基于云計算的可視化遠程醫療視頻會議系統

摘要：現有視頻會議系統自適應能力較差，在低帶寬條件下存在視頻圖像模糊、卡頓等問題，導致其醫療診斷質量不佳。為解決這一問題，文章引入了云計算技術，開展了可視化遠程醫療視頻會議系統的設計研究。該系統的硬件部分主要由電視會議終端、多點控制單元和傳輸網絡3部分組成。文章通過精心選擇VOD服務器和流媒體服務器，完成了硬件部分的設計，并以此為基礎，完成了軟件部分設計，采用基于云計算的集中混合會議模式，并結合遠程醫療視頻診斷與結果的可視化技術，確保了系統的高效運行。實驗結果表明，新的視頻會議系統能夠在較差的帶寬條件下依然保持視頻圖像的清晰度和流暢性，具有更高的自適應能力，可為醫療咨詢與診斷服務提供更有力的技術支持。

關鍵詞：云計算；遠程；視頻會議；醫療；可視化

中圖分類號：TP393" 文獻標志碼：A

作者簡介：中文作者簡介劉子辰（1988— ），男，工程師，學士；研究方向：醫學信息化。

0" 引言

遠程醫療作為醫療信息化的重要組成部分，已在全球范圍內得到廣泛應用。然而，傳統的遠程醫療手段主要通過電話、郵件或簡單的在線聊天工具進行醫療咨詢和診斷，往往存在信息傳遞不直觀、交流效率低下、數據安全性不足等問題。因此，開發一種可視化遠程醫療視頻會議系統具有重要意義。近年來，眾多學者針對此開展研究，如黃辰赟［1］通過研究，實現了大型會議中心分布式音視頻會議系統的應用；聶士展［2］利用模擬轉接，進行了高清視頻會議系統實現方案設計。這2種現有的遠程醫療視頻會議系統多依賴于傳統的網絡架構，數據處理能力有限，難以應對大規模、高并發的醫療咨詢需求。在該背景下，本文開展了一種基于云計算的可視化遠程醫療視頻會議系統。

1" 系統硬件設計

1.1" 系統硬件整體結構設計

為實現可視化遠程醫療視頻會議，本文設計了如圖1所示的系統硬件整體結構。

如圖1所示，該系統硬件部分是由電視會議終端、多點控制單元和傳輸網絡3部分組成。電視會議終端作為遠程醫療視頻會議系統的前端設備，承擔著視頻和音頻信號的采集與展示功能，不僅可以實時捕捉醫療專家的講解畫面和語音信息，還能確保患者端的清晰接收，為遠程醫療咨詢和診斷提供了直觀、高效的溝通方式。

傳輸網絡則是整個系統的血脈，承載著視頻、音頻以及數據信息的傳輸任務［3］。基于云計算的傳輸網絡具有高速、穩定、安全的特性，能夠確保遠程醫療視頻會議過程中信息的實時傳遞和共享。通過云計算技術，系統可以實現資源的動態分配和負載均衡，提高網絡帶寬的利用率，可為遠程醫療視頻會議提供強有力的支撐。

1.2" VOD服務器選型與流媒體服務器選型

在基于云計算的可視化遠程醫療視頻會議系統中，視頻點播（Video-On-Demand，VOD）服務器和流媒體服務器的選型至關重要，直接影響到視頻會議的流暢性、穩定性和用戶體驗。

對于VOD服務器的選型，首先要考慮系統的需求。VOD服務器需要能夠處理大量的并發請求，因此其處理器的性能、內存大小和磁盤容量都是關鍵指標。此外，由于遠程醫療視頻會議對視頻質量有較高要求，VOD服務器還需要支持高清視頻的傳輸和存儲。在帶寬方面，由于視頻會議涉及大量的數據傳輸，VOD服務器需要有足夠的帶寬來保證視頻流的穩定傳輸［4］。同時，服務器的安全性和穩定性也是不可忽視的因素，需要采取必要的安全措施和備份策略來確保數據的安全和服務的連續性。根據上述需要，本文選擇DL388 Gen10 HPE型號服務器作為本文系統中的VOD服務器。該型號服務器的性能參數如表1所示。

在流媒體服務器的選型上，同樣需要考慮系統需求、處理器性能、內存和磁盤容量等因素。流媒體服務器能夠實時處理視頻流，并將其傳輸給客戶端。因此，其處理能力和網絡性能都需要達到一定標準。此外，流媒體服務器還需要支持多種流媒體協議，以確保與不同客戶端的兼容性。在選擇流媒體服務器時，研發人員還須考慮其擴展性和可維護性，以便在后續的系統升級和維護中能夠方便地進行調整和優化。根據上述分析，本文選用LR1041型號機架式服務器作為系統中的流媒體服務器。

2" 系統軟件設計

2.1" 基于云計算的集中混合會議模式

在基于云計算的可視化遠程醫療視頻會議系統中，集中混合會議模式的設計是一個關鍵環節，融合了云計算的彈性靈活性以及遠程醫療的實際需求，實現了高效、穩定且安全的會議體驗。在上述硬件條件基礎上，本文結合云計算技術，設計了集中式混合醫療視頻會議模式。在該模式中，系統終端各個參與會議的用戶需要與核心云計算建立媒體流和信息流的連接。通過核心云計算，控制各個用戶呼叫，并進行媒體流的混合分發。集中式混合會議模式如圖2所示。

通過云計算平臺，系統能夠動態地分配和管理計算資源，根據會議規模和復雜度自動調整資源配置。在線部分，通過云計算平臺提供的視頻會議服務，參會者可以實時觀看視頻、共享文檔、進行在線討論等［5］。線下部分則可通過傳統的會議室設備進行，如投影儀、音響系統等，為現場參會者提供高質量的視聽體驗。為確保后續視頻會議的順利進行，需要明確視頻會議所需視頻帶寬、音頻帶寬以及總帶寬需求。其中，視頻帶寬需求為：

Vb=Vr×N（1）

其中，Vb表示帶寬需求；Vr表示視頻碼率；N表示參會人數。

音頻帶寬需求為：

Ab=Ar×N（2）

其中，Ab表示音頻帶寬需求；Ar表示音頻碼率。

總帶寬需求為：

Tb=Vb+Ab+Ob（3）

其中，Tb表示總帶寬需求；Ob表示其他數據帶寬。

用戶可通過撥入模式加入會議或者通過直接向云計算的URI發送請求來實現參與，即核心云計算具備邀請其他用戶加入會議的功能。以預訂會議為例，服務器通常負責召集所有參會人員。這種模式與目前流行的云會議系統相似，但其操作和管理更為簡便。該系統不僅支持大規模的視頻會議，能夠同時容納數百萬人在線交流，而且隨著用戶或參會人數的增加，對核心云計算的需求也相應增長，這時就需進行獨立的組網設置，以滿足更高的會議需求。

2.2" 遠程醫療視頻診斷與結果可視化

遠程醫療視頻診斷與結果可視化的前提是實現會診通信，針對危重和病情復雜患者，采用點對點的方式進行通信。這種模式下，會診系統中心管理員的協助不可或缺。在管理員的協調下，患者的主治醫師和受邀參與遠程會診的專家能夠各自坐在計算機前，借助系統提供的音視頻功能進行深入交流。專家通過瀏覽直觀的Web界面，可便捷地查看和檢索病人的病歷、影像資料以及先前的治療情況等關鍵信息，并對此進行專業分析。值得一提的是，這一過程同步顯示在遠端的主治醫生屏幕上，確保信息的實時共享。最終，在雙方的深入討論下，共同制定精準的診斷報告，以為患者提供更為全面和專業的醫療服務。

非點對點方式與點對點方式存在顯著差異，主要在于前者無須會診雙方直接交流。醫院方面只需提交會診申請，并將會診病人的相關病歷、影像資料和先前的治療情況等詳細信息上傳至會診中心的數據庫，之后靜待結果即可。會診中心在接收到申請后會立即處理，并通過短信、電子郵件或傳真等方式，迅速通知相應領域的專家在指定時間內給出診斷結果。專家提交的診斷報告以書面形式送至會診中心，中心在收到報告后會及時通知申請會診的醫院查詢結果。這種方式簡化了會診流程，提高了工作效率，同時也為醫患雙方提供了更為便捷的服務。遠程醫療系統通常需要存儲大量的診斷視頻、圖像和患者數據。數" 據存儲需求可通過以下公式來計算：

St=Sf×Nf×Ts（4）

其中，St表示數據存儲需求，Sf表示單個文件大小，Nf表示文件數量，Ts表示存儲時長。為實現診斷結果的可視化，可以運用數據可視化技術。數據可視化的首要原則是準確和清晰，即要確保可視化結果反映的是數據的本來面目或本質，同時表達的含義要明確。在遠程醫療視頻診斷中，醫生可將診斷結果以圖表、圖像等形式展示，例如，將患者的生理指標以折線圖的形式展示，以便觀察其變化趨勢；將影像資料以動態圖像的形式展示，以便更直觀地觀察病灶部位等。綜上，完成可視化遠程醫療視頻會議系統設計。

3" 對比實驗

為驗證本文提出的基于云計算的會議系統實際運行性能，本研究將基于模擬轉接的會議系統（對照A組）、基于分布式的會議系統（對照B組）與本文提出的基于云計算的會議系統（實驗組）應用到相同的實驗環境中，開展遠程醫療視頻會議。對3種會議系統的自適應能力進行對比分析，分別在5種不同網絡帶寬條件下，應用3種系統進行視頻會議。5種不同網絡帶寬條件的基本信息如表2所示。

根據上述實驗條件，本文記錄3種會議系統的視頻圖像展示效果，結果記錄如表3所示。

據表3所詳細記錄的實驗結果，可以清晰地觀察到，在帶寬條件逐漸變差的情況下，實驗組會議系統展現出了出色的自適應能力。原本，實驗組的會議系統設定的幀率為40幀/秒，這是為保證視頻會議的流暢性和清晰度。然而，當系統檢測到帶寬不足時，其立即做出了反應，自動將幀率降低到20幀/秒。這一調整是為了在帶寬受限的情況下，盡可能保證視頻的流暢播放，雖然犧牲了部分清晰度，但避免了因為帶寬不足導致的視頻卡頓。更值得一提的是，系統如果進一步檢測到帶寬條件依然不足，并不會簡單地放棄調整，而是會繼續降低幀率，這次是降低到10幀/秒。這樣的連續調整，使得實驗組會議系統能夠在不同帶寬條件下都保持一定的可用性，雖然幀率降低會導致視頻畫面的連貫性和細節表現受到一定影響，但在帶寬極為有限的情況下，這已經是最佳的解決方案。相比之下，對照A組和對照B組的會議系統就顯得有些力不從心。這2種方法不具備根據帶寬條件自動調整幀率的能力，幀率始終固定在40幀/秒。當帶寬條件變差時，這2個對照組的系統就無法有效地應對，導致圖像出現了嚴重的馬賽克、模糊和卡頓現象，這不僅嚴重影響了視頻會議的質量，更讓用戶的體驗感大打折扣。因此，實驗結果表明：實驗組會議系統具備更強的自適應能力，能夠在不同帶寬條件下保持較好的視頻會議效果，可為用戶提供更加穩定、流暢的會議體驗。

4" 結語

基于云計算的可視化遠程醫療視頻會議系統作為信息技術在醫療領域應用的重要創新，不僅提升了遠程醫療服務的效率和質量，也為醫療資源的優化配置和患者的便捷就醫提供了有力支持。隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷拓展，該系統未來有望在更多領域發揮重要作用，推動醫療信息化的深入發展。同時，技術人員需要不斷關注系統在實際運行中的問題和挑戰，持續優化和改進，以確保其為患者提供更加優質、高效的遠程醫療服務。

參考文獻

［1］黃辰赟.大型會議中心分布式音視頻會議系統的應用［J］.現代建筑電氣，2023（3）：48-52.

［2］聶士展.基于模擬轉接的高清視頻會議系統實現方案設計［J］.網絡安全和信息化，2023（12）：66-69.

［3］俞俊，李子亮，來來，等.重大活動中視頻會議系統的設計與實現：基于杭州亞運會的實踐應用［J］.廣播電視信息，2023（增刊1）：182-185.

［4］劉鵬.云技術在企業視頻會議系統中的應用［J］.集成電路應用，2023（11）：160-161.

［5］段佳奇，艾金桃，袁占濤.基于國產自研視頻會議系統協議打造固移結合的安全視頻會議系統方案［J］.廣播電視網絡，2023（9）：65-67.

（編輯" 王雪芬）

Visualized remote medical video conference system based on cloud computing

LIU" Zichen

（The First Affiliated Hospital of Bengbu Medical University， Bengbu 233000， China）

Abstract： Due to the poor adaptive ability of existing video conferencing systems， there are problems such as blurring and lagging of video images under low bandwidth conditions， resulting in poor medical diagnosis quality. To address this issue， this article introduces cloud computing technology and conducts research on the design of a visual remote medical video conferencing system. The hardware part of this article’s system mainly consists of three parts： a video conference terminal， a multi-point control unit， and a transmission network. This article has completed the hardware design by carefully selecting VOD servers and streaming media servers. Based on this， the software design was completed. This article adopts a centralized hybrid conference mode based on cloud computing， combined with remote medical video diagnosis and result visualization technology， to ensure the efficient operation of the system. The experimental results show that the new video conferencing system can maintain the clarity and smoothness of video images under poor bandwidth conditions， making it more adaptive and providing stronger technical support for medical consultation and diagnostic services.

Key words： cloud computing; remote; video conferencing; medical care; visualization