關于醫院視頻監控系統圖像抖動的深入探討

崔 賢，張福勇

(泰安市中心醫院，山東泰安271000)

關于醫院視頻監控系統圖像抖動的深入探討

崔 賢，張福勇

(泰安市中心醫院，山東泰安271000)

本文從醫院監控系統建設的實際出發，針對監控視頻圖像抖動的問題，結合計算機網絡相關原理與技術，深入分析了圖像抖動控制與消除策略的可行性，總結了有效控制與消除抖動的幾種措施，為醫院監控系統建設提供必要的理論與實踐支持。

抖動;以太網;擁塞;緩沖

0 引言

視屏監控系統是三甲醫院標準化評審的重要指標，是醫院安全生產和治安保衛工作信息化管理的重要手段。網絡數字監控系統是醫院監控系統建設與數字化改造主要采用的體系結構。監控視頻圖像質量穩定與否是衡量醫院監控系統性能優劣最直接的評價標準，圖像抖動直接關系到監控圖像質量穩定的程度，也是醫院監控系統普遍存在和旨待解決的問題。本文針對圖像抖動的相關問題，總結了幾種控制與消除圖像抖動的有效措施。

1 醫院視頻監控系統建設現狀

醫院監控系統建設大致經歷了三個階段。最初階段主要采用模擬信號體系結構，信號穩定、無延遲，由于圖像分辨率不高，工程布線復雜，逐漸被數字信號體系結構取代。數字信號體系結構又分為網絡監控體系結構和全數字體系結構。由于全數字視頻監控體系采用純數字視頻圖像采集、傳輸、存儲和控制，視頻圖像不經過編解碼解壓縮直接在數字電路中傳輸，要求硬件設備成本很高，因此當前醫院很少采用此種體系結構。網絡數字監控系統圖像清晰度高，工程布線相對簡單，易于集中管理，要求硬件設備造價相對較低，系統整體性價比非常高，成為當前醫院采用的主流體系結構。

2 視頻圖像抖動相關問題分析

網絡數字監控系統以網絡數字攝像機為前端視頻采集設備，將視音頻模擬信號采樣壓縮編碼成數字信號，通過光纖傳輸到數字存儲錄像機中。網絡數據通信基于TCP/IP協議，視頻信號在網絡高層以分組為傳輸單位，完成存儲轉發分組交換過程。不同于電話系統的電路交換機制，分組交換過程不具備等時性，分組由發送方到接收方傳輸過程中，可以復制、延遲，容易產生網絡擁塞，導致分組不按順序交付，相鄰分組到達接收方所需的時間不同，接收方重建還原得到的圖像質量很不穩定，這就產生了抖動。

為了減少或消除抖動的影響，在醫院監控系統建設中，起初考慮減少網絡擁塞，采用高速網絡硬件交換技術，以面向連接的異步傳輸模式(ATM)作為底層網絡技術，構建基于TCP/IP協議的ATM高速網絡。由于ATM網絡中以信元(固定長度的分組)為傳輸單位，信元轉發由高速硬件完成，而變長的分組轉發必須通過軟件完成，從這方面考慮，ATM網絡技術特別適合傳輸監控視頻數據。由于ATM網絡本質上是面向連接的，數據傳輸之前必須預留相應的網絡資源，網絡使用效率大大降低，造成很大的資源浪費，目前國內海康威視、大華等監控設備制造商都不支持底層ATM網絡體系結構，因此不具備可行性。

3 基于TCP/IP協議的千兆以太網絡體系結構下有效控制與消除抖動的措施

由于ATM技術存在以上局限性，目前醫院監控系統大都采用基于TCP/IP協議的千兆以太網絡視頻監控體系結構。在這種環境結構下，視頻數據流按照網絡層次結構順序逐層處理。TCP/IP協議負責處理高層任務，集成到相應設備中的網絡適配器芯片組件負責處理底層任務。在實際系統建設中，基于TCP/IP協議的網絡數字攝像機通過雙絞線連接到以太網交換機上，經過光纖傳輸到控制中心。在數據傳輸過程中，由于以太網絡本質上是分組交換，會產生網絡擁塞，相鄰視頻分組接收時刻間隔不穩定，視頻抖動隨時都有可能發生。為了有效控制和消除抖動，從減少網絡擁塞入手，分別在網絡傳輸、視頻接收和視頻監控集中工作客戶端等方面總結了相應的措施。

(1)在系統建設初期，前端網絡攝像機連接百兆以太網交換機，相應部位的百兆交換機通過光纖收發器(單個接口光纖交換機)接入光纖主干網絡中。實踐證明，這種情況形成交換機多層次級聯，加之監控視頻數據量大，并發性要求高，極易發生網絡擁塞。為了改善網絡總體性能，數據存儲轉發過程采用光纖交換設備完成，即前端監控點攝像機直接連接到光纖交換機上。交換機是網絡底層存儲轉發設備，其數據處理是以幀為單位，網絡高層TCP/IP協議處理后的視頻分組加上特定的頭部形成幀。在配置交換機時，將數據存儲轉發方式設置為直通轉發模式，即當某一數據幀的頭部到達交換機時，就根據頭部計算出目的地址便將幀快速轉發出去，而不是將數據幀全部存儲后再轉發，直通轉發過程完全由硬件處理實現，大大提高了數據流的傳輸速度，使得網絡擁塞發生概率最小化。

(2)由于抖動是分組交換網絡的必然結果，是不能避免的，但是可以消除抖動造成的影響，使用戶感覺不到視頻圖像質量的不穩定。視頻數據流經網絡傳輸到控制中心，先將其緩存在一起，然后再按照相同的時序輸出到顯示器上，而不是實時從網絡上獲取數據。在控制中心采用抖動緩沖服務器，設置合適的閾值，當服務器中緩存的數據空間達到閾值時，就開始輸出到顯示器上，實現數據流傳入的速率與輸出速率相同，由于視頻監控系統不是人與人交互性非常高的應用，將抖動緩沖服務器中緩存閾值設置合適，即可消除抖動產生的影響。

(3)視頻監控集中工作客戶端主要完成圖像預覽、回放和云臺控制等集中管理功能，工作量大，集中管理程序多線程執行，并發程度高，視頻數據存儲空間大，對客戶端主機軟硬件要求非常高。選用多處理器提高系統的并發性能，擴展主機中央處理器寄存器、片內片外緩寸器、主內寸等存儲層次上的空間，提高系統數據吞吐量。配置光纖網絡適配器，提高網絡數據存取速度。

4 結語

視頻監控系統建設是醫院安全生產和治安保衛工作科學化、信息化管理的重要內容，基于TCP/ IP協議的千兆以太網絡視頻監控系統是當前醫院采用的基本架構。通過對監控系統實施過程中所遇到的視頻圖像抖動方面相關話題的探討，為醫院監控系統建設提供必要的理論與實踐支持。

［1］Douglas E.Comer.Internetworking With TCP/IP Vol I: Principles，Protocols，and Architectures［M］.USA: Prentice－Hall，Inc，2001:379(科默.用TCP/IP進行網際互聯第一卷:原理、協議與結構.林瑤，譯.北京:電子工業出版社，2001:379)

［2］Kai Hwang.Advanced Computer Architecture［M］.USA: The McGraw－Hill Companies，Inc，1999.3:166.(黃凱.高級計算機體系結構.北京:機械工業出版社，1999，3:166)

［3］ Silberschatz.Operating System Concepts，Sixth Edition［M］.USA:John Wiley＆Sons，Inc，2003:78.(西爾伯斯查茲.操作系統概念.鄭扣根，譯.北京:高等教育出版社，2004，1:273)

［4］楊磊.電視監控實用技術［M］.北京:機械工業出版社，2002，4:113

TP393.41

A

1002－2376(2015)04－0019－02

2015－01－12

FIF－IMRT)，在保證靶區劑量分布有較好的適形度及均勻性的同時，使肺、心臟及肋骨的受照體積和劑量顯著減少，表現出明顯的劑量學優勢，尤其是左側乳腺癌患者受益更為顯著，與傳統的逆向調強方式比較，采用切線半束“野中野”正向調強技術，使計劃設計時間，子野數目及治療時間都顯著減少，提高了治療效率。在質量保證與質量控制中，由于子野數明顯下降，劑量驗證的通過率也顯著提高，病人的劑量也更可靠，有效的提高了病人的腫瘤靶區劑量，大幅度降低了靶區周圍正常組織及危及器官的受照劑量，顯著提高了治療增益比，使調強放療在乳腺癌的治療中發揮了更大的優勢。本技術參考國內外一些單位開展的正向調強放療方法，并結合本單位的臨床實踐，在省內率先開展了切線半束“野中野”正向調強技術在乳腺癌放射治療中的應用，很好的滿足了臨床的需要。