随着现代医学领域的科学技术不断发展，外科手术技术也日新月异。对各种手术全程画面影像进行实时记录，用于研究、教学和病例存档，已经受到高度重视。有些具有争议的手术，也可以利用这些视频资料作为科学的判断依据。手术后对照这些影像资料开展学术探讨，对于提高手术的成功率能够很大的帮助。并可通过网络，得到异地专家手术中的远程指导，远程控制机器人进行手术。这样既可以提高各医院的手术水平，又可以提供手术的全部实时影像记录，使之成为提高手术技术水平的必要资料和依据。
二、需求分析本次用户计划建设一套远程手术操作系统。通过该系统，远端医生可以准确控制本地端手术机器人进行手术。整个系统主要实现以下功能：
将手术室中的全景摄像机、术野摄像机、各类腔镜、CT机、监护仪等仪器设备的图像和信号分别采集并记录下来，并将这些医学图像、影像资料进行保留存档；
通过本系统将手术中遇到的复杂问题及时与远端专家互动沟通，准确判断术中变化，确定最优解决方案。
远端专家通过本系统传输的仪器数据以及图片，快速分析病情，并通过远程控制C臂、显微镜、OTC等为病人拍片子、定点放疗、手术等。
医疗影像设备信号：超声成像、X成像、内镜、手术显微镜、核磁共振成像、核医学成像、红外成像等。
具体实施：每间手术室需要根据实际采集信号数量部署高清，并且将分别和即可完成对每间手术室所有全景摄像机、术野摄像机、各类腔镜、CT设备、C臂设备、手术显微镜、监护仪器等设备图像信号的采集和编码。
主要负责将通过网络接收到的前端各种编码器发送的码流录制存储于录播服务器内或通过网络进行远端存储。录制的同时通过网络发送双向直播视频流到接收客户端，同时还支持向接收客户端提供点播和对话、远程操控服务。
具体实施：由于手术间需要视频交流、视频录制 。考虑到节约系统成本、实现资源利用最大化、在后端需要部署录播服务器。录播服务器可以将手术室中的所有视频画面分别录制存储下来。
主要负责从网络接受前端录播服务器发送的视频流解码后输出给各中显示设备。为了满足用户不同的收看需求我们将为用户提供的显示方式有，PC、平板电脑、智能手机等。播放设备可以直接连接液晶电视、大屏投屏、投影仪等显示设备。通过遥控器、鼠标、屏幕面板即可操控。非常适合会议室、示教室等使用。
PC、平板电脑、智能手机客户端无需安装任何插件即可通过网络或者 无线wifi用浏览器接受手术视频直播、点播、只要客户端能使用Inter网络访问远程手术服务器就可以接收手术直播、点播。
具体实施：在示教室或者需要看直播的术室配置播放器，与现场的设备连接上，音频和音响系统对接并连接上服务器，确保网络通畅。在整个观看过程中全景摄像机、术野摄像机、各种腔镜、C臂机、CT机、监护仪等设备的画面和数据画面统一展示也可局部放大进行单独远看。
操作人员通过发出命令短消息，手术室值守的模块接收到命令后发送给主机(单片机)，主机通过对命令的处理，把命令通过红外传输到相应的分机(单片机)上，分机对命令处理后，启动相应设备，完成操作人员给出的命令并向主机回复应答，主机收到应答后，通过模块发出回复短消息，报告用户完成命令。若在规定的时间内(这里定时60s)主机没有接收到分机的回复信息，即把该操作认为无效，回复操作无效短消息给操作端，要求操作人员重新发出命令。若收到的短信息有误，主机便立刻回复该操作无效，请求操作人员重新发出命令。
网络摄影机是视频采集的主要设备，其主要部件CCD和CMOS，随着技术的发展，CMOS传感器的性能正在得到快速的提升，CMOS传感响应速度要比CCD传感器的速度要快很多。因此更适合更适应高清监控的大数量特点，因此本系统中的网络摄像机采用CMOS传感器来采集工作，多视频流编码器的芯片是用来处理视频数据的核心部件，多视频流处理的核心是由专门的编码解码功能的DSP和ASIC组成。
话筒是网络摄像机采集音频的主要设备，音频服务器的芯片是用来处理音频数据的核心部件，音频服务器核心是由专门的编码解码功能的DSP和ASIC组成。
由视频采集模块采集到视频数据被传送到编码模块对其进行压缩编码。常用的两种编码方式为H.264编码方式和MPEG-4编码方式。H.264采用帧间和帧内预测的混合编码方式，但是多了一个环内滤波功能，提高了图像质量。在本系统中，视频部分将采用H.264的编码方式。
由音频采集模块所采集到的音频数据被传送到音频压缩编码模块，MP3作为目前最为普及的音频压缩格式，其应用场合十分广泛，能够广泛应用到语音通讯、语音录制等环境中，故本系统音频部分将使用MP3编码方式。
多视频流系统将采用双视频流编码以及双双视频流的网络传输，其将采集到的视频数据通过两路编码器通过两路进行编码。一路是质量较低采用实时传输协议的实时流，另一路是质量较高不采用实时传输协议的高质量流。
双视频流编码以及双视频流的网络传输的另一种应用是将采集到的视 频数据通过两路编码器进行两路编码一路是质量较低的视频流，另一路是质量较高的视频流，在传输时，系统会根据具体的网络带宽有选择的发送视频流，当网络环境好时发送高质量视频流，当网络环境差时发送质量低的视频流。
本系统具备了双向语音通讯功能，其采用多线程技术使得摄像机两端能用过语音设备进行实时的语音交流、通讯。
网络模块描述了音频视频数据通过网络传输功能，将编码压缩后的音频视频数据经过打包，添加头文件后进行网络传输，采用实时传输协议RTP协议对打包的数据进行实时的网络传输以实现实时观察，实时通讯等功能。
采用非实时传输的方式将双路视频流编码中的高质量视频流通过网络传输到客户端，并在客户端设备中分配存储空间创建视频文件，将接受的视频流保存到客户端新建的视频文件中。
3.3传输技术本系统需要完成音频采集编码；视频采集，多视频流编码，远程控制等功能；而为了实现视频信号良好的实时传输，以及语音双向通讯功能，我们要用到 实时传输协议，RTP协议，实时传输控制协议，RTCP协议以及实时流媒体协议，RTSP协议。在本系统对音频数据处理过程中，我们必须了解其中的视频编码技术，同时为了实现网络实时通讯功能，双向视频语音通讯技术也是本系统核心技术之一。
在网络电话，视频会议等应用领域，为了满足应用的需要和使用着的需求，我们要保证视频数据的流畅性和双向语音通讯的服务质量，而影响视频流畅性以及语音通讯质量的因素主要来源与网络层的延时，抖动等，下面详细介绍网络层影响传输的几个因素。
处理延时：在网络中转发帧的设备会造成延时，在网络中，处理延时会造成一定的影响，这种影响在分组网络环境中尤为重要，数字信号处理器每10ms产生一个语音样本，两个语音样本被放在一个包中，每个包的延时是20ms。
队列延时：分组还有其他原因的延时，其中的两个是将分组移动到输出队列的所必须时间和序列化延时。当一个包因为输出接口阻塞而停止在队列中而造成的延时，称为队列延时，其实在某段时间内发送的包超过了接口的处理能力，在进行双向语音视频通讯中，由于要同时处理和发送音视频数据，因此会产生队列延时。
抖动：是指包到达时间不规律，是分组网络的一个问题，在分组语音环境下，发送者希望语音包以稳定的间隔到达，但是这些包在网络上传输时可能不会以同样的时间间隔到达接受站点，分组期望和实际达到的偏差就是抖动。
由于实时传输协议RTP协议提供具有实时特征的，端到端的数据传输业务，并且在RTP报头中包含装在数据的标识符，序列号，时间戳等信息，因此为了解决以上影响实时传输的问题，尤其是双向语音通讯的抖动问题，本系统采用实时传输协议RTP协议以及和RTP协议配套使用的实时传输控制协议RTCP协议来进行视频流以及语音数据的实时传输，用以保证视频流的流畅以及语音通信的顺利进行。
前向纠错简称FEC，英文全称Forward Error Correction，是通过提前采取措施来对抗网络损伤。丢包重传主要针对丢包的情况下，有针对性地对丢失的数据包进行高效率的重传。准确来说，它们的直接目的不是为了降低延迟，而是为了对抗网络损伤。在不可预测的网络环境中，能很好地处理网络抖动带来的负面影响，间接也会降低了延迟，同时保证了稳定性和流畅性。
实时流媒体协议RTSP是TCP/IP协议中的一个应用层协议。该协议定义了应用程序如何有效的通过IP网络传送多媒体数据。RTSP协议是类似于HTTP协议的流程协议，他们都是用纯文本来发送信息，而且RTSP协议的语法也类似HTTP语法协议，和HTTP协议相比较RTSP协议所不同的地方是，RTSP协议是由状态的协议，而HTTP是无状态的协议。RTSP协议的默认端口为554，默认承载协议是TCP。RTSP协议中只是定义了对流媒体的控制，并未提供对实时音视频数据流的传输功能，因为他需要和实时传输协议RTP，实时传输控制协议RTCP配合使用，完成音频数据的网络传输。
在本系统中，压缩编码是非常重要的一个环节，以352*288像素的视频为例，采用4：2：0的格式，单帧画面数量为1.2Mbit，采用4：4：4的格式，单帧画面数据量为2.4Mbit，对于25帧/s的码流，即使采用4：2：0的格式，码流可以达到30Mbps，这是网络环境根本无法支撑的，因此视频压缩是必须的，并且我们可以根据不同的环境、不同的场合对食品质量的不同要求来采用不同的编码标准以便合理的利用宽带和保证视频传输的实时性。
目前对视频交流监控系统主要由两方面的要求：一是实时性的的需求，以便观察实时场景，用以及时交流。另一个是高质量的需求，以便在后期进行细致研究。在网络和宽带的限制之下很难满足上述两个方面的需求，因此我们系统同使用多视频流编码来解决这个问题。
多视频流编码是对统一视频源进行双路编码产生实时的视频流以及高质量的视频流，其中实时流视频用作实时观察，对传输的实时性要求较高，而对图像的质量要求相对要低一些，实时流视频要求在编码之后立即传输到客户端；而高质量的视频流用作后期的调查，对图像的质量要求较高，而对传输的实时性要求低一些，只需在特殊的事件发生之后的一段时间内传送给主机端即可。
另一种多视频流编码的应用实在编码模块采用双路编码，编码产生双路视频流，一路是质量较好的视频流，另一路是质量较差的视频流，再根据网络环境，在网络环境好的时候实时的传输质量好的视频流，在网络环境较差的时候实时传输质量较差的视频流，合理有效的利用宽带。
本系统考虑在某些场合和一些特定的环境中，仅仅采集实时的视频流和音频流是不够的，在这些场合中，我们还需要系统在两端能够相互狗沟通、交流，比如通过摄像机观察手术时，专家可以观察到手术的动向，听到医生的交流，但是有话要说需要沟通指导的时候，就需要观察者发出声音能够让手术室内的医生听到等等。在很多场合我们也需要双方都可以听见声音。这就需要双向语音通讯技术了。
双向语音通讯技术就是作为主机的一端同时作为客户，作为客户的一端同时作为主机端，两端通过多线程技术在发送信号的同时对方传输过来的信。
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