习的方法。由于现场条件的限制或手术设备的限制，操作空间窄、观摩人员人数受限、容易引起交叉感染，实习医生的现场学习效果不够理想。因此许多医院急需建设一套高水平医院临床网络教学系统。在临床网络教学系统的帮助下，可以将学习过程和医疗诊断现场分开，学生可以在独立的学习室中学习，同时与现场的医生进行沟通。可以做到每个学生都能清楚地看到现场操作情况、医学诊断影像和诊治结果。
云南正欧科技佳维尔手术示教及远程会诊系统是一套基于IP网络，集手术现场视频观摩、远程手术示教、远程医疗教学、视频即时双向交互、视频存储共享、远程视频浏览功能于一体的综合视频通信系统。
系统采用高清全硬件方案设计，采用H.264 High Profile最高级别编码方式，AAC-L高品质音频编码算法，提供专业的音视频质量。
系统可以在复杂的网络环境（如LAN、ADSL、VPN、INTERNET等网络）中进行正常传输。在同一系统中不同速率的终端可混合使用，从而兼顾声像质量和网络环境。在示教室和办公室观摩手术现场，示教室与手术室医生可进行双向音频交流。
系统功能技术要求
▶ 手术室配置全景摄像机，用于采集手术室全景视频信息；
▶ 手术床添加摇臂及高清摄像机提供术野视频；
▶ 手术室的X光机和内窥镜视频信息可选进行采集传输（需单独配置）；
▶ 示教室的医生可实时观摩手术室多路视频信息，并可与主刀大夫进行语音交流；
▶ 示教室和远程会诊室可针对某个手术进行远程教学互动；
▶ 系统配置录像服务器，可对手术过程进行实时录像，包括对多路音视频的并发录像，并可通过网络进行在线点播回放，可进行下载编辑制作教学光盘；
▶ 办公室可在线观看手术过程，并可与手术室医护人员进行语音对讲；
▶ 增值功能：可以采集手术过程中主刀医师所调取的电子病例和his信息并且同步录制。
1.4 建议配置
JWE提出下列设备和服务，以符合用户的要求：
1) 手术室高清系统：JWE6500B一台、JWE6100B一台；
2) IP录播系统，数量一台，JWE JWE-9500H一套；
JWE建议将JWE6500B/JWE6100B编码设备安装在每个手术室。每个系统能够处理一个单一的全帧速率的双向/单向高清晰度视频流。
JWE进一步建议，安装JWE JWE-9500H视频系统，可实现以下功能：
1) 安全传输直播视频信号至每台台式电脑；
2) 至一个或多个护士监测站的多流视频传输；
3) 任何视频的记录和审查，
其主要硬件组成是一台具有限制接入门户服务器，它是一台网络视频录播，和网络点播的服务器。录播系统对直播是有一定的带宽和其他要求的。在储存上，录播系统可扩展地利用中央服务器和存储资源。
Flash 10（软件播放技术）JWE JWE-9500H录播系统的传输并播放软件，它将视频信号传输至任何台式电脑并播放。而且这种客户端软件技术不须安装在任何一台计算机上。此外，所有主要的电脑操作系统，如Windows的Mac OS，Linux和Sun公司的Solaris均支持Flash 10。

第二章 设计方案
2.1 系统结构
系统可以包含总医院及其远程的分支医院，分布式部署，快速融合整体化应用。

示教室/会诊室
示教室为较多的客户提供一个集中观摩学习、交互答疑的环境，通常安装大屏幕显示设备，如多台投影机、平板电视等。
示教终端从网络上将高清音视频解码并直接输出到大型显示设备上，用户能灵活切换现场手术视频画面、控制云台和摄像头，方便地组合显示多路的手术视频画面并支持双向语音可视对讲。
示教室可通过示教终端与手术室进行双向音频互动。
手术室
手术室是学习系统的信息源。手术现场情景、手术结果和医生现场的语言是教学中的主要元素。在手术室通常部署一台或多台高清编码终端，其将手术室的多路视频采集传输到示教室和远程会诊室。包括
1) 全景摄像机，用于采集手术室全景视频信息；
2) 高清摄像机，用于采集手术细节；
3) 内窥镜视频；
4) 无线麦克风将主刀医师的语音实时传送到示教室；
5) 可选接入手术室各类医疗仪器，如心脏血压监护设备、X光机等。
控制室
部署服务器、存储设备，为所有播放端提供直播、点播服务。协调全部安全策略，统一将音视频文件集中存储在服务器端。管理员可以手动调度。
JWE JWE-9500H具有以下有助于网络视频安全的措施：
1) 有条件接入
JWE JWE-9500H的条件接收模块提供的一个关卡，即一个机构的核心用户身份验证系统（例如LDAP），对任何直播或记录用户的访问权限进行验证。它使医院能够放心，因为在这种关卡之下，所有用户只能看到他可以看到的视频。
2) 无痕迹播放器
只有当用户请求访问时，播放器才提供视频传送到桌面上。一旦用户终止其进程，播放器和所有相关数据将完全由电脑删除。且没有任何残留，不通过电脑缓存及任何痕迹等。
远程网络客户
通过Web访问，使用浏览器实现对手术室、示教室的实时在线浏览，并可与手术室、示教室实现双向语音对讲，客户端可划分级别和权限，使得不同科室的客户端只能查阅相应的手术室图像。

2.2 系统功能
录制功能
系统可对手术室多路视频进行录像，包括手术细节视频、全景视频、X光机视频、内窥镜视频等，具体应用如下：
1) 手术过程录像、备份
系统支持对手术室视频源的点对点并发录像存储，不受示教室切换视频的影响，从而保证手术过程录像的完整性，以备存档。
2) 教学过程录制
系统支持对手术教学过程的音视频完整记录，即实现对教学过程真实场景的录像。
同步直播
系统将多路高清画面在网络上进行同步发布，示教室、会诊时、局域网及因特网用户均可进行接收，通用服务器轻松支持500客户端并发使用。单画面唇音同步，多画面之间协调同步。
课件自动分类生成、点播
录制的音视频文件会根据管理员的预先配置自动进行预约录制，手术完毕后自动进入相应分类，形成能够使用Flash 10进行在线点播的视频课件。大大减少管理环节。
双向交互
手术室、示教室、远程网络客户之间可以随时建立视频会议会话，进行双向音视频交互，展开讨论、答疑。
远程会诊
远方诊室部署示教终端，可实现本地诊室与远端诊室的远程会诊功能，双方实现音视频的互动。
示教室多分屏显示
在示教室每个大尺寸显示设备后连接一个高清示教终端，在示教室示教终端显示界面上可同时显示指定手术室中的场景视频和手术情况，便于教学。每个示教终端可同时观摩一个手术或诊室的最多6路视频图像，也可全屏幕显示一路高清图像。
摄像机镜头远程控制调节
通过鼠标移动放大局部影响，指导医师和学生可以根据级别关系通过鼠标键盘调整视频图像，便于仔细观察。
照片拍摄
对教学过程中的关键动作通过拍摄方法记录下来。拍摄后的图片以JPG文件保存，可转存后进一步分析。学习者可以将这些图片下载后学习使用。
权限管理
根据医院管理机制要求，可以分配给用户各终端对手术室不同级别的观摩权和控制权。
视频Web导出、光盘制作
录制的文件可以通过网络下载到硬盘、U盘。文件格式使用通用播放器即可播放。

2.3 系统特点
1) 专业高清品质
清晰度支持1080p/i、720P，支持广电HD-SDI数字高清接口，提供广电级画质。尤其在医疗环境中，主要是因为JWE编解码器的设计，提供了高纯度的视频质量，且充分考虑帧率和流量。
2) 多画面全景展现
单间手术室支持多达9路可视信号的同步组合录播，支持复合视频、分量、VGA、DVI-I、SDI等各种信号接口，可满足术野摄像机、全景摄像机、内窥镜、生命监护仪等现场视频与各种专业医疗设备影像采集的同步采集、录制、直播的需要。
3) 全数字传输、网络控制
所有信息基于IP网络传送，在网络可达的任何地点均可观看手术示教实况。通过H.264标准的兼容性，JWE视频流可以直接被纳入基于Flash的视频流媒体系统。这就是为会议室与手术室安装的性能最优的解决方案，最终能将视频分布在医院和超越互联网上的任何目的地。
4) 全硬件设计
从前端的各种信号编码器到后端的多媒体录播服务器，均采用专用硬件设备，嵌入式操作系统，稳定可靠，易于维护管理。

第三章 主要设备介绍
3.1 高标清编码器
云南正欧科技佳维尔双高清编码器采用嵌入式硬件设计，提供高品质音视频数字化解决方案，整机功耗10W，适用于7×24小时不间断工作场合。

产品特点
▶ 广播级视听效果
H.264 high profile@L4视频压缩算法配合高端模拟前端电路，支持1080p FULL HD；16位48KHz音频采样，还原最细微的现场情景；
▶ VBR带宽控制技术
通过对背景相对固定的场景做优化，采用VBR可变码率压缩技术可平均降低带宽2~6倍，1024×768@30fps压缩码率平均只有280~360Kbps；
▶ 电脑VGA信号纯硬件压缩
演示计算机无需安装捕屏软件，只需将VGA信号连接到编码器，使用简便，有效杜绝泄密隐患，尤其适合军事院校等涉密单位使用；
▶ 集中远程网络管理
支持集中式网络管理，不仅方便工程开通，也方便工作人员日常维护；
▶ Flash Player直播支持
支持UDP/TS/RTSP/RTMP多种流媒体协议；
支持Adobe公司FMS流媒体服务器，可用Flash Player收看网络直播；
▶ HD-SDI数字高清接口
数字信号传输，克服了模拟信号传输衰减的问题；
最远可传输400米，易于工程线路施工；
▶ 7×24小时稳定工作
多路视频压缩由单颗SOC芯片完成，性能强劲；
绿色节能，整机功耗10W，发热量低；
技术参数
参数名称
A类
B类
C类
视频输入接口
标清：复合视频CVBS
高清：VGA/YPbPr/HDMI*/SDI*
视频输入
路数
高清
1
1
2
标清
2
无
无
视频压缩标准
H.264 High Profile @ L4
支持分辨率
高清： 720p，1080i，1080p
HI-SDI： 自适应1920×1080及以下任意分辨率
D1： 720×576（PAL），720×480（NTSC）
视频压缩帧率
30帧/秒，向下可调
视频压缩码率
（30帧/秒）
720p—1~3Mbps，1080i/p—2~5Mbps
1024×768—1~3Mbps，D1—800Kbps
图像调节
亮度、对比度、色度、饱和度
画面延迟
小于300ms（局域网）
音频压缩标准
AAC-LC，G.711，G.722
音频采样精度
16bit采样宽度、48KHz采样率，向下可调
支持流媒体协议
UDP、TS流、RTSP、RTMP（Flash Player支持）
通讯接口
RJ45 10/100M自适应以太网口，RS232口、RS485口
SD卡本地存储
选配
云台控制协议
PELCO-D，PELCO-P，VISCA
双码流支持
否
支持
支持
工作温度/湿度
-10～+55℃/85%RH以下

3.2 多画面解码终端
云南正欧科技佳维尔高清解码器系列提供高清1080p/1080i/720p/VGA/标清D1网络解码功能，用户可以根据需要更换不同的频道，并能任意对画面进行组合。解码器与mars™系列的编码器配合，接收直播服务器转发的高清网络视频流，经硬件实时解码后在显示设备上输出。同时，它还支持远程云台控制、截屏上传等功能。解码器内置WEB服务器，支持网络远程配置和操作。
产品特点
▶ 多路高清并行解码
4路1080p/i、6路720p可完成并发回放；支持1/3/4/6/9分屏；
▶ 多协议支持
可支持RTSP、RTMP、UDP等多种通讯协议；提供SDK调用接口；
▶ 低延时
延迟仅有150~300ms，业内领先；
▶ 具备断线自动重连功能
网络中断自动重连；
▶ 高清电视墙支持
多台解码器可通过集群组成高清电视墙；支持循环轮播、分组轮播等电视墙应用；

技术参数
参数
指标
视频压缩标准
H.264
支持分辨率
高清： 720p，1080i，1080p
VGA: 640×480，800×600，1024×726，1280×1024， 1440×900
D1： 720×572（PLA），720×480(NTSC)
图像调节
亮度、对比度、色度、饱和度
画面延迟
＜300ms
支持协议类型
UPD、RTSP、RTMP(Flash Player支持)
视频输出接口
HDMI / YPbPr色差分量 / VGA
音频输出接口
双声道立体声
通讯接口
RJ45 10/100M 自适应以太网口，RS232口
工作温度/湿度
-10℃ ~ +55℃ / 85％RH以下

3.3 高清术野摄像机

主要特性
① 207 万像素全高清CMOS 摄像芯片
全高清1/2.8”型207 万象素CMOS 成像芯片，带来鲜艳细腻的
色彩。
② 25 倍光学变焦（12 倍数码变焦）
采用水平视角約62.8°(远端)～約2.8°(近端)的变焦镜头，无
论是广角还是远景，拍摄范围非常广泛，快速稳定的对焦功能，使图
像捕捉更加敏锐。并且在数码变焦状态下可进行300 倍变焦。
③ 智能降噪技术
采用日立新技术—新型适应型降噪处理ADNR，使高解像度与高
信噪比兼得，有效降低暗场图像下的噪点问题。
ＡＣＣＭ＋ＡＤＮＲ（-６dB)
传统处理
降低伪色
改善信噪比
④ 支持多种数字接口图像输出
采用HD-SDI 接口，保证全部内容采用数字格式传输，从而得到高
品质的视频图像。
⑤ 外部控制
可通过RS-232C 和RS-422 进行外部控制，并支持菊链式控制，
最多可控254 台机器，方便对摄像机各种功能进行控制。
⑥ PT 转台
运用直接驱动的PT 转台结构，能实现安静且高速的运动。
⑦ 255 预置位
此系列摄像机能够对255 个预置位包括平移、俯仰、变焦及其他
功能进行设置。用户通过操作遥控器“PRESET”按键即可轻松设置。
⑧ 功能菜单图标引导显示
VZ-HD 系列摄像机具备操作简易的菜单GUI，用户使用遥控器能够
轻松操作。

技术参数

参数
指标
成像器件
1/2.8”型 CMOS 传感器
视频信号
1080p/30,1080i/60,720p/60，
1080p/25,1080i/50,720p/50
有效像素
约207 万像素（16:9）
镜头
25 倍光学变焦，F=4.4mm(广角)至110mm(远端)，
F1.4(广角)至F4.0(远端)
快门速度
1/15-1/10000 秒
平移/俯仰
水平：±175°，垂直：-30° ~ +90°
视频输出
HD-SDI
红外遥控器控制
最大3 台
工作温度/湿度
-10℃ ~ +55℃ / 85％RH以下

第四章 典型案例