CN201465328U - 基于流媒体传输的远程医疗教学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于流媒体传输的远程医疗教学系统，包括一个本地终端及其附属装置、一个或数个远程终端及其附属装置、一个或数个MCU服务器，所述MCU服务器与本地终端和远程终端相连；所述本地终端的附属装置包括一个或多个含有信号输出端和控制端的第一视频采集装置、一个或多个第一音频采集装置、视频切换装置以及控制装置；远程终端的附属装置为第二音频采集装置和第二视频采集装置。本系统可通过网络实时传输手术室的图像、声音到各个教学点上，可以应用于远程医疗教学等方面。

Description

基于流媒体传输的远程医疗教学系统

技术领域

本实用新型涉及基于流媒体传输的远程教学系统，更具体的说，涉及一种计算机软件系统辅助的基于流媒体传输的远程医疗教学系统。

背景技术

进入数字化、信息化时代的二十一世纪，人们对教育的需求日益增加。多媒体远程教育作为一种新的教育模式，将最大限度利用现有的教育资源，是实现高等教育的大众化、现代化、终生化和国际化的新型教育形式和必然途径。同时现代计算机技术、网络技术、通信技术、流媒体技术、数据库技术和人工智能技术等的发展，为多媒体远程教育的发展提供了强有力的技术保障条件。流媒体是指在互联网上以数据流的方式实时发布音、视频多媒体内容的媒体，而流媒体技术则是用于在IP网络上发布多媒体数据流的技术。流媒体技术与传统播放技术的区别在于，传统的播放技术是由客户端从服务器下载完整的文件，然后进行播放；流媒体技术则采用了流式传输方式，将整个多媒体文件压缩解析成多个压缩包，向客户端实时地顺序传送，用户无需等待整个文件下载完毕，可以一边解压播放前面传送过来的压缩包，一边下载后续的压缩包，从而节省了用户的时间。实时教学系统是远程教育系统中一个非常重要的部分，它是教学活动中一个必不可少的环节。这类系统借助现代的通信手段、流媒体技术将教师现场授课的语音、数据、图像等实时地传送到远端教室或学生的桌面系统上，这样学生就可以同普通的学生一样听老师的授课，这样既可实现教学资源的共享又能获得较好的教学效果。随着宽带技术和流媒体技术的不断发展，远程实时系统应用前景十分广大，它不仅可用于远程教学，也可用于其他任何部门进行多媒体信息的发布和交流，实现更新更广更实际的功能，以适应时代的需求。

然而，对于当前的大多数流媒体远程医疗教学系统普遍使用一对多的广播形式，可视角度固定，交互机制非常的有限且单一，远程终端的所见所得，都要由本地终端来管理，使得远程终端基本上没有自主权，不能有效的参与医疗教学活动。为了更好的实现远程医疗教学，交互性更强、视角范围更广的流媒体远程教学系统还亟待发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服传统的远程医疗教学系统的不足，提高系统的交互性，提供一种基于流媒体传输的远程医疗教学系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

提供一种基于流媒体传输的远程医疗教学系统，包括一个本地终端、一个或数个MCU服务器、一个或数个远程终端，其特征在于：

还包括一个或多个含有信号输出端和控制端的第一视频采集装置、一个或多个第一音频采集装置、含有多个输入端和一个或多个输出端的视频切换装置、控制装置，以及第二音频采集装置和第二视频采集装置；

所述第一视频采集装置的信号输出端与所述视频切换装置的输入端相连，用以将采集到的信号输出至所述视频切换装置；

所述视频切换装置的输出端与所述本地终端相连，用以切换多个第一采集装置采集到的信号，并将采集到的信号传输至所述本地终端；

所述第一音频采集装置与所述本地终端相连，用以将采集到的信号输出至所述本地终端；

所述控制装置与所述本地终端相连，用以生成控制命令，并将控制命令发送至所述本地终端；

所述第一视频采集装置的控制端与所述本地终端相连，用以根据所述本地终端发出的命令控制第一视频采集装置；

所述MCU服务器与所述本地终端和所述远程终端相连；所述远程终端与第二音频采集装置和第二视频采集装置相连。

其中，所述本地终端为计算机，内置第一音视频压缩模块、控制模块和第一存储模块；所述第一音视频压缩模块与所述视频切换装置的输出端和第一音频采集装置相连，用以压缩接收到的信号；所述控制模块与所述控制装置和所述第一视频采集装置的控制端相连，用以接收所述控制装置发出的控制命令，并将所述控制命令解析后发送至所述第一视频采集装置的控制端；所述第一存储模块与所述第一音视频压缩模块相连，用以存储经所述第一音视频压缩模块压缩后的信号。

其中，所述本地终端的第一视频采集装置带有云台和与之相连的摄像头，用以带动摄像头随所述云台一起运动；所述云台内置有所述控制端，所述摄像头内置有所述信号输出端。

作为本实用新型的优选方案之一，所述视频切换装置为视频矩阵。

作为本实用新型的优选方案之一，所述控制装置为内置有单片机的控制杆。

所述远程终端为计算机；所述远程终端内置第二音视频压缩模块、第二存储模块；所述第二音视频压缩模块与所述第二音频采集装置和第二视频采集装置相连，用以压缩所述第二音频采集装置和第二视频采集装置采集到的信号；所述第二存储模块与所述第二音视频压缩模块相连，用以存储经所述第二音视频压缩模块压缩后的信号。

所述本地终端和所述远程终端上安装有系统平台，所述系统平台包括用于由所述本地终端控制所述远程终端权限的权限模块。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

采用本实用新型的远程医疗或教学系统具有多个可控摄像头，可方便的控制摄像头的转动和移动，可以提供多角度，高质量的视频画面和逼真的音效。该系统通过计算机软件系统辅助实现远程控制摄像机，并且可以灵活的保存视频画面和音效。本实用新型的远程医疗或教学系统还具有权限控制模块，可以达到资源的有效利用和信息传输安全。

综上所述，本实用新型提供的远程医疗或教学系统，能全方位、多角度的采集数据，具有实时语音交互、远程控制等功能，能大大地提高系统的交互性，给用户带来更好的体验。

附图说明

图1是本实用新型的实施例的主要结构示意图。

图2是本实用新型的实施例的具体结构示意图。

图3是本实用新型的实施例中的本地端程序操作界面图。

图4是本实用新型的实施例中的远程端程序操作界面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

首先参考图1，其表示本实用新型的实施例的主要结构示意图，包括：本地终端100及其附属装置，MCU服务器200，多个远程终端300及其附属装置。其中，MCU为MicrocontrollerUnit的缩写，即是微控制器。MCU服务器200与本地终端100和远程终端300相连。

参考图2，本实施例中，本地终端101为以PC架构为基础的计算机，内置音视频压缩模块105、控制模块106、显示模块107和存储模块108，并安装有本地终端程序；本地终端101的附属装置包括：多个视频采集装置101、音频采集装置102、视频切换装置103和控制装置104；MCU服务器200为流媒体服务器，为配置较高，性能有保证的高性能计算机，用于转发流媒体数据和其他系统信息，在本实施例中优选为华平2800S MCU服务器；多个远程终端103为普通计算机，内置音视频压缩模块304、控制模块303、存储模块302和显示模块301，并安装有远程终端程序，其附属装置为音频采集装置305和视频采集装置306。由本地终端程序和远程终端程序搭建的系统平台，所述系统平台包括用于由所述本地终端控制所述远程终端权限的权限模块。所述系统平台还有录像控制、拍照控制、云台控制、远程云台控制等功能。

本地终端100及其附属装置的连接关系：

视频采集装置101的信号输出端与视频切换装置103的输入端相连，用以将采集到的信号输出至所述视频切换装置103；视频切换装置103的输出端与本地终端100相连，用以切换多个第一采集装置采集到的信号，并将采集到的信号传输至本地终端100；音频采集装置102与本地终端100相连，用以将采集到的信号输出至本地终端100；控制装置104与本地终端100相连，用以生成控制命令，并将控制命令发送至本地终端100；视频采集装置101的控制端与本地终端100相连，用以根据本地终端100发出的命令控制视频采集装置101；具体地，音视频压缩模块105与视频切换装置103的输出端和音频采集装置102相连，用以压缩接收到的信号；控制模块106与控制装置104和视频采集装置101的控制端相连，用以接收控制装置104发出的控制命令，并将控制命令解析后发送至视频采集装置101的控制端；存储模块108与音视频压缩模块105相连，用以存储经音视频压缩模块105压缩后的信号。

远程终端300及其附属装置的连接关系：

所述远程终端与其附属装置相连。具体为，远程终端300的音视频压缩模块304与音频采集装置305和视频采集装置306相连，用以压缩音频采集装置305和视频采集装置306采集到的信号；存储模块302与音视频压缩模块304相连，用以存储经音视频压缩模块304压缩后的信号。

下面对本实施例中各个装置或模块作具体介绍：

多个视频采集装置101优选为视频采集器，用于采集视频信号，它带有云台和与之相连的摄像头，云台能移动或转动，用以带动摄像头一起运动；所述云台内置有控制端，摄像头内置有信号输出端.本实施例中，摄像头优选为采集分辨率高达1920*1028的高清采集摄像头，云台转动水平角度达到360°，垂直角度达到180°，达到全景视图.应用时，置于手术室的一般为4个所述的视频采集装置101，分别为术野，全景，腔镜，远端等，可以达到同时采集多视角的图像，很大程度的提高所述远程终端的用户视觉感受.多个视频采集装置101云台上的控制端通过串口控制连接到本地终端101的控制模块106上，多个视频采集装置101摄像头的信号输出端由视频传输线与视频切换装置103的输入端连接.

视频切换装置103，用于将视频信号进行切换和分配，可将多路信号从输入通道切换输送到输出通道中的任一通道上并且输出通道间彼此独立。本实施例中，视频切换装置103优选为一个视频矩阵，支持48视频同步输入、16路视频同步输出。

控制装置104，用于控制所述视频采集装置101的云台。在本实施例中，它是一个内含单片机操纵杆的USB串口设备，与本地终端101的控制模块106相连，由终端程序监听该串口。控制装置104将操作杆的动作信息发送给本地终端101，由本地终端101解析后，再转换为云台命令，发送给云台。云台收到命令后，根据命令转动或调节参数，做出不同的反应，从而实现了操纵杆控制云台的功能。

音视频压缩模块105，用于将计算机PCI设备的高清采集卡采集到的数据通过计算机程序进行压缩，支持目前广泛应用的视频会议编解码标准如H263，H263++，H264等等。本实施例中，音视频压缩模块105将视频切换装置103发送过来的视频信号抓换成位图数据，交给压缩程序压缩。采集卡是华平的AH420多路高清标清视频采集卡，压缩程序用国际社会公认目前最好的压缩标准H264来编解码。

控制模块106，解析转发操作杆发送的命令和模拟操纵杆的命令。本实施例中，由计算机程序实现读写串口。多个视频采集装置101由串口连接线连接到本地终端101终端机的串口上。

显示模块107，用于显示数个视频采集装置101或音频采集装置102的音视频信号中的一个或数个，并显示人机交互界面。本实施例中，显示模块107和显示模块301都包括计算机显示器。

存储模块108包括存储器，保存经过音视频压缩模块105压缩和处理装置处理后的音视频数据流或单张图片，由计算机硬盘或其他移动存储设备实现。

显示模块301与显示模块107相同，存储模块302与存储模块108相同，控制模块303与控制模块106类似，音视频压缩模块304与音视频压缩模块105相同，这里特指远程终端300(教室)的装置。

本地终端程序，主要实现以下功能：1，解析并模拟串口命令，来控制与串口相连接的带有云台功能的视频采集装置101.并可以接收和发生与串口命令对应的网络命令消息.2，设备调节设置，用来调节本地终端100上个硬件通道和终端上的软件系统的软通道的对应关系和一些设备参数，如采集分辨率，编码标准，质量限制(占用带宽)，帧率等等参数的设置.3，视频切换，用来显示不同所述采集设备采集到的信号.称之为‘软切换’视频矩阵称为‘硬切换’.4，权限控制，本地终端(手术室)用户可以控制远程终端(教室)用户的权限，权限包括：观看权限、录拍权限、远程控制权限.并将所有教室(远程)用户的权限都在用户列表中表示出来.另外，它还有一个最基础的功能，就是将采集到的音视频显示出来且发送到服务器，由服务器转发到其他远程用户.且能将从服务器接收到的视频显示出来，音频播放出来.从而达到实时视频对话的功能.也实现了录像，拍照等功能.

远程终端程序，主要实现以下功能：1，视频显示，在屏幕上划分若干个区域，称为视频模版。能将多个视频同时现在屏幕上。可以多视角的观看同一个用户，也可以同时看到多个用户的视频。2，视频模版，功能限制。视频在屏幕上的显示区域的划分，存在多种方案，大小不一，用户可以根据自己的需要选择一个最适用的方案。在教室(远程)终端程序连接到所述的MCU服务器200，就要受到手术室(本地)终端(如果存在)权限限制而引起功能限制。另外，它还有其他的功能和手术室(本地)终端功能基本一样。

本实施例中，所述的远程(教师)终端300，本地(手术室)终端100，MCU服务器200都要适用网络，经网络将各个部分连接起来，系统才能正常使用，所以还应该包括一个网络通信装置。该装置可将所述的音视频信号或经处理过的音视频流以及系统中各种控制命令通过网络传输，以实现远程控制等其他功能。

为了便于之后的描述，首先对术语进行如下定义：

通道：音视频采集卡的一个输入端。通常情况下，一个摄像头对应一个通道；

预览：指视频信号进入采集卡，直接送到显示器缓冲区，在显示器屏幕显示出来。在视频实时预览的同时，监听某一个通道的声音，成为声音实时预览。

回放：指视频信号进入采集卡，经过压缩后再解压缩，然后显示到显示器屏幕上。声音信号也是如此。

录像：指音视频信号，进入采集卡，按照特定的压缩标准进行压缩处理(在所述视频调节里设置)，转换为数据量比较小的多媒体数据流写入硬盘，形成多媒体文件。录像的过程就是将音视频压缩模块处理而产生的音视频数据流保存在所述存储器的过程。

拍照：指将视频显示区的当前显示的图像另存为一张图片格的媒体数据写入硬盘，无论当前是预览还是回放。当前通道：手术室(本地)终端是指当前你打开的，能看到的视频通道。教室(远程)终端是指，当用户在某个视频显示区单击数据左键，在改显示区显示一个红色高亮外框，表示选中状态。对应的其他功能按钮如录像，拍照也改变为针对这一通道。

参考图3，其表示本实施例的手术室(本地)操作界面图，操作界面左上部分为视频显示区501，右边是在同一个网络中的教室(远程)用户列表和他们当前的权限信息505。并在这里可以实时的更改权限。控制区502用来模拟控制装置发送控制命令到当前通道摄像头的云台上，包括依次为：向左，向右，向上，向下，拉近，拉远等功能模拟按钮。录拍区503是拍照和录像的控制区，包含两个功能按钮分别为录像和拍照，录像按钮相当于一个Check类型的按钮，按下是开始录像，再按就为停止录像，每个录像文件最大为1G，如果超过1G，则会自动截断，重现创建一个文件，并将文件名设置为原文件名+编号，拍照是每按下一次就会自动拍照一张。保存的文件路径为系统设置中的录拍设置中所设置的路径。系统设置504包含：视频设置、音频设置、云台设置、MCU设置、录拍设置等等系统相关性设置。

参考图4，其表示本实施例的教室(远程)操作界面图，操作界面左上部分为模板选择区601，图4显示的为其中一种模板，目前该系统已经包含有4种模板.模板切换时在原来模板上的视频会自动移到当前选择的模板上，且会一一对应，大窗口对大窗口，小窗口对小窗口，无对应的会再找一个空闲的视频显示区.录像、拍照602与手术(本地)端的操作界面图不同的是，教室(远程)端有多个视频显示区，所以针对这录像、拍照两个功能按钮，必须首先选择其中一个视频显示区.单击一个视频显示区，这个视频显示区的四周变为有红色的边框，表示当前选择个这个视频区；如果双击这个视频区，这个视频区的视频就会全屏显示.同样地，录拍时会根据系统设置中的录拍设置来设置路径，将录像文件和拍照的文件保存到所设置的路径.系统设置603，它包括的视频设置和音频设置也是依据当前选择的视频显示区，来进行对应的设置.多个视频显示区605，对应多个控制区604.如果视频显示区605显示为自己的视频则可直接发送命令到该通道的摄像头云台，如果是远程接收过来的回放，视频显示区605则发送网络命令到对方，对方再发送命令到他自己的摄像头云台.

采用本实用新型的技术方案，可以提供高清的数字图像画面，自由控制摄像头角度，即时语音交互，并且可灵活地进行保存，本实用新型还包括权限设置，灵活的管理来访人员参与的权限。

本实用新型中的描述的最佳实施例仅用于对本实用新型进行阐述和说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于流媒体传输的远程医疗教学系统，包括一个本地终端(100)、一个或数个MCU服务器(200)、一个或数个远程终端(300)，其特征在于：

还包括一个或多个含有信号输出端和控制端的第一视频采集装置(101)、一个或多个第一音频采集装置(102)、含有多个输入端和一个或多个输出端的视频切换装置(103)、控制装置(104)，以及第二音频采集装置(305)和第二视频采集装置(306)；

所述第一视频采集装置(101)的信号输出端与所述视频切换装置(103)的输入端相连，用以将采集到的信号输出至所述视频切换装置(103)；

所述视频切换装置(103)的输出端与所述本地终端(100)相连，用以切换多个第一采集装置采集到的信号，并将采集到的信号传输至所述本地终端(100)；

所述第一音频采集装置(102)与所述本地终端(100)相连，用以将采集到的信号输出至所述本地终端(100)；

所述控制装置(104)与所述本地终端(100)相连，用以生成控制命令，并将控制命令发送至所述本地终端(100)；

所述第一视频采集装置(101)的控制端与所述本地终端(100)相连，用以根据所述本地终端(100)发出的命令控制第一视频采集装置(101)；

所述MCU服务器(200)与所述本地终端(100)和所述远程终端(300)相连；所述远程终端(300)与第二音频采集装置(305)和第二视频采集装置(306)相连。

2.如权利要求1所述的基于流媒体传输的远程医疗教学系统，其特征在于：所述本地终端(100)为计算机，内置第一音视频压缩模块(105)、控制模块(106)和第一存储模块(108)；所述第一音视频压缩模块(105)与所述视频切换装置(103)的输出端和第一音频采集装置(102)相连，用以压缩接收到的信号；所述控制模块(106)与所述控制装置(104)和所述第一视频采集装置(101)的控制端相连，用以接收所述控制装置(104)发出的控制命令，并将所述控制命令解析后发送至所述第一视频采集装置(101)的控制端；所述第一存储模块(108)与所述第一音视频压缩模块(105)相连，用以存储经所述第一音视频压缩模块(105)压缩后的信号。

3.如权利要求2所述的基于流媒体传输的远程医疗教学系统，其特征在于：所述本地终端(100)的第一视频采集装置(101)带有云台和与之相连的摄像头，用以带动摄像头随所述云台一起运动；所述云台内置有所述控制端，所述摄像头内置有所述信号输出端。

4.如权利要求1或2所述的基于流媒体传输的远程医疗教学系统，其特征在于：所述视频切换装置(103)为视频矩阵。

5.如权利要求1或2所述的基于流媒体传输的远程医疗教学系统，其特征在于：所述控制装置(104)为内置有单片机的控制杆。

6.如权利要求1所述的基于流媒体传输的远程医疗教学系统，其特征在于：所述远程终端(300)为计算机；所述远程终端(300)内置第二音视频压缩模块(304)、第二存储模块(302)；所述第二音视频压缩模块(304)与所述第二音频采集装置(305)和第二视频采集装置(306)相连，用以压缩所述第二音频采集装置(305)和第二视频采集装置(306)采集到的信号；所述第二存储模块(302)与所述第二音视频压缩模块(304)相连，用以存储经所述第二音视频压缩模块(304)压缩后的信号。

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