基于3G點對點傳輸模式的傷病員后送監測系統的研究

支朝朋，杜洪良，姚媛，孫劍

武警河北省總隊醫院 a.信息中心；b.物流中心；c.醫務處，河北 石家莊050081

基于3G點對點傳輸模式的傷病員后送監測系統的研究

支朝朋a，杜洪良b，姚媛c，孫劍a

武警河北省總隊醫院 a.信息中心；b.物流中心；c.醫務處，河北 石家莊050081

基于3G網絡，采用H.264視頻壓縮技術開發了點對點視頻傳輸模式的傷病員后送車載監測系統。本文詳細介紹了系統的視頻數據采集、傳輸和監控的設計原理和工作流程。實驗表明，系統設計合理，滿足了無線視頻監控系統實時性要求，保障了醫療救援隊與后方醫院之間進行實時雙向音頻和視頻會診需求。

遠程會診；車載監測系統；3G網絡；點對點傳輸模式

0 前言

經查閱國內外的軍內戰場衛勤信息化相關的研究材料，以美軍較為領先，主要是利用自帶的高頻無線電話，方便與指揮部聯系；國內解放軍也有進行戰場我方單兵救援信息呼救系統的研究，利用無線視頻、音頻系統，方便現場救援人員與醫學專家之間的通信聯系[1]。無論外軍或我解放軍在戰場是敵對雙方的戰斗，其醫療救援目的是單方的，所以其研究僅限于己方傷病員的救治。與外軍和我解放軍戰場衛勤保障任務相比，武警部隊應急醫療救援隊在執行突發事件和自然災害醫療救援中，面向的不僅是武警部隊參戰官兵，主要是救治受傷受困的人民群眾。因此，武警部隊擔負任務的不同，救治對象的不同，決定了我們研究的方向、方法、重點、客體的不同。

自1980年以來，我國平均每年有3億人次因自然災害受災。武警部隊作為搶險救災的突擊隊，醫療救援是災害初期首要任務，而迅速、及時、準確、安全、高效是醫療救援的關鍵。對于傷勢較輕的傷員，在救援現場即時處置；而傷勢較重的傷員，則需要護送到具有外科手術能力的野戰醫院。傷員后送過程中,傷情不斷變化,需要專科醫生實時救治，由于醫療資源有限，陪護的往往不是專科醫生。

本文研究的車載傷病員監測系統，可大大提高傷病員后送過程中進行追蹤和監測的能力，并根據傷員病情變化，對陪護醫生進行遠程指導，第一時間掌握傷病員情況,贏得搶救時機,提高救治成功率。還便于醫學救援指揮組對醫療資源的調度管理，防止傷病員到達野戰醫院后出現資源短缺的問題。

1 系統總體設計

本系統采用聯通3G網絡和H.264視頻壓縮技術的無線視頻監控系統，以點對點的流媒體傳輸模式，達到了視頻、音頻傳輸延遲＜2 s的標準。系統采集的視頻數據通過數模轉換-壓縮-加密方式進行處理；監控終端采用RSA1024位高強度加密，模塊和軟件之間采用一對一綁定，且監控終端只能通過綁定軟件查看前端模塊的視頻采集圖像。

3G是支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術，能夠同時傳輸圖像、聲音、視頻等數據，而且傳輸速率一般能保持在幾百kbps（千比特/s）以上。3G網絡在靜止、低速運動和高速行駛的環境中的傳輸速度能夠分別達到至少2 Mbps（兆比特/s）、384 kbps以及 144 kbps，這就保證了其能夠支持不同環境下的相應服務[7]。本系統采用了覆蓋范圍廣、通信基站多、信號傳輸穩定的聯通WCDMA制式的通信網絡[2]。

2 監控終端核心芯片

本系統監控終端核心采用ARM926EJ-S CPU處理器和硬件編解碼模塊芯片，它們具有高集成、可編程、支持H.264和MJPEG等多協議的優點，并支持實時視頻通信、數字圖像監控、網絡攝像機等領域[3]。

控制終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統，所有功能的實現都基于Linux操作系統來完成。Linux系統具有內核小、效率高、源代碼開放、直接提供網絡支持等優點，在ARM平臺上應用已比較成熟。對于本系統，軟件主要包括三個層次：最底層BootLoader服務程序和基本外設驅動，它主要完成系統加載和ARM核心處理器的初始化配置；第二層主要是攝像頭模塊和WCDMA模塊的驅動程序；第三層是系統的應用程序，負責壓縮后的視頻數據的RTP封包以及傳送。

3 視頻采集終端

視頻采集終端主要由視頻采集設備、處理器芯片、嵌入式軟件等組成。攝像頭選用的是先進高清數字攝像頭；采集部分使用Linux的視頻設備驅動Video for Linux2.2實現；顯示模塊使用Linux的FrameBuffer實現。視頻采集設備即攝像頭完成視頻采集后，處理器芯片和嵌入式軟件對視頻數據進行壓縮編碼。

打開攝像頭后，可以通過一系列IOCTL命令傳遞數據到底層驅動完成相應任務，從而實現I/O控制，主要包括：分辨率、圖像顏色、每個像素點所占字節數控制[4]。視頻采集流程，見圖1。

圖1 視頻采集流程圖

4 視頻數據的傳輸

現有的視頻數據傳輸受到IP地址和網關限制。兩個點之間進行視頻傳輸時，發送端需要將視頻數據傳送至服務器后再從服務器傳送至接收端，導致傳輸延遲時間長，畫面不流暢的問題[5]。如果發送端和接收端都是因特網的一個結點，則發送端可以通過IP地址發送至接收端，但也需要網絡服務器存儲轉發，或受網關限制、或需路由器設置，任意兩點間是不能隨意傳輸的，即不能實現嚴格意義上點對點視頻雙向實時互通[6-7]。

本系統采用的點對點視頻數據傳輸系統，包括若干點對點視頻傳輸的終端及點對點視頻傳輸平臺。終端通過網絡連接平臺上的存儲器（服務器），實現點對點視頻雙向互通，不受網關限制，不需要服務器存儲轉發[8]，其原理示意圖，見圖2。

圖2 點對點傳輸示意圖

由圖2可見系統具體傳輸方法如下：

（1）建立點對點視頻傳輸平臺C，給每個需要進行點對點視頻傳輸的終端A和B分配唯一的標識，并保存該標識與該終端識別信息之間的對應關系。

（2）在終端A和B上預先安裝有點對點視頻傳輸軟件，傳輸軟件上存儲有點對點傳輸的所有終端的標識。

（3）終端A和B之間要進行視頻數據傳輸時，發送方A先訪問視頻傳輸平臺C，獲得接收方B對應的終端識別信息。

（4）發送方A通過終端識別信息連接至接收方B，實現雙方實時信息傳輸。

終端識別信息包括IP地址和通信終端標識號碼，終端定期或事件觸發式連接至點對點視頻傳輸平臺，同步本端保存的點對點傳輸的所有終端標識。或者視頻傳輸平臺將本平臺的點對點傳輸的所有終端標識發送至各個終端。

數據傳輸模塊采用TCP協議進行傳輸。當點對點視頻傳輸平臺給車載端分配數據端口后，車載端保持監聽狀態，收到命令Cmd_TCP_Connect后，車載端與平臺建立連接，準備發送數據。在收到Cmd_Live_Play后，將發送標志位置為有效，車載端開始發送數據；當收到Cmd_Live_Stop后，將發送標志位置為無效，停止發送。

5 后端監控平臺

后端監控系統使用幀緩沖技術，對顯示設備進行寫入、控制，避免了對內存映射區進行操作。即將顯存抽象成為一種字符設備，允許上層應用程序在圖形模式下直接對顯示緩存區進行讀寫操作。幀緩沖從本質上說是將屏幕上的物理像素點和幀緩沖區的物理地址一一對應起來。因此，開發者不需要了解底層細節，只需向模塊驅動發送相應命令，并向緩沖區中相應地址寫入對應像素點的數據就可以完成圖像顯示功能[9]。具體過程，本文不再詳細闡述。

6 結束語

本系統利用H.264視頻編解碼技術與3G無線網絡結合，實現了點對點無線傳輸技術，克服了傳統無線視頻監控系統傳輸速率的瓶頸；引入存儲器和控制器來控制視頻流的傳輸，使視頻流傳輸效率最佳化。實驗表明，本系統設計合理，滿足無線視頻監控系統實時性要求，真正實現了監控系統的無線化，具有極高的實用性，對部隊應急醫療救援正規化、降低參戰部隊和受傷群眾死亡率、傷殘率有重大意義[10]。對現代災害醫學救援倡導的及時發現、及時救治、及時處理的原則是一個創新性的貢獻。

[1]李麗娟,刁天喜．美軍非戰爭軍事行動醫療后送[J]．解放軍醫院管理雜志,2010,17（4）：381-382．

[2]Lu Shuai,Jin Zhi-gang,Jin Zhan,et al．3G W ireless Video SurveillanceSystem Designed for Bus and Reliable Network Transm ission[J]．Wireless Communications,Networking and Mobile Computing,2011,1（9）：1-4．

[3]Schwarz H,Marpe D,W iegand T．Overview of the Scalable H．264/MPEG4 -AVC Extension．[J]．Image Processing,2006 IEEE International Conference on,Fraunhofer Inst．for Telecommun, Heinrich Hertz Inst．,Berlin,Oct．2006,1（1）：161-164．

[4]黃偉,王曉莉,王典洪．ARM和GPRS的圖像采集系統設計[J]．機械與電子,2009,（5）：53-56．

[5]謝紅華,陸以勤,呂錦．基于3G無線網絡的高質量實時視頻監視系統的設計[J]．計算機應用研究,2007,24（10）：313-317．

[6]趙澤,崔莉．一種基于無線傳感器網絡的遠程醫療監護系統[J]．信息與控制,2006,35（2）：78-83．

[7]郭美娜．3G時代的遠程醫療[J]．醫療衛生裝備,2009,30（8）：29-31．

[8]史森中,劉洋．3G遠程醫療監護系統的設計及探討[J]．中國醫學教育技術,2013,27（1）：86-87．

[9]晃勇,帥萬鈞,端慧敏,等．野戰醫療所戰備庫房信息化管理系統的研制[J]．中國醫療設備,2014,29（3）：40-42．

[10]鄭威琳．病人醫療信息多維可視化表達方法與實現技術研究[D]．上海：中國科學院研究生院（上海技術物理研究所）,2014．

Study on the Casualty Evacuation M onitoring System Based on 3G Point-to-Point Transm ission M ode

ZHI Chao-penga, DU Hong-liangb, YAO Yuanc, SUN Jiana
a.Information Center；b.Logistics Center；c.Department of M edical Services, Hospital of Hebei Provincial Armed Police Corps, Shijiazhuang Hebei 050081, China

Based on the 3G network, H.264 video compression technology was applied to develop the point to point video transm ission mode of the sick and wounded evacuation vehicle monitoring system. In this paper, the design principle and working process of the system were introduced in detail from its video data acquisition, transm ission and monitoring. The experiment showed that the system was designed reasonably and could meet the real-time requirements of the w ireless video monitoring system, which ensured the real-time two-way audio and video consultation between the medical rescue team and the rear hospital.

remote consultation；vehicle monitoring system；3G network；point to point transm ission mode

TP37

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.10.030

1674-1633（2015）10-0103-03

2015-04-13

2015-05-08

作者郵箱：kevinpope@126．com