基于物联网3G“神眼系统”的研究应用*

沈崇德 童思木

“千里眼”和“顺风耳”是中国古代对信息获取的一种期待，而3G技术的引入使梦想变为现实。基于3G技术的应用系统是目前中国医院信息化最前沿的应用领域之一，是在医院信息化高度发达、移动运营商大力支持、并运用物联网技术相结合的产物[1-2]。我院应用物联网3G技术在智能手机上进行了一系列创新研究和应用实践。其中，远程移动智能监控系统被称之为“神眼系统”，是体现3G优势的核心应用之一。

1 神眼系统的概念

医院“神眼系统”是指基于物联网3G通讯技术的远程移动智能监控系统，将医院数字监控获得的音视频信息通过3G网络发送到医院高层核心管理者的智能手机上，医院院长可以通过智能手机的特定软件实时监看医院各个视频监控区域的现场情况，并能支持音频监听、图像抓拍、点播录像、接收报警及云镜控制等功能。该系统是面对医院高层管理者的应用支持系统，使医院院长能够将医院放在“掌心”中，装在“口袋”里。

2 神眼系统的研究开发思路

本系统针对数字视频监控系统应用，基于C/S或B/S架构，支持计算机本地监控、网络和手机远程监控，支持有线、无线音频视频服务器接入，支持第三方产品的接入定制、3G环境下手机码流输出[3]。系统采用3层结构设计、框架结构开发，体现“基于平台、面向应用、易于业务扩展”的总体设计思路，多级级联、结构开放，支持多样化的终端接入能力，跨平台，跨浏览器，用户可以通过不同制式的手机、PC以及嵌入式设备接入。平台采用集中式管理、分布式部署的结构，具有便于管理、负载均衡及扩展灵活等优点[4]。系统和设备中的每个资源都配置唯一的ID。3G通讯环境下手机客户端音频和视频最优化的传输效果、观看效果以及存储调用是本系统部署关注的重要内容[5]。在信息安全方面，充分利用网络隧道、视频音频压缩算法、防火墙/VPN、权限管理、安全认证等技术，保证监控系统和录像资料不被越权使用和破坏。

“神眼系统”规模虽然不大，但网络结构较为复杂，系统网络拓扑如图1所示。

图1 “眼神系统”网络拓扑图

3 “神眼系统”的系统构成

“神眼系统”的系统构成包括硬件和软件。硬件由前端视频采集编码设备、中心集中管理平台系统及用户客户端组成[5]。用户客户端包括智能手机及PC；监控前端数据采集管理设备包括各类监控摄像头、云台、音频采集器、编解码器及硬盘录像机等；中心集中管理平台系统为数字视频监控管理的服务器集群，主要包括核心管理功能的中心服务器、实现视频流的分发的码流分发服务器、支持网络点播和手机点播的手机流转码流媒体点播服务器、支持集中存储管理的存储服务器[6-7]。其中手机码流服务器是本系统的特殊设备，能够适应不同性能手机的解码能力和不同无线带宽的视觉效果，能够为不同带宽的用户提供不同视觉效果的视频流，最大程度利用现有的无线通讯网络，支持将一路视频通过转码子模块转成多种尺寸、多种帧率和码率的媒体流，便于不同手机的播放。视频编码有多种方式，为适应手机应用，本项目采用H.264视频压缩算法，实现了高清晰图像的低网络带宽传输，手机实时查看视频可达15～25 fps，视频图像实时、流畅[8]。软件包括数字化视频监控管理平台的管理软件和手机客户端软件。数字化视频监控管理平台软件具备数字视频监控管理的各种功能，支持MS SQL2000、MS SQL2005、My SQL等常见的数据库，系统和数据库的接口有专门的功能单元实现。不仅支持Windows操作系统，且支持Linux操作系统，支持WEB方式人机交互。

手机客户端软件为定制软件，支持RTS视频解码，包括H.264(Baseline、Main Profile)、Mpeg4、MJPEG；支持音频解码，包括AMR、ADPCM、G723等[9]。手机客户端软件初始设计为支持Android2.0以上。运行成功后，针对用户持有不同的智能手机，采用不同的操作系统，为提高系统应用的普适性和灵活性，降低因使用该系统而必须调整的情况，手机客户端软件可根据手机情况灵活开发，均支持视频观看。目前已可以支持手机Symbian V3.0以上各版、Windows Mobile各版本、Linux、iPhone、BlackBerry、Java插件方式等。为了保证良好的分辨率和总体性能，我院主要选择使用三星909i智能手机。

4 “神眼系统”的主要功能

“神眼系统”包括手机端应用系统和数字视频监控管理平台。在功能实现上涉及以上2个方面，其特色体现在手机端应用系统。

4.1 手机端应用系统功能

手机端应用系统是该系统用户层业务呈现的核心部分。系统通过WAP页面能展现相应的监控点和点播内容，并能通过点击WAP链接激活手机流媒体播放器，进行播放相应内容[3,10]。用户可通过自带的流媒体播放器完成鉴权登录以及账户密码修改、视频观看和控制，将监控点分享给其他用户等功能[5]。其中手机软件的主要功能为：①视频查看，实时播放监控摄像头的视频，支持多个监控点随意切换，多部手机同时监控[10]；②音频监听，实时播放监控摄像头采集的音频；③全屏播放，根据手机屏幕大小实现全屏播放；④图像抓拍，在播放过程中抓拍图像，并将图片保存在手机内存中；⑤监控列表，根据用户权限获得监控列表，并能逐一播放；⑥点播录像，可播放点播内容，并实现暂停、快进和快退等操作；⑦接收报警，系统的报警信息能及时知情，监控现场发生意外情况时可立刻向指定手机报警，并抓拍现场图像到指定邮箱[11]；⑧云镜控制，通过手机能控制前端摄像头的上下左右转动以及镜头的光圈、变焦及变倍的操作[10]；⑨参数设置，可设置音量、缓冲区大小等参数；⑩其他功能，可申请不同码流，根据网络带宽选择或者自适应获取最优的视频流。

4.2 数字视频监控管理平台

数字视频监控管理平台是一个基于IP网络的多媒体信息管理控制平台，实现数字视频采集、管理、存储等功能，包括平台业务模块、平台管理模块、无线视频监控接入子系统、流媒体模块、终端播放子系统5个主要部分[12]。平台业务模块包括业务管理、目录管理、订购管理、用户管理和统计报表等功能；平台管理模块包括设备接入管理、视频资源管理、日志管理、账户权限管理及服务器集群管理5个主要部分。流媒体模块是平台能力的核心模块，是用户和设备之间的服务层，包括信令交互中心、用户接入服务、设备接入服务和视频流处理单元等。系统软件还支持服务器录像管理、报警及时提示、报警联动、流媒体在线点播系统及GPS定位系统等功能。手机端浏览实时图像的同时，支持电脑端同步对图像进行浏览、录像、回放及管理。

5 结果与结论

基于良好的信息化基础，集成优秀的软件开发，利用先进的物联网技术，我院于2010年底分步建设包含远程移动监控在内的基于物联网3G技术系列应用系统，创新医院数字化服务价值。本项目采用的3G通讯为电信3G的EVDO技术，远程监控手机端视频监控点位选择了24路关键的监控点位。一年多来，电信3G的远程监控“神眼系统”运行良好。智能手机的用户，如苹果、WinCE，Windows Mobil、塞班等操作系统的用户，可以下载安装专用的手机客户端软件。院长随时随地可通过智能手机观察到门诊大厅患者排队情况、了解医患沟通室医患沟通及医疗纠纷处理情况；急诊抢救秩序以及自己办公室门口的等候者。可以即时抓拍、随时获取实时画面；可用手机远程控制监控点摄像头启动转动、停止转动以及上下左右转动；可用手机远程将画面拉近或拉远观看。同时也可通过电脑观看监控视频。

“神眼系统”可实现实时监控，随时随地满足管理者的需求；可实现跨地域监控，为医院管理者提供了基于移动网络的视频监控服务，拓展了视频监控应用范围和应用方式；方便的自主服务管理和用户体验，有效满足了管理者的需求。物联网3G通讯和数字技术使“神眼系统”真正实现了用户的3A服务体验：做到任何时候、从任何地方、对任何现场都能实时监控。

该系统具有操作简便、功能丰富、开放性好、便于扩展、应用需求较大等特点，具有在医院数字化建设和现代管理进程中推广的价值。

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