基于云計算的可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)

摘要：現(xiàn)有視頻會議系統(tǒng)自適應(yīng)能力較差，在低帶寬條件下存在視頻圖像模糊、卡頓等問題，導(dǎo)致其醫(yī)療診斷質(zhì)量不佳。為解決這一問題，文章引入了云計算技術(shù)，開展了可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計研究。該系統(tǒng)的硬件部分主要由電視會議終端、多點(diǎn)控制單元和傳輸網(wǎng)絡(luò)3部分組成。文章通過精心選擇VOD服務(wù)器和流媒體服務(wù)器，完成了硬件部分的設(shè)計，并以此為基礎(chǔ)，完成了軟件部分設(shè)計，采用基于云計算的集中混合會議模式，并結(jié)合遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻診斷與結(jié)果的可視化技術(shù)，確保了系統(tǒng)的高效運(yùn)行。實(shí)驗結(jié)果表明，新的視頻會議系統(tǒng)能夠在較差的帶寬條件下依然保持視頻圖像的清晰度和流暢性，具有更高的自適應(yīng)能力，可為醫(yī)療咨詢與診斷服務(wù)提供更有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：云計算；遠(yuǎn)程；視頻會議；醫(yī)療；可視化

中圖分類號：TP393" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：中文作者簡介劉子辰（1988— ），男，工程師，學(xué)士；研究方向：醫(yī)學(xué)信息化。

0" 引言

遠(yuǎn)程醫(yī)療作為醫(yī)療信息化的重要組成部分，已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程醫(yī)療手段主要通過電話、郵件或簡單的在線聊天工具進(jìn)行醫(yī)療咨詢和診斷，往往存在信息傳遞不直觀、交流效率低下、數(shù)據(jù)安全性不足等問題。因此，開發(fā)一種可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)具有重要意義。近年來，眾多學(xué)者針對此開展研究，如黃辰赟［1］通過研究，實(shí)現(xiàn)了大型會議中心分布式音視頻會議系統(tǒng)的應(yīng)用；聶士展［2］利用模擬轉(zhuǎn)接，進(jìn)行了高清視頻會議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計。這2種現(xiàn)有的遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)多依賴于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)處理能力有限，難以應(yīng)對大規(guī)模、高并發(fā)的醫(yī)療咨詢需求。在該背景下，本文開展了一種基于云計算的可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)。

1" 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1" 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

為實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議，本文設(shè)計了如圖1所示的系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，該系統(tǒng)硬件部分是由電視會議終端、多點(diǎn)控制單元和傳輸網(wǎng)絡(luò)3部分組成。電視會議終端作為遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)的前端設(shè)備，承擔(dān)著視頻和音頻信號的采集與展示功能，不僅可以實(shí)時捕捉醫(yī)療專家的講解畫面和語音信息，還能確保患者端的清晰接收，為遠(yuǎn)程醫(yī)療咨詢和診斷提供了直觀、高效的溝通方式。

傳輸網(wǎng)絡(luò)則是整個系統(tǒng)的血脈，承載著視頻、音頻以及數(shù)據(jù)信息的傳輸任務(wù)［3］?；谠朴嬎愕膫鬏斁W(wǎng)絡(luò)具有高速、穩(wěn)定、安全的特性，能夠確保遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議過程中信息的實(shí)時傳遞和共享。通過云計算技術(shù)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)資源的動態(tài)分配和負(fù)載均衡，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，可為遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議提供強(qiáng)有力的支撐。

1.2" VOD服務(wù)器選型與流媒體服務(wù)器選型

在基于云計算的可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)中，視頻點(diǎn)播（Video-On-Demand，VOD）服務(wù)器和流媒體服務(wù)器的選型至關(guān)重要，直接影響到視頻會議的流暢性、穩(wěn)定性和用戶體驗。

對于VOD服務(wù)器的選型，首先要考慮系統(tǒng)的需求。VOD服務(wù)器需要能夠處理大量的并發(fā)請求，因此其處理器的性能、內(nèi)存大小和磁盤容量都是關(guān)鍵指標(biāo)。此外，由于遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議對視頻質(zhì)量有較高要求，VOD服務(wù)器還需要支持高清視頻的傳輸和存儲。在帶寬方面，由于視頻會議涉及大量的數(shù)據(jù)傳輸，VOD服務(wù)器需要有足夠的帶寬來保證視頻流的穩(wěn)定傳輸［4］。同時，服務(wù)器的安全性和穩(wěn)定性也是不可忽視的因素，需要采取必要的安全措施和備份策略來確保數(shù)據(jù)的安全和服務(wù)的連續(xù)性。根據(jù)上述需要，本文選擇DL388 Gen10 HPE型號服務(wù)器作為本文系統(tǒng)中的VOD服務(wù)器。該型號服務(wù)器的性能參數(shù)如表1所示。

在流媒體服務(wù)器的選型上，同樣需要考慮系統(tǒng)需求、處理器性能、內(nèi)存和磁盤容量等因素。流媒體服務(wù)器能夠?qū)崟r處理視頻流，并將其傳輸給客戶端。因此，其處理能力和網(wǎng)絡(luò)性能都需要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。此外，流媒體服務(wù)器還需要支持多種流媒體協(xié)議，以確保與不同客戶端的兼容性。在選擇流媒體服務(wù)器時，研發(fā)人員還須考慮其擴(kuò)展性和可維護(hù)性，以便在后續(xù)的系統(tǒng)升級和維護(hù)中能夠方便地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。根據(jù)上述分析，本文選用LR1041型號機(jī)架式服務(wù)器作為系統(tǒng)中的流媒體服務(wù)器。

2" 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1" 基于云計算的集中混合會議模式

在基于云計算的可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)中，集中混合會議模式的設(shè)計是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，融合了云計算的彈性靈活性以及遠(yuǎn)程醫(yī)療的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定且安全的會議體驗。在上述硬件條件基礎(chǔ)上，本文結(jié)合云計算技術(shù)，設(shè)計了集中式混合醫(yī)療視頻會議模式。在該模式中，系統(tǒng)終端各個參與會議的用戶需要與核心云計算建立媒體流和信息流的連接。通過核心云計算，控制各個用戶呼叫，并進(jìn)行媒體流的混合分發(fā)。集中式混合會議模式如圖2所示。

通過云計算平臺，系統(tǒng)能夠動態(tài)地分配和管理計算資源，根據(jù)會議規(guī)模和復(fù)雜度自動調(diào)整資源配置。在線部分，通過云計算平臺提供的視頻會議服務(wù)，參會者可以實(shí)時觀看視頻、共享文檔、進(jìn)行在線討論等［5］。線下部分則可通過傳統(tǒng)的會議室設(shè)備進(jìn)行，如投影儀、音響系統(tǒng)等，為現(xiàn)場參會者提供高質(zhì)量的視聽體驗。為確保后續(xù)視頻會議的順利進(jìn)行，需要明確視頻會議所需視頻帶寬、音頻帶寬以及總帶寬需求。其中，視頻帶寬需求為：

Vb=Vr×N（1）

其中，Vb表示帶寬需求；Vr表示視頻碼率；N表示參會人數(shù)。

音頻帶寬需求為：

Ab=Ar×N（2）

其中，Ab表示音頻帶寬需求；Ar表示音頻碼率。

總帶寬需求為：

Tb=Vb+Ab+Ob（3）

其中，Tb表示總帶寬需求；Ob表示其他數(shù)據(jù)帶寬。

用戶可通過撥入模式加入會議或者通過直接向云計算的URI發(fā)送請求來實(shí)現(xiàn)參與，即核心云計算具備邀請其他用戶加入會議的功能。以預(yù)訂會議為例，服務(wù)器通常負(fù)責(zé)召集所有參會人員。這種模式與目前流行的云會議系統(tǒng)相似，但其操作和管理更為簡便。該系統(tǒng)不僅支持大規(guī)模的視頻會議，能夠同時容納數(shù)百萬人在線交流，而且隨著用戶或參會人數(shù)的增加，對核心云計算的需求也相應(yīng)增長，這時就需進(jìn)行獨(dú)立的組網(wǎng)設(shè)置，以滿足更高的會議需求。

2.2" 遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻診斷與結(jié)果可視化

遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻診斷與結(jié)果可視化的前提是實(shí)現(xiàn)會診通信，針對危重和病情復(fù)雜患者，采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行通信。這種模式下，會診系統(tǒng)中心管理員的協(xié)助不可或缺。在管理員的協(xié)調(diào)下，患者的主治醫(yī)師和受邀參與遠(yuǎn)程會診的專家能夠各自坐在計算機(jī)前，借助系統(tǒng)提供的音視頻功能進(jìn)行深入交流。專家通過瀏覽直觀的Web界面，可便捷地查看和檢索病人的病歷、影像資料以及先前的治療情況等關(guān)鍵信息，并對此進(jìn)行專業(yè)分析。值得一提的是，這一過程同步顯示在遠(yuǎn)端的主治醫(yī)生屏幕上，確保信息的實(shí)時共享。最終，在雙方的深入討論下，共同制定精準(zhǔn)的診斷報告，以為患者提供更為全面和專業(yè)的醫(yī)療服務(wù)。

非點(diǎn)對點(diǎn)方式與點(diǎn)對點(diǎn)方式存在顯著差異，主要在于前者無須會診雙方直接交流。醫(yī)院方面只需提交會診申請，并將會診病人的相關(guān)病歷、影像資料和先前的治療情況等詳細(xì)信息上傳至?xí)\中心的數(shù)據(jù)庫，之后靜待結(jié)果即可。會診中心在接收到申請后會立即處理，并通過短信、電子郵件或傳真等方式，迅速通知相應(yīng)領(lǐng)域的專家在指定時間內(nèi)給出診斷結(jié)果。專家提交的診斷報告以書面形式送至?xí)\中心，中心在收到報告后會及時通知申請會診的醫(yī)院查詢結(jié)果。這種方式簡化了會診流程，提高了工作效率，同時也為醫(yī)患雙方提供了更為便捷的服務(wù)。遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)通常需要存儲大量的診斷視頻、圖像和患者數(shù)據(jù)。數(shù)" 據(jù)存儲需求可通過以下公式來計算：

St=Sf×Nf×Ts（4）

其中，St表示數(shù)據(jù)存儲需求，Sf表示單個文件大小，Nf表示文件數(shù)量，Ts表示存儲時長。為實(shí)現(xiàn)診斷結(jié)果的可視化，可以運(yùn)用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。數(shù)據(jù)可視化的首要原則是準(zhǔn)確和清晰，即要確?？梢暬Y(jié)果反映的是數(shù)據(jù)的本來面目或本質(zhì)，同時表達(dá)的含義要明確。在遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻診斷中，醫(yī)生可將診斷結(jié)果以圖表、圖像等形式展示，例如，將患者的生理指標(biāo)以折線圖的形式展示，以便觀察其變化趨勢；將影像資料以動態(tài)圖像的形式展示，以便更直觀地觀察病灶部位等。綜上，完成可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)設(shè)計。

3" 對比實(shí)驗

為驗證本文提出的基于云計算的會議系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行性能，本研究將基于模擬轉(zhuǎn)接的會議系統(tǒng)（對照A組）、基于分布式的會議系統(tǒng)（對照B組）與本文提出的基于云計算的會議系統(tǒng)（實(shí)驗組）應(yīng)用到相同的實(shí)驗環(huán)境中，開展遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議。對3種會議系統(tǒng)的自適應(yīng)能力進(jìn)行對比分析，分別在5種不同網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下，應(yīng)用3種系統(tǒng)進(jìn)行視頻會議。5種不同網(wǎng)絡(luò)帶寬條件的基本信息如表2所示。

根據(jù)上述實(shí)驗條件，本文記錄3種會議系統(tǒng)的視頻圖像展示效果，結(jié)果記錄如表3所示。

據(jù)表3所詳細(xì)記錄的實(shí)驗結(jié)果，可以清晰地觀察到，在帶寬條件逐漸變差的情況下，實(shí)驗組會議系統(tǒng)展現(xiàn)出了出色的自適應(yīng)能力。原本，實(shí)驗組的會議系統(tǒng)設(shè)定的幀率為40幀/秒，這是為保證視頻會議的流暢性和清晰度。然而，當(dāng)系統(tǒng)檢測到帶寬不足時，其立即做出了反應(yīng)，自動將幀率降低到20幀/秒。這一調(diào)整是為了在帶寬受限的情況下，盡可能保證視頻的流暢播放，雖然犧牲了部分清晰度，但避免了因為帶寬不足導(dǎo)致的視頻卡頓。更值得一提的是，系統(tǒng)如果進(jìn)一步檢測到帶寬條件依然不足，并不會簡單地放棄調(diào)整，而是會繼續(xù)降低幀率，這次是降低到10幀/秒。這樣的連續(xù)調(diào)整，使得實(shí)驗組會議系統(tǒng)能夠在不同帶寬條件下都保持一定的可用性，雖然幀率降低會導(dǎo)致視頻畫面的連貫性和細(xì)節(jié)表現(xiàn)受到一定影響，但在帶寬極為有限的情況下，這已經(jīng)是最佳的解決方案。相比之下，對照A組和對照B組的會議系統(tǒng)就顯得有些力不從心。這2種方法不具備根據(jù)帶寬條件自動調(diào)整幀率的能力，幀率始終固定在40幀/秒。當(dāng)帶寬條件變差時，這2個對照組的系統(tǒng)就無法有效地應(yīng)對，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)了嚴(yán)重的馬賽克、模糊和卡頓現(xiàn)象，這不僅嚴(yán)重影響了視頻會議的質(zhì)量，更讓用戶的體驗感大打折扣。因此，實(shí)驗結(jié)果表明：實(shí)驗組會議系統(tǒng)具備更強(qiáng)的自適應(yīng)能力，能夠在不同帶寬條件下保持較好的視頻會議效果，可為用戶提供更加穩(wěn)定、流暢的會議體驗。

4" 結(jié)語

基于云計算的可視化遠(yuǎn)程醫(yī)療視頻會議系統(tǒng)作為信息技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的重要創(chuàng)新，不僅提升了遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)的效率和質(zhì)量，也為醫(yī)療資源的優(yōu)化配置和患者的便捷就醫(yī)提供了有力支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的不斷拓展，該系統(tǒng)未來有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動醫(yī)療信息化的深入發(fā)展。同時，技術(shù)人員需要不斷關(guān)注系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的問題和挑戰(zhàn)，持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)，以確保其為患者提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

［1］黃辰赟.大型會議中心分布式音視頻會議系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2023（3）：48-52.

［2］聶士展.基于模擬轉(zhuǎn)接的高清視頻會議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計［J］.網(wǎng)絡(luò)安全和信息化，2023（12）：66-69.

［3］俞俊，李子亮，來來，等.重大活動中視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)：基于杭州亞運(yùn)會的實(shí)踐應(yīng)用［J］.廣播電視信息，2023（增刊1）：182-185.

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［5］段佳奇，艾金桃，袁占濤.基于國產(chǎn)自研視頻會議系統(tǒng)協(xié)議打造固移結(jié)合的安全視頻會議系統(tǒng)方案［J］.廣播電視網(wǎng)絡(luò)，2023（9）：65-67.

（編輯" 王雪芬）

Visualized remote medical video conference system based on cloud computing

LIU" Zichen

（The First Affiliated Hospital of Bengbu Medical University， Bengbu 233000， China）

Abstract： Due to the poor adaptive ability of existing video conferencing systems， there are problems such as blurring and lagging of video images under low bandwidth conditions， resulting in poor medical diagnosis quality. To address this issue， this article introduces cloud computing technology and conducts research on the design of a visual remote medical video conferencing system. The hardware part of this article’s system mainly consists of three parts： a video conference terminal， a multi-point control unit， and a transmission network. This article has completed the hardware design by carefully selecting VOD servers and streaming media servers. Based on this， the software design was completed. This article adopts a centralized hybrid conference mode based on cloud computing， combined with remote medical video diagnosis and result visualization technology， to ensure the efficient operation of the system. The experimental results show that the new video conferencing system can maintain the clarity and smoothness of video images under poor bandwidth conditions， making it more adaptive and providing stronger technical support for medical consultation and diagnostic services.

Key words： cloud computing; remote; video conferencing; medical care; visualization