CN103919522B - 一种自组网式无线视频影像喉镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明所述一种自组网式无线视频影像喉镜系统，它包括无线视频影像喉镜、接收显示设备、图像显示，所述无线视频影像喉镜的手柄组件里，设有视频处理器模块，与其相连接的分别有存储器模块、数字摄像头输入模块、Wi-Fi模块，手柄组件里还设有电源管理模块。本发明所述接收显示设备或采用专用无线接收器，其设有CPU模块，与其相连接的分别有存储器模块、VGA/HDMI模块、Wi-Fi模块，专用无线接收器里还设有电源管理模块；所述接收显示设备或采用Android智能移动终端，通过设计相应的视频解码器，无线接收、解码、播放视频压缩码流。它通过先进视频压缩技术、数字化无线传输技术，能够达到高清晰度的视频影像，并且能够多屏显示。

Description

一种自组网式无线视频影像喉镜系统

技术领域

本发明涉及一种自组网式无线视频影像喉镜系统。

背景技术

目前，在手术麻醉气管插管中，喉镜是被广泛使用的设备，它由兼做手柄及电池盒的卡座和用来压住舌部挑起会厌暴露声门的弧形压舌板组成，前部装配有防雾摄像头并附有LED小灯，用作插管时照明。喉镜的使用，帮助医护人员在操作中准确显露声门、快速完成气管插管，提高了一次插管的成功率，便于麻醉与急救。如专利号为200910050546.7的中国发明专利，提出了一种电子视频多功能喉镜，但其显示屏和操作手柄一体化，这带来了操作上的不方便，由于操作手柄的运动会导致显示角度的变化，从而会影响视觉观察；专利号为201210212471.X的发明专利，提出一种三维全景彩色视频喉镜，该系统显示角度更大并且可以多屏显示；专利号为200820024421.8的实用新型专利，提出一种便携式无线视频影像喉镜，该装置实现了无线传输但采用的技术还是传统的模拟传输技术，抗干扰性差，并且无法实现网络化、远程化传输。综上所述，当前视频喉镜的主要问题在于：（1）无论是有线视频喉镜还是无线视频喉镜，均采用视频信号的模拟传输，信息化，网络化、远程化仍无法实现。（2）现有的便携式喉镜，一般在手柄上集成了小型LCD显示屏（1.7寸或3.5寸），视域范围小，分辨率也不高，往往只有320*240甚至更低，在手术麻醉及医学教学场合受到很大限制。（3）未采用高压缩率的视频压缩算法，视频信息传输和保存耗费了大量的资源。（4）功耗普遍较高，待机和续航时间短，需要频繁充电和更换设备。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种自组网式无线视频影像喉镜系统，它通过先进视频压缩技术、数字化无线传输技术，能够达到高清晰度的视频影像，并且能够多屏显示，在使用该喉镜插管时，其显示的图像可以供多人多地实时观看，也可以存储和重放，便于教学和科学研究，未来可将该系统扩展应用到远程医疗诊断中。

本发明是这样实现的，所述一种自组网式无线视频影像喉镜系统，它包括无线视频影像喉镜、接收显示设备、图像显示，所述无线视频影像喉镜的手柄组件里，设有视频处理器模块，与其相连接的分别有存储器模块、数字摄像头输入模块、Wi-Fi模块，手柄组件里还设有电源管理模块。

本发明所述接收显示设备或采用专用无线接收器，其设有CPU模块，与其相连接的分别有存储器模块、VGA/HDMI模块、Wi-Fi模块，专用无线接收器里还设有电源管理模块；所述接收显示设备或采用Android智能移动终端，通过设计相应的视频解码器，无线接收、解码、播放视频压缩码流。

本发明所述图像显示方式采用单屏、多屏、远程接入显示喉镜前端传来的视频，视频在PC、手机或平板电脑、具有HDMI接口的大屏幕设备、或标准的显示设备上显示。

本发明所述视频处理模块采用H.264视频编解码技术，完成视频采集、压缩编码。

本发明所述存储器模块，其设计包括了两种：NANDFLASH和SPIFLASH。

本发明所述数字摄像头输入模块采用CMOS图像传感器，支持连续和隔行两种扫描方式；最高像素为1280*720，最高帧速率为60FPS；数据格式包括YUV、RGB两种；数字摄像头的管脚与视频SoC电路的VDIN总线相连。

本发明所述Wi—Fi模块，基于IEEE802.11b/g/n/acWi-Fi宽带无线接入技术，喉镜手柄和接收显示设备自发现、自配置、自组织成无线局域网，实现喉镜采集视频的网络化、远程化传输。

本发明所述电源管理模块采用电源管理芯片及大容量锂电池，设计利于芯片的睡眠和唤醒的功能，有效的降低功耗。

本发明的有益效果是，（1）采用先进的H.264视频编解码技术，提供分辨率更高（高达1280*720）但占用存储空间更小、存储时间更长的数字视频技术。同时，为视频远程会诊提供基础。手术及麻醉过程的喉镜操作全过程，可以直接在显示接收端进行影像存储，便于病情分析及复诊。（2）采用无线网络传输技术，基于IEEE802.11b/g/n/acWi-Fi宽带无线接入技术，实现喉镜手柄、各种显示终端自组织，自动发现、协商和配置，自动互联，即插即用。实现喉镜采集视频的网络化、远程化传输，有利于不同科室或医院会诊、远程医疗。（3）灵活的图像显示方式，可以单屏、多屏、远程接入显示喉镜前端摄像传来的视频，视频可以在PC，移动设备（手机或者是平板电脑），具有HDMI接口的大屏幕设备，及标准的显示设备上显示出来，使得视域再无障碍。（4）超低功耗设计，采用大容量锂电池，及超长待机技术，不需要频繁充电或更新设备，提高医生工作效率，每天只需要对手柄一次电，待机时间一周，采取用时唤醒及无使用时进入休眠的节能方法。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为本发明所述无线视频影像喉镜的手柄组件模块结构示意图。

图3为本发明所述专用无线接收器的模块结构示意图。

图4为本明所述H.264视频编解码技术主要处理过程示意图。

图5为本发明所述视频采集流程示意图。

具体实施方式

本发明一种自组网式无线视频影像喉镜系统，如图1—5所示，由视频影像喉镜，无线路由设备，显示设备（包括专用接收显示器和Android智能移动终端）组成。视频影像喉镜的外观采用操作手柄和弧形压舌板为主要部件的结构。前部装配有防雾摄像头并附有LED小灯，用作插管时照明。压舌板为一次性使用产品，更换方便。手柄内部为核心电路以及供电电池。选用低功耗的视频处理器为电路核心，完成视频采集、编码及无线传输，手柄内部组件模块结构如图2所示。无线路由设备可选用市面上常见的IEEE802.11无线路由器。通过采用多播技术，同一个喉镜手柄发出的视频信号可以由多个接收设备同步显示，即可以实现多屏显示。

本发明所述视频影像喉镜手柄组件的视频采集压缩功能，采用先进的H.264视频编解码技术，在视频采集后进行压缩编码，压缩码流通过IEEE802.11b/g/n或是采用最新的IEEE802.11ac无线发射出去。由于前端手持设备对功耗体积有着较高要求，考虑到码率和分辨率的要求，所以选择功耗较低的视频SoC，由于面积的限制，只能保留核心功能的相关电路，核心系统如图2所示，包括了视频处理器模块，以及分别与其相连接的存储器模块、数字摄像头输入及LED照明模块、Wi-Fi模块，还有电源管理模块。

1、视频SoC

由于芯片集成了H.264协处理器，所以省去了成本高的DSP，从而降低了成本，而且使用软件编程可以控制图像的输出大小，使用方便。工作流程就是主处理器即视频处理模块接收数字摄像头采集的视频信号，进行预处理及H.264压缩编码，最后将编码后的数据通过无线网络传输。其中系统的电源由另外的芯片提供，而时钟由视频SoC外接的晶振决定。H.264编码主要处理过程如图4所示。

2、存储器模块

存储器的设计包括了两种：NANDFLASH和SPIFLASH。

3、数字摄像头模块

采用常用的CMOS图像传感器。支持连续和隔行两种扫描方式，VGA与QVGA两种图像格式；最高像素为1280*720，最高帧速率为60FPS；数据格式包括YUV、RGB两种，能够满足一般图像采集系统的要求。

数字摄像头的管脚与视频SoC电路的VDIN总线相连，免去了ADC的过程，有效的保证了视频的质量。视频采集流程如图5所示。

4、Wi-Fi模块

无线模块采用超低功耗、低成本、全面支持主流以及WAPI加密模式、满足802.11b/g/n的SDIO接口的Wi-Fi模块。模组内部集成射频、基带、射频开关、晶体振荡器、电源变换电路，高度集成化使得硬件设计快速方便，成熟的基于Linux和Android环境下的驱动，简化了软件设计。模块可由3.3V电压启动，SDIO接口兼容1.0&2.0版本SDIO，支持SDIO1bit、4bit模式，时钟最高支持50MHz，由SoC控制其时钟频率和工作模式。低电压有效的降低了功耗。

5、电源管理模块

电源模块要满足系统多电压直流供电的需求。包括核心芯片、DDR存储、FLASH存储以及相关接口模块的电压、电流要求。并在核心芯片的电源处使用电容并联的滤波电路来使信号更加的符合要求。

喉镜手柄低功耗设计，手柄功耗设计关系到系统使用时间的问题，（1）采用大容量锂电池（2）利于芯片的睡眠和唤醒的功能，在使用是一键触发，没有使用自动进入睡眠状态，降低系统的功耗。不需要频繁充电或更新设备，提高医生工作效率。每天只需要对手柄一次电，采用USB充电，在紧急时刻可用便携式移动电源临时供电。

本发明的接收显示设备采用两种方式：一种是采用专用无线接收器通过视频接口（如VGA、HDMI）接普通显示器，无线接收器完成视频接收和解码的功能，通过视频接口将视频信号输出至显示器显示，专用无线接收器的模块结构如图3所示。另一种是采用市面上常见的Android智能移动终端，通过设计相应的视频解码器，可以无线接收、解码、播放视频压缩码流，将声门暴露情况、咽喉部结构清晰的展现在液晶显示屏。

本发明所述自组网所采用的技术方案是：

喉镜设备及显示设备采用自组网技术协议，在无线网络传输技术的基础上实现设备自组网。采用基于IEEE802.11b/g/nWi-Fi宽带无线接入技术，在部署无线路由器的情况下，无线网络的相关信息写入喉镜手柄设备及各种显示终端设备，在设备上电后能够根据预先设定的无线网络自动连接无线路由器并自动获取IP地址，并完成视频数据包的网络化传输。

在没有部署无线路由器的情况下，喉镜手柄装置可自行当做无线接入点，各个接收显示设备可无线连接至手柄，从而实现自组织，自动发现、协商和配置，互联技术，即插即用。自组网技术的使用不需要专业设备安装人员即可安装，维护简单。可实现喉镜网络化、远程化使用，有利于不同科室或医院会诊、远程医疗。

高清多屏显示通过组播技术实现，使得系统具有灵活的显示方式，可以单屏、多屏、远程接入的显示技术，视频可以在PC，移动设备，具有HDMI接口的大屏幕设备，及标准的显示设备上显示出来，由于设备的多样性系统的设计复杂度较高，采用P2P及SIP控制协议，使系统稳定而低功耗工作。

本实施例中，如附图1所示，喉镜手柄是以ARM9+H.264编解码协处理器为核心的视频SoC处理器，该处理器工作需要DDR存储器和Flash存储器的配合。若选用集成了DDR的ARM视频处理器，则可以更大的提高集成度，降低系统功耗。

接收端可以是Android智能手机、平板电脑或Windows电脑，通过设计相应的视频解码器，便可以接收手柄传来的视频；接收端也可以是专用设备，该接收设备以ARM处理器为核心，运行Linux操作系统，主要实现视频的硬件解码，系统工作同样需要DDR内存和Flash存储器的配合，喉镜前端传来的视频可以通过有线网络（RJ45）或是无线网络（Wi-Fi）传输到后端。高清接口可以将高清视频输出至高清显示器显示。

整个系统由喉镜手柄前端采集视频，H.264视频编码，Wi-Fi无线网络将压缩码流传输至接收设备，接收设备完成视频H.264解码及高清显示，多种接收设备可以多屏同步接收显示，构成完整的视频喉镜系统。

Claims (6)

1.一种自组网式无线视频影像喉镜系统，它包括无线视频影像喉镜、接收显示设备、图像显示，其特征是：所述无线视频影像喉镜的手柄组件里，设有视频处理器模块，与该视频处理器模块相连接的分别有存储器模块、数字摄像头输入模块、Wi-Fi模块，手柄组件里还设有电源管理模块；所述接收显示设备或采用专用无线接收器，该专用无线接收器设有CPU模块，与CPU模块相连接的分别有存储器模块、VGA/HDMI模块、Wi-Fi模块，专用无线接收器里还设有电源管理模块；所述接收显示设备或采用Android智能移动终端，通过设计相应的视频解码器，无线接收、解码、播放视频压缩码流；所述图像显示方式采用单屏、多屏、远程接入显示喉镜前端传来的视频，视频在移动终端、具有HDMI接口的屏幕设备上显示。

2.根据权利要求1所述一种自组网式无线视频影像喉镜系统，其特征是：所述视频处理模块采用H.264视频编解码技术，完成视频采集、压缩编码。

3.根据权利要求1所述一种自组网式无线视频影像喉镜系统，其特征是：所述数字摄像头输入模块采用CMOS图像传感器，支持连续和隔行两种扫描方式；最高像素为1280*720，最高帧速率为60FPS；数据格式包括YUV、RGB两种；数字摄像头的管脚与视频SoC电路的VDIN总线相连。

4.根据权利要求1所述一种自组网式无线视频影像喉镜系统，其特征是：所述与视频处理器模块相连接的存储器模块，其设计包括了两种：NANDFLASH和SPIFLASH。

5.根据权利要求1所述一种自组网式无线视频影像喉镜系统，其特征是：所述与视频处理器模块相连接的Wi—Fi模块以及与CPU模块相连接的Wi—Fi模块，均是基于IEEE802.11b/g/n/acWi-Fi宽带无线接入技术，喉镜手柄和接收显示设备自发现、自配置、自组织成无线局域网，实现喉镜采集视频的网络化、远程化传输。

6.根据权利要求1所述一种自组网式无线视频影像喉镜系统，其特征是：所述手柄组件里设有的电源管理模块采用电源管理芯片及大容量锂电池，设计利于芯片的睡眠和唤醒的功能。