基于3G点对点传输模式的伤病员后送监测系统的研究

支朝朋，杜洪良，姚媛，孙剑

武警河北省总队医院 a.信息中心；b.物流中心；c.医务处，河北 石家庄050081

基于3G点对点传输模式的伤病员后送监测系统的研究

支朝朋a，杜洪良b，姚媛c，孙剑a

武警河北省总队医院 a.信息中心；b.物流中心；c.医务处，河北 石家庄050081

基于3G网络，采用H.264视频压缩技术开发了点对点视频传输模式的伤病员后送车载监测系统。本文详细介绍了系统的视频数据采集、传输和监控的设计原理和工作流程。实验表明，系统设计合理，满足了无线视频监控系统实时性要求，保障了医疗救援队与后方医院之间进行实时双向音频和视频会诊需求。

远程会诊；车载监测系统；3G网络；点对点传输模式

0 前言

经查阅国内外的军内战场卫勤信息化相关的研究材料，以美军较为领先，主要是利用自带的高频无线电话，方便与指挥部联系；国内解放军也有进行战场我方单兵救援信息呼救系统的研究，利用无线视频、音频系统，方便现场救援人员与医学专家之间的通信联系[1]。无论外军或我解放军在战场是敌对双方的战斗，其医疗救援目的是单方的，所以其研究仅限于己方伤病员的救治。与外军和我解放军战场卫勤保障任务相比，武警部队应急医疗救援队在执行突发事件和自然灾害医疗救援中，面向的不仅是武警部队参战官兵，主要是救治受伤受困的人民群众。因此，武警部队担负任务的不同，救治对象的不同，决定了我们研究的方向、方法、重点、客体的不同。

自1980年以来，我国平均每年有3亿人次因自然灾害受灾。武警部队作为抢险救灾的突击队，医疗救援是灾害初期首要任务，而迅速、及时、准确、安全、高效是医疗救援的关键。对于伤势较轻的伤员，在救援现场即时处置；而伤势较重的伤员，则需要护送到具有外科手术能力的野战医院。伤员后送过程中,伤情不断变化,需要专科医生实时救治，由于医疗资源有限，陪护的往往不是专科医生。

本文研究的车载伤病员监测系统，可大大提高伤病员后送过程中进行追踪和监测的能力，并根据伤员病情变化，对陪护医生进行远程指导，第一时间掌握伤病员情况,赢得抢救时机,提高救治成功率。还便于医学救援指挥组对医疗资源的调度管理，防止伤病员到达野战医院后出现资源短缺的问题。

1 系统总体设计

本系统采用联通3G网络和H.264视频压缩技术的无线视频监控系统，以点对点的流媒体传输模式，达到了视频、音频传输延迟＜2 s的标准。系统采集的视频数据通过数模转换-压缩-加密方式进行处理；监控终端采用RSA1024位高强度加密，模块和软件之间采用一对一绑定，且监控终端只能通过绑定软件查看前端模块的视频采集图像。

3G是支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，能够同时传输图像、声音、视频等数据，而且传输速率一般能保持在几百kbps（千比特/s）以上。3G网络在静止、低速运动和高速行驶的环境中的传输速度能够分别达到至少2 Mbps（兆比特/s）、384 kbps以及 144 kbps，这就保证了其能够支持不同环境下的相应服务[7]。本系统采用了覆盖范围广、通信基站多、信号传输稳定的联通WCDMA制式的通信网络[2]。

2 监控终端核心芯片

本系统监控终端核心采用ARM926EJ-S CPU处理器和硬件编解码模块芯片，它们具有高集成、可编程、支持H.264和MJPEG等多协议的优点，并支持实时视频通信、数字图像监控、网络摄像机等领域[3]。

控制终端软件的核心是嵌入式Linux操作系统，所有功能的实现都基于Linux操作系统来完成。Linux系统具有内核小、效率高、源代码开放、直接提供网络支持等优点，在ARM平台上应用已比较成熟。对于本系统，软件主要包括三个层次：最底层BootLoader服务程序和基本外设驱动，它主要完成系统加载和ARM核心处理器的初始化配置；第二层主要是摄像头模块和WCDMA模块的驱动程序；第三层是系统的应用程序，负责压缩后的视频数据的RTP封包以及传送。

3 视频采集终端

视频采集终端主要由视频采集设备、处理器芯片、嵌入式软件等组成。摄像头选用的是先进高清数字摄像头；采集部分使用Linux的视频设备驱动Video for Linux2.2实现；显示模块使用Linux的FrameBuffer实现。视频采集设备即摄像头完成视频采集后，处理器芯片和嵌入式软件对视频数据进行压缩编码。

打开摄像头后，可以通过一系列IOCTL命令传递数据到底层驱动完成相应任务，从而实现I/O控制，主要包括：分辨率、图像颜色、每个像素点所占字节数控制[4]。视频采集流程，见图1。

图1 视频采集流程图

4 视频数据的传输

现有的视频数据传输受到IP地址和网关限制。两个点之间进行视频传输时，发送端需要将视频数据传送至服务器后再从服务器传送至接收端，导致传输延迟时间长，画面不流畅的问题[5]。如果发送端和接收端都是因特网的一个结点，则发送端可以通过IP地址发送至接收端，但也需要网络服务器存储转发，或受网关限制、或需路由器设置，任意两点间是不能随意传输的，即不能实现严格意义上点对点视频双向实时互通[6-7]。

本系统采用的点对点视频数据传输系统，包括若干点对点视频传输的终端及点对点视频传输平台。终端通过网络连接平台上的存储器（服务器），实现点对点视频双向互通，不受网关限制，不需要服务器存储转发[8]，其原理示意图，见图2。

图2 点对点传输示意图

由图2可见系统具体传输方法如下：

（1）建立点对点视频传输平台C，给每个需要进行点对点视频传输的终端A和B分配唯一的标识，并保存该标识与该终端识别信息之间的对应关系。

（2）在终端A和B上预先安装有点对点视频传输软件，传输软件上存储有点对点传输的所有终端的标识。

（3）终端A和B之间要进行视频数据传输时，发送方A先访问视频传输平台C，获得接收方B对应的终端识别信息。

（4）发送方A通过终端识别信息连接至接收方B，实现双方实时信息传输。

终端识别信息包括IP地址和通信终端标识号码，终端定期或事件触发式连接至点对点视频传输平台，同步本端保存的点对点传输的所有终端标识。或者视频传输平台将本平台的点对点传输的所有终端标识发送至各个终端。

数据传输模块采用TCP协议进行传输。当点对点视频传输平台给车载端分配数据端口后，车载端保持监听状态，收到命令Cmd_TCP_Connect后，车载端与平台建立连接，准备发送数据。在收到Cmd_Live_Play后，将发送标志位置为有效，车载端开始发送数据；当收到Cmd_Live_Stop后，将发送标志位置为无效，停止发送。

5 后端监控平台

后端监控系统使用帧缓冲技术，对显示设备进行写入、控制，避免了对内存映射区进行操作。即将显存抽象成为一种字符设备，允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓存区进行读写操作。帧缓冲从本质上说是将屏幕上的物理像素点和帧缓冲区的物理地址一一对应起来。因此，开发者不需要了解底层细节，只需向模块驱动发送相应命令，并向缓冲区中相应地址写入对应像素点的数据就可以完成图像显示功能[9]。具体过程，本文不再详细阐述。

6 结束语

本系统利用H.264视频编解码技术与3G无线网络结合，实现了点对点无线传输技术，克服了传统无线视频监控系统传输速率的瓶颈；引入存储器和控制器来控制视频流的传输，使视频流传输效率最佳化。实验表明，本系统设计合理，满足无线视频监控系统实时性要求，真正实现了监控系统的无线化，具有极高的实用性，对部队应急医疗救援正规化、降低参战部队和受伤群众死亡率、伤残率有重大意义[10]。对现代灾害医学救援倡导的及时发现、及时救治、及时处理的原则是一个创新性的贡献。

[1]李丽娟,刁天喜．美军非战争军事行动医疗后送[J]．解放军医院管理杂志,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]黄伟,王晓莉,王典洪．ARM和GPRS的图像采集系统设计[J]．机械与电子,2009,（5）：53-56．

[5]谢红华,陆以勤,吕锦．基于3G无线网络的高质量实时视频监视系统的设计[J]．计算机应用研究,2007,24（10）：313-317．

[6]赵泽,崔莉．一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统[J]．信息与控制,2006,35（2）：78-83．

[7]郭美娜．3G时代的远程医疗[J]．医疗卫生装备,2009,30（8）：29-31．

[8]史森中,刘洋．3G远程医疗监护系统的设计及探讨[J]．中国医学教育技术,2013,27（1）：86-87．

[9]晃勇,帅万钧,端慧敏,等．野战医疗所战备库房信息化管理系统的研制[J]．中国医疗设备,2014,29（3）：40-42．

[10]郑威琳．病人医疗信息多维可视化表达方法与实现技术研究[D]．上海：中国科学院研究生院（上海技术物理研究所）,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

作者邮箱：kevinpope@126．com