基于物聯(lián)網(wǎng)3G“神眼系統(tǒng)”的研究應(yīng)用*

沈崇德 童思木

“千里眼”和“順風(fēng)耳”是中國(guó)古代對(duì)信息獲取的一種期待，而3G技術(shù)的引入使夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?；?G技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)是目前中國(guó)醫(yī)院信息化最前沿的應(yīng)用領(lǐng)域之一，是在醫(yī)院信息化高度發(fā)達(dá)、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商大力支持、并運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物[1-2]。我院應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)3G技術(shù)在智能手機(jī)上進(jìn)行了一系列創(chuàng)新研究和應(yīng)用實(shí)踐。其中，遠(yuǎn)程移動(dòng)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(shì)的核心應(yīng)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(shù)的遠(yuǎn)程移動(dòng)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(luò)發(fā)送到醫(yī)院高層核心管理者的智能手機(jī)上，醫(yī)院院長(zhǎng)可以通過智能手機(jī)的特定軟件實(shí)時(shí)監(jiān)看醫(yī)院各個(gè)視頻監(jiān)控區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)情況，并能支持音頻監(jiān)聽、圖像抓拍、點(diǎn)播錄像、接收?qǐng)?bào)警及云鏡控制等功能。該系統(tǒng)是面對(duì)醫(yī)院高層管理者的應(yīng)用支持系統(tǒng)，使醫(yī)院院長(zhǎng)能夠?qū)⑨t(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(duì)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用，基于C/S或B/S架構(gòu)，支持計(jì)算機(jī)本地監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，支持有線、無(wú)線音頻視頻服務(wù)器接入，支持第三方產(chǎn)品的接入定制、3G環(huán)境下手機(jī)碼流輸出[3]。系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、框架結(jié)構(gòu)開發(fā)，體現(xiàn)“基于平臺(tái)、面向應(yīng)用、易于業(yè)務(wù)擴(kuò)展”的總體設(shè)計(jì)思路，多級(jí)級(jí)聯(lián)、結(jié)構(gòu)開放，支持多樣化的終端接入能力，跨平臺(tái)，跨瀏覽器，用戶可以通過不同制式的手機(jī)、PC以及嵌入式設(shè)備接入。平臺(tái)采用集中式管理、分布式部署的結(jié)構(gòu)，具有便于管理、負(fù)載均衡及擴(kuò)展靈活等優(yōu)點(diǎn)[4]。系統(tǒng)和設(shè)備中的每個(gè)資源都配置唯一的ID。3G通訊環(huán)境下手機(jī)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(chǔ)調(diào)用是本系統(tǒng)部署關(guān)注的重要內(nèi)容[5]。在信息安全方面，充分利用網(wǎng)絡(luò)隧道、視頻音頻壓縮算法、防火墻/VPN、權(quán)限管理、安全認(rèn)證等技術(shù)，保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權(quán)使用和破壞。

“神眼系統(tǒng)”規(guī)模雖然不大，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 “眼神系統(tǒng)”網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 “神眼系統(tǒng)”的系統(tǒng)構(gòu)成

“神眼系統(tǒng)”的系統(tǒng)構(gòu)成包括硬件和軟件。硬件由前端視頻采集編碼設(shè)備、中心集中管理平臺(tái)系統(tǒng)及用戶客戶端組成[5]。用戶客戶端包括智能手機(jī)及PC；監(jiān)控前端數(shù)據(jù)采集管理設(shè)備包括各類監(jiān)控?cái)z像頭、云臺(tái)、音頻采集器、編解碼器及硬盤錄像機(jī)等；中心集中管理平臺(tái)系統(tǒng)為數(shù)字視頻監(jiān)控管理的服務(wù)器集群，主要包括核心管理功能的中心服務(wù)器、實(shí)現(xiàn)視頻流的分發(fā)的碼流分發(fā)服務(wù)器、支持網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播和手機(jī)點(diǎn)播的手機(jī)流轉(zhuǎn)碼流媒體點(diǎn)播服務(wù)器、支持集中存儲(chǔ)管理的存儲(chǔ)服務(wù)器[6-7]。其中手機(jī)碼流服務(wù)器是本系統(tǒng)的特殊設(shè)備，能夠適應(yīng)不同性能手機(jī)的解碼能力和不同無(wú)線帶寬的視覺效果，能夠?yàn)椴煌瑤挼挠脩籼峁┎煌曈X效果的視頻流，最大程度利用現(xiàn)有的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，支持將一路視頻通過轉(zhuǎn)碼子模塊轉(zhuǎn)成多種尺寸、多種幀率和碼率的媒體流，便于不同手機(jī)的播放。視頻編碼有多種方式，為適應(yīng)手機(jī)應(yīng)用，本項(xiàng)目采用H.264視頻壓縮算法，實(shí)現(xiàn)了高清晰圖像的低網(wǎng)絡(luò)帶寬傳輸，手機(jī)實(shí)時(shí)查看視頻可達(dá)15～25 fps，視頻圖像實(shí)時(shí)、流暢[8]。軟件包括數(shù)字化視頻監(jiān)控管理平臺(tái)的管理軟件和手機(jī)客戶端軟件。數(shù)字化視頻監(jiān)控管理平臺(tái)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(kù)，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的接口有專門的功能單元實(shí)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(jī)交互。

手機(jī)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(jī)客戶端軟件初始設(shè)計(jì)為支持Android2.0以上。運(yùn)行成功后，針對(duì)用戶持有不同的智能手機(jī)，采用不同的操作系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)應(yīng)用的普適性和靈活性，降低因使用該系統(tǒng)而必須調(diào)整的情況，手機(jī)客戶端軟件可根據(jù)手機(jī)情況靈活開發(fā)，均支持視頻觀看。目前已可以支持手機(jī)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(jī)。

4 “神眼系統(tǒng)”的主要功能

“神眼系統(tǒng)”包括手機(jī)端應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控管理平臺(tái)。在功能實(shí)現(xiàn)上涉及以上2個(gè)方面，其特色體現(xiàn)在手機(jī)端應(yīng)用系統(tǒng)。

4.1 手機(jī)端應(yīng)用系統(tǒng)功能

手機(jī)端應(yīng)用系統(tǒng)是該系統(tǒng)用戶層業(yè)務(wù)呈現(xiàn)的核心部分。系統(tǒng)通過WAP頁(yè)面能展現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)控點(diǎn)和點(diǎn)播內(nèi)容，并能通過點(diǎn)擊WAP鏈接激活手機(jī)流媒體播放器，進(jìn)行播放相應(yīng)內(nèi)容[3,10]。用戶可通過自帶的流媒體播放器完成鑒權(quán)登錄以及賬戶密碼修改、視頻觀看和控制，將監(jiān)控點(diǎn)分享給其他用戶等功能[5]。其中手機(jī)軟件的主要功能為：①視頻查看，實(shí)時(shí)播放監(jiān)控?cái)z像頭的視頻，支持多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)隨意切換，多部手機(jī)同時(shí)監(jiān)控[10]；②音頻監(jiān)聽，實(shí)時(shí)播放監(jiān)控?cái)z像頭采集的音頻；③全屏播放，根據(jù)手機(jī)屏幕大小實(shí)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(jī)內(nèi)存中；⑤監(jiān)控列表，根據(jù)用戶權(quán)限獲得監(jiān)控列表，并能逐一播放；⑥點(diǎn)播錄像，可播放點(diǎn)播內(nèi)容，并實(shí)現(xiàn)暫停、快進(jìn)和快退等操作；⑦接收?qǐng)?bào)警，系統(tǒng)的報(bào)警信息能及時(shí)知情，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生意外情況時(shí)可立刻向指定手機(jī)報(bào)警，并抓拍現(xiàn)場(chǎng)圖像到指定郵箱[11]；⑧云鏡控制，通過手機(jī)能控制前端攝像頭的上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)以及鏡頭的光圈、變焦及變倍的操作[10]；⑨參數(shù)設(shè)置，可設(shè)置音量、緩沖區(qū)大小等參數(shù)；⑩其他功能，可申請(qǐng)不同碼流，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬選擇或者自適應(yīng)獲取最優(yōu)的視頻流。

4.2 數(shù)字視頻監(jiān)控管理平臺(tái)

數(shù)字視頻監(jiān)控管理平臺(tái)是一個(gè)基于IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體信息管理控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻采集、管理、存儲(chǔ)等功能，包括平臺(tái)業(yè)務(wù)模塊、平臺(tái)管理模塊、無(wú)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(gè)主要部分[12]。平臺(tái)業(yè)務(wù)模塊包括業(yè)務(wù)管理、目錄管理、訂購(gòu)管理、用戶管理和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能；平臺(tái)管理模塊包括設(shè)備接入管理、視頻資源管理、日志管理、賬戶權(quán)限管理及服務(wù)器集群管理5個(gè)主要部分。流媒體模塊是平臺(tái)能力的核心模塊，是用戶和設(shè)備之間的服務(wù)層，包括信令交互中心、用戶接入服務(wù)、設(shè)備接入服務(wù)和視頻流處理單元等。系統(tǒng)軟件還支持服務(wù)器錄像管理、報(bào)警及時(shí)提示、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、流媒體在線點(diǎn)播系統(tǒng)及GPS定位系統(tǒng)等功能。手機(jī)端瀏覽實(shí)時(shí)圖像的同時(shí)，支持電腦端同步對(duì)圖像進(jìn)行瀏覽、錄像、回放及管理。

5 結(jié)果與結(jié)論

基于良好的信息化基礎(chǔ)，集成優(yōu)秀的軟件開發(fā)，利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我院于2010年底分步建設(shè)包含遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控在內(nèi)的基于物聯(lián)網(wǎng)3G技術(shù)系列應(yīng)用系統(tǒng)，創(chuàng)新醫(yī)院數(shù)字化服務(wù)價(jià)值。本項(xiàng)目采用的3G通訊為電信3G的EVDO技術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控手機(jī)端視頻監(jiān)控點(diǎn)位選擇了24路關(guān)鍵的監(jiān)控點(diǎn)位。一年多來，電信3G的遠(yuǎn)程監(jiān)控“神眼系統(tǒng)”運(yùn)行良好。智能手機(jī)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(jī)客戶端軟件。院長(zhǎng)隨時(shí)隨地可通過智能手機(jī)觀察到門診大廳患者排隊(duì)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。可以即時(shí)抓拍、隨時(shí)獲取實(shí)時(shí)畫面；可用手機(jī)遠(yuǎn)程控制監(jiān)控點(diǎn)攝像頭啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)、停止轉(zhuǎn)動(dòng)以及上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)；可用手機(jī)遠(yuǎn)程將畫面拉近或拉遠(yuǎn)觀看。同時(shí)也可通過電腦觀看監(jiān)控視頻。

“神眼系統(tǒng)”可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)隨地滿足管理者的需求；可實(shí)現(xiàn)跨地域監(jiān)控，為醫(yī)院管理者提供了基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控服務(wù)，拓展了視頻監(jiān)控應(yīng)用范圍和應(yīng)用方式；方便的自主服務(wù)管理和用戶體驗(yàn)，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(shù)使“神眼系統(tǒng)”真正實(shí)現(xiàn)了用戶的3A服務(wù)體驗(yàn)：做到任何時(shí)候、從任何地方、對(duì)任何現(xiàn)場(chǎng)都能實(shí)時(shí)監(jiān)控。

該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、功能豐富、開放性好、便于擴(kuò)展、應(yīng)用需求較大等特點(diǎn)，具有在醫(yī)院數(shù)字化建設(shè)和現(xiàn)代管理進(jìn)程中推廣的價(jià)值。

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