一种医疗视频影像直播一体机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种医疗视频影像直播一体机，包括机柜，所述机柜内设置有主板和用于供电的电源模块，还包括位于机柜外部的视频管理服务器；所述主板上依次设有通过I/O总线相连的视频采集单元、视频处理单元、视频压缩编码单元。本发明中的医疗视频影像直播一体机首先解决了如何将医院中各种医疗设备输出的各种标准或非标准视频进行采集并进行处理后用于直播的技术问题，使得用户在一个终端即可收看到多路具有不同内容的视频画面。用户可以通过4G网络在手机端进行随时地“移动”观看，改善了用户体验。
【专利说明】
一种医疗视频影像直播一体机
技术领域
[0001]本发明涉及用于远程医疗的视频图像传输技术领域，具体涉及一种医疗视频影像直播一体机。
【背景技术】
[0002]在中国，各类视频采集卡、硬盘录像机等视频采集设备的应用使得远程医疗效率大大提高。许多医疗研发团队不失时机的寻求各种技术手段。为实现医用图像、视频等各种医用信号高效率传输，各类视频采集设备的兼容、高效也因此成为了关注的焦点。
[0003]在实践应用当中，我们会发现，各类医疗设备的视频输出格式五花八门，常规视频采集设备更多趋于非标格式。当面对医院各类繁多，品牌各异的医疗设备时，以往的做法是询问该厂家的工程师，了解该设备的视频输出接口以及信号格式、参数等。针对该设备需要配备专门的采集设备。而当医院需要接收其它设备的信号时，此前的设备很可能无法匹配。这样就需要再次重复之前的工作，重新购入新的设备。这样的结果一是资金的浪费，二是由于这些设备由于并未定制化生产，只能零散的摆放在对接设备旁，无法固定安装，不仅占用了空间，而且造成损坏的可能性也大大提高。
[0004]另外，在实践应用中，我们也发现远程医疗中用到的视频图像具有场(背)景固定、画面动态小的特点，还具有清晰度高、稳定性高和低延迟的要求。目前面向消费级市场的直播系统和其编码、解码方法不能很好地适应远程医疗的需求特点。在传输以及转换格式中存在着清晰度差、不兼容、易衰减等诸多因素，使得在信号在经过远距离传输后的图像、视频质量变的模糊、抖动等，极大的影响了使用。尤其是在无线网络等较恶劣通信环境下传输时，经常因为丢包等原因造成画面卡死或模糊，不能达到远程医疗所需要的水准。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:提出一种基于高清视频信号处理的并解决各类视频采集设备兼容问题的医疗视频影像直播一体机。
[0006]本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是:一种医疗视频影像直播一体机，包括机柜，所述机柜内设置有主板和用于供电的电源模块，还包括位于机柜外部的视频管理服务器；
所述主板上依次设有通过I/O总线相连的视频采集单元、视频处理单元、视频压缩编码单元；
所述视频采集单元具有若干种视频信号接入端口，所述视频采集单元用于连接到现有各种医疗设备的视频输出端并进行多路即时原始视频信号采集；
所述视频处理单元包括视频预处理模块和HD-SDI转码模块，所述视频处理单元适于将所述多路即时原始视频信号在预处理后转制成HD-SDI格式的高清标准视频信号；
所述视频压缩编码单元包括视频压缩运算器和视频编码器，所述视频压缩编码单元适于将由所述视频处理单元处理后的HD-SDI格式的高清标准视频信号进行压缩和编码，所述视频压缩编码单元，编码标准为H.265;
所述视频管理服务器适于响应用户的接入需求并将经编码的视频流媒体发送至客户端。
[0007]进一步的，所述视频预处理模块包括依次形成信号连接的视频分辨率调整子模块、视频帧率调整子模块、码率调整子模块。
[0008]进一步的，所述视频管理服务器包括访问控制管理模块、缓存模块、流媒体网络发送模块和本地显示模块。
[0009]为了能在恶劣通信环境下提供较稳定和较高清晰度视频，进一步的，视频压缩运算器包括原始帧存储模块、参考帧抓取模块、参考帧缓存模块、团块扣取模块、团块缓存模块、团块帧间运动趋势缓存模块、当前帧重构模块、第二当前帧重构模块、团块运动补偿计算模块、团块帧间形变预测模块和团块形变补偿计算模块。
[0010]进一步的，所述原始帧存储模块中预存储有纯背景场景下的原始帧图像；
参考帧抓取模块用于每个间隔N帧后抓取一帧图像当作参考帧，N的取值范围为0-60;团块扣取模块用于在参考帧图像中扣取出具有实际内容的团块图像并将该团块图案的信息输入到团块缓存模块中暂存；
团块帧间运动预测模块用于采集位于参考帧之后的图像并在其中寻找符合参考帧中团块图案特征的团块图案，进而计算出该团块图案相对在参考帧中时的运动向量，并将该运动向量发送到当前帧重构模块中当作团块运动预测向量；
当前帧重构模块用于构建出虚拟当前帧图像，虚拟当前帧图像中含有虚拟团块图案；团块运动补偿计算模块用于采集实际当前帧图像，并将实际当前帧图像与虚拟当前帧进行比对检验，计算出虚拟团块图案与实际当前帧图像中团块图案之间的位置差并结合团块运动预测向量计算出团块运动补偿差值；
团块帧间形变预测模块用于采集位于参考帧之后的图像并在其中寻找符合参考帧中团块图案特征的团块图案，进而计算出该团块图案相对在参考帧中时的团块形变趋势参数，并将所述团块形变趋势参数输出到第二当前帧重构模块，所述第二当前帧重构模块用于构建出虚拟当前帧图像，虚拟当前帧图像中含有虚拟团块图案，团块形变补偿计算模块采集实际当前帧图像并与前述虚拟当前帧图像中团块图案进行比对，计算出关于团块图案的团块形变补偿残值。
[0011]进一步的，所述团块图案信息、团块运动补偿差值和团块形变补偿残值由所述视频编码器编码后发送至流媒体服务器中的缓存模块，所述原始帧图像也由原始帧存储模块发送所述缓存模块。
[0012]本发明的有益效果是:
本发明中的医疗视频影像直播一体机首先解决了如何将医院中各种医疗设备输出的各种标准或非标准视频进行采集并进行处理后用于直播的技术问题，使得用户在一个终端即可收看到多路具有不同内容的视频画面。用户可以通过4G网络在手机端进行随时地“移动”观看，改善了用户体验。
[0013]其次还解决了如何在满足医疗视频传输稳定性要求和在较恶劣网络通信环境的条件下仍能进行高质量视频的传输的技术问题，本发明中的医疗视频信号采集转码系统独创开发了一种压缩编码单元，该压缩编码单元利用医疗视频具有场景固定和动态较小的特点，通过先截取运动的“团块”，然后在干净的背景帧上叠加上团块图案的手段，达到了减小视频传输数据量。
[0014]另值得一提的是:在本地端和解码端采用相同的运动预测及形变预测模块，在本地端对预测结果进行符合实际图像的调整后将调整参数传输到解码端。解码端通过该调整参数对其预测结果进行调整，使其最终显示的图像与本地端的采集到的图像相同。在保证了视频质量的前提下进一步减小了视频传输数据量(仅需传输调整参数)。
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本发明的医疗视频影像直播一体机作进一步说明。
[0016]图1是本发明中医疗视频影像直播一体机的结构框图；
图2是本发明中医疗视频影像直播一体机的工作流程图；
图3是视频压缩运算器的逻辑结构及工作原理示意图；
图4是团块扣取模块对参考帧图像的分解示意图；
图5是客户端的逻辑结构及视频还原原理示意图。
【具体实施方式】
实施例
[0017]根据图1、图2和图3所示，本发明中的视频影像直播一体机，包括机柜，机柜内设置有主板和用于供电的电源模块，还包括位于机柜外部的视频管理服务器。
[0018]视频管理服务器包括访问控制管理模块、缓存模块、流媒体网络发送模块和本地显示模块。视频管理服务器适于响应用户的接入需求并将经编码的视频流媒体发送至客户端。
[0019]主板上依次设有通过I/O总线相连的视频采集单元、视频处理单元、视频压缩编码单元。
[0020]视频采集单元具有若干种视频信号接入端口，视频采集单元用于连接到现有各种医疗设备的视频输出端并进行多路即时原始视频信号采集。视频采集单元包括采集模块和输出模块。在本实施例中采集模块为采购的硬件采集卡，硬件采集卡上设置有多路输入接口，硬件采集卡通过同轴缆线、光纤线或其他有线线缆连接到各种医疗设备的视频输出端上，用于进行多路的即时视频信号采集。输出模块为加设在硬件采集卡上的处理芯片和与该处理芯片相连的输出端口，用于将由采集模块即时采集到的每路原始视频信号经时序整理后传输给视频处理单元，传输时每路原始视频信号为连续的帧。
[0021]视频处理单元包括视频预处理模块和HD-SDI转码模块，视频处理单元适于将多路即时原始视频信号在预处理后转制成HD-SDI格式的高清标准视频信号。可以作为优选的是:视频预处理模块包括依次形成信号连接的视频分辨率调整子模块、视频帧率调整子模块、码率调整子模块。视频分辨率调整模块将每路原始视频信号的每帧图像的分辨率均调整成1280像素乘720像素。当原始信号的帧图像的分辨率小于该分辨率时，进行插值计算，使其扩展到1280像素乘720像素，当原始信号的帧图像的分辨率大于该分辨率时，进行分辨率压缩，使其降低到1280像素乘720像素。视频帧率调整模块用于对经过分辨率调整后的原始视频信号的帧率进行调整，使其具有50HZ-60HZ的帧率，码率调整模块对整个原始视频信号的码率参数进行调整到lMps-2Mps的预设值。
[0022]视频压缩编码单元包括视频压缩运算器和视频编码器，视频压缩编码单元适于将由视频处理单元处理后的HD-SDI格式的高清标准视频信号进行压缩和编码，视频压缩编码单元，编码标准为H.265。
[0023]为了能在恶劣通信环境下提供较稳定和较高清晰度视频，视频压缩运算器包括原始帧存储模块、参考帧抓取模块、参考帧缓存模块、团块扣取模块、团块缓存模块、团块帧间运动趋势缓存模块、当前帧重构模块、第二当前帧重构模块、团块运动补偿计算模块、团块帧间形变预测模块和团块形变补偿计算模块。
[0024]其中，原始帧存储模块中预存储有纯背景场景下的原始帧图像。
[0025]参考帧抓取模块用于每个间隔N帧后抓取一帧图像当作参考帧，N的取值范围为0-60，参考帧抓取模块可以被预设成间隔N帧后抓取，也可以被预设成连续抓取，当网络环境较好或对视频质量需求较高时可以设置成连续抓取或N值趋小。在本实施例中为连续抓取，参考帧抓取模块抓取第二帧图像(“第二帧”仅为方便结合附图进行说明，在具体应用中，“第二帧”实际为X+1帧，下同)当作参考帧，本实施例中预设所抓取的参考帧内含有背景以外的实质图像(如心电图指示仪中的参数曲线或手术室内的实际场景)，视网络传输环境和对视频质量的需求而定，抓取后的参考帧存放于参考帧缓存模块中备用。
[0026]团块扣取模块用于在参考帧图像中扣取出具有实际内容的团块图像并将该团块图案的信息输入到团块缓存模块中暂存。在扣取时如图4所示，首先将参考帧图像和原始帧图像根据图像的色度及亮度分解成不同层级的若干宏块和若干微块，然后重叠对比去除重复块，保留差异块，所保留的差异块的集合定义为团块，团块图案信息中包括前述差异块在参考帧中的坐标、色度、亮度等相关参数。将团块图案信息暂存于团块缓存模块中供调用。如图4中所示的，本实施例中团块即为五角星案。
[0027]团块帧间运动预测模块采集第三帧图像并在其中寻找符合前述团块图案信息特征的团块图案，进而计算出团块在第三帧中相对在第二帧时的运动向量，并将该运动向量发送到当前帧重构模块中当作团块运动预测向量，用于构建出虚拟当前帧图像(第四帧)，虚拟当前帧图像中含有虚拟团块。
[0028]团块运动补偿计算模块采集实际当前帧图像，并将实际当前帧图像与虚拟当前帧进行比对检验，计算出虚拟团块与实际当前帧图像中团块之间的位置差并结合团块运动预测向量计算出团块运动补偿差值。
[0029]团块帧间形变预测模块采集第三帧图像并在其中寻找符合前述团块图案信息特征的团块图案，计算出第三帧中团块图案相对团块缓存模块中的团块图案信息的团块形变趋势参数，计算团块形变趋势参数时考察团块图案边缘轮廓的形变参数和团块图案中各微块的色度亮度参数。
[0030]第二当前帧重构模块用于构建出虚拟当前帧图像，第二当前帧重构模块根据形变趋势参数预测重构当前帧中团块图案的形状、色度和亮度。团块形变补偿计算模块采集实际当前帧图像并与前述虚拟当前帧图像中团块图案进行比对，计算出关于团块图案的团块形变补偿残值。
[0031]团块图案信息、团块运动补偿差值和团块形变补偿残值由视频编码器编码后发送至流媒体服务器中的缓存模块，原始帧图像也由原始帧存储模块发送缓存模块。
[0032]视频管理服务器中的访问控制管理模块用于响应终端用户的访问请求并判断用户的权限与该次请求是否匹配，如果匹配则进一步的地通过流媒体网络发送模块将缓存在缓存模块中的视频数据发送给用户。
[0033]通过视频管理服务器中本地显示模块，本实施例中本地显示模块包括液晶显示器、缓冲区单元及解码单元。通过本地显示模块可以在本地预览视频图像信息。位于网络另一侧的客户端中也具有相同的显示装置、缓冲区单元和解码单元。
[0034]如图5所示，解码单元包括解码模块、第二原始帧存储模块、第二团块缓存模块、团块运动补偿反馈模块、团块形变补偿反馈模块、第二团块帧间运动预测模块、团块帧间运动趋势缓存模块、第二团块帧间形变预测模块、团块帧间形变趋势缓存模块和第三当前帧重构模块。
[0035]第二原始帧存储模块从缓冲区单元中读取到原始帧图像，并以此作为视频播放时的首帧图像，解码模块从缓冲区单元中读取团块图案信息、团块运动补偿差值和团块形变补偿残值并在解码后分别发送到团块缓存模块、团块运动补偿反馈模块和团块形变补偿反馈丰吴块。
[0036]第二团块缓存模块、团块运动补偿反馈模块和团块形变补偿反馈模块分别将接收到的团块图案信息、团块运动补偿差值和团块形变补偿残值加载到当前帧重构模块用于重构当前帧图像。
[0037]第二团块帧间运动预测模块和第二团块帧间形变预测模块的团块运动预测向量和团块形变趋势参数计算结果也分别加载给第三当前帧重构模块用于重构当前帧图像。第二团块帧间运动预测模块和第二团块帧间形变预测模块还将团块运动预测向量和团块形变趋势参数分别输入到团块帧间运动趋势缓存模块和团块帧间形变趋势缓存模块，以备在发生丢包、丢帧时可以之前帧的趋势继续重构图像。
[0038]第二团块帧间运动预测模块和第二团块帧间形变预测模块还不断地采集重构出来的帧图像，在最初光凭采集原始帧图像和第二帧图像后无法计算出运动或形变趋势时输出为空。
[0039]解码单元中的第三当前帧重构模块在重构时先读取第二原始帧存储模块中的原始帧图像，再读取第二团块缓存模块中的团块图案信息，通过结合团块运动预测向量和团块形变趋势以及团块运动补偿差值和团块形变补偿残值进行当前帧的画面重构并输出。
[0040]本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种医疗视频影像直播一体机，其特征在于:包括机柜，所述机柜内设置有主板和用于供电的电源模块，还包括位于机柜外部的视频管理服务器； 所述主板上依次设有通过I/o总线相连的视频采集单元、视频处理单元、视频压缩编码单元； 所述视频采集单元具有若干种视频信号接入端口，所述视频采集单元用于连接到现有各种医疗设备的视频输出端并进行多路即时原始视频信号采集； 所述视频处理单元包括视频预处理模块和HD-SDI转码模块，所述视频处理单元适于将所述多路即时原始视频信号在预处理后转制成HD-SDI格式的高清标准视频信号； 所述视频压缩编码单元包括视频压缩运算器和视频编码器，所述视频压缩编码单元适于将由所述视频处理单元处理后的HD-SDI格式的高清标准视频信号进行压缩和编码，所述视频压缩编码单元，编码标准为H.265; 所述视频管理服务器适于响应用户的接入需求并将经编码的视频流媒体发送至客户端。2.根据权利要求1所述医疗视频影像直播一体机，其特征在于:所述视频预处理模块包括依次形成信号连接的视频分辨率调整子模块、视频帧率调整子模块、码率调整子模块。3.根据权利要求1所述医疗视频影像直播一体机，其特征在于:所述视频管理服务器包括访问控制管理模块、缓存模块、流媒体网络发送模块和本地显示模块。4.根据权利要求1-3任一所述医疗视频影像直播一体机，其特征在于:视频压缩运算器包括原始帧存储模块、参考帧抓取模块、参考帧缓存模块、团块扣取模块、团块缓存模块、团块帧间运动趋势缓存模块、当前帧重构模块、第二当前帧重构模块、团块运动补偿计算模块、团块帧间形变预测模块和团块形变补偿计算模块。5.根据权利要求4所述医疗视频影像直播一体机，其特征在于:所述原始帧存储模块中预存储有纯背景场景下的原始帧图像； 参考帧抓取模块用于每个间隔N帧后抓取一帧图像当作参考帧，N的取值范围为0-60; 团块扣取模块用于在参考帧图像中扣取出具有实际内容的团块图像并将该团块图案的信息输入到团块缓存模块中暂存； 团块帧间运动预测模块用于采集位于参考帧之后的图像并在其中寻找符合参考帧中团块图案特征的团块图案，进而计算出该团块图案相对在参考帧中时的运动向量，并将该运动向量发送到当前帧重构模块中当作团块运动预测向量； 当前帧重构模块用于构建出虚拟当前帧图像，虚拟当前帧图像中含有虚拟团块图案； 团块运动补偿计算模块用于采集实际当前帧图像，并将实际当前帧图像与虚拟当前帧进行比对检验，计算出虚拟团块图案与实际当前帧图像中团块图案之间的位置差并结合团块运动预测向量计算出团块运动补偿差值； 团块帧间形变预测模块用于采集位于参考帧之后的图像并在其中寻找符合参考帧中团块图案特征的团块图案，进而计算出该团块图案相对在参考帧中时的团块形变趋势参数，并将所述团块形变趋势参数输出到第二当前帧重构模块，所述第二当前帧重构模块用于构建出虚拟当前帧图像，虚拟当前帧图像中含有虚拟团块图案，团块形变补偿计算模块采集实际当前帧图像并与前述虚拟当前帧图像中团块图案进行比对，计算出关于团块图案的团块形变补偿残值。6.根据权利要求5所述医疗视频影像直播一体机，其特征在于:所述团块图案信息、团块运动补偿差值和团块形变补偿残值由所述视频编码器编码后发送至流媒体服务器中的缓存模块，所述原始帧图像也由原始帧存储模块发送所述缓存模块。
【文档编号】H04N7/18GK106027991SQ201610544669
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】李巍
【申请人】李巍