基于WHD I的无线视频传输技术在手术转播中的应用

黄天海，罗成，朱锋杰，王志康

浙江大学医学院附属第二医院 临床

医学工程部，浙江 杭州 310009

基于WHD I的无线视频传输技术在手术转播中的应用

黄天海，罗成，朱锋杰，王志康

浙江大学医学院附属第二医院 临床

医学工程部，浙江 杭州 310009

本文阐述采用内置WHDI技术的无线视频转换器，实现视频无压缩无线实时传输。将该技术运用到医院高清手术转播中，不仅可以满足远程示教的实时视频传输要求，而且大大提高了传输效率，节省了手术室的空间。

视频传输；无线传输技术；WHDI；手术转播

0 前言

随着计算机通讯技术的发展，无线图像传输作为一个特殊使用方式也逐渐被广大用户看好。在医疗行业中，无线的发展也为医疗技术的进步提供了新的机遇[1-3]。通过无线网络，医疗人员可以随时随地地获得即时信息如病历、化验结果、医嘱、生命体征等，并实现数字化远程视频转播。运用高清手术转播示教系统（HD Surgery Broadcastteach System，HD-STS）进行形象直观的手术示教，是医学生接受临床外科技能培养训练的最佳途径之一。高清手术转播示教系统突破了手术室消毒隔离环境的局限，目前已被国内外专家广泛应用于手术观摩交流、远程医疗教学[4-5]。

1 有线视频传输存在的问题

现有的大部分视频转播都是采用有线传输，动态图像由视频信号源的输出口，通过视频传输电缆，如光纤、同轴缆线、DVI/HDMI信号线，传输到监视器再显像。由此带来的问题也显而易见：

（1）有线视频传输是从视频信号源通过各种视频线与显示器、存储设备、视频编码设备、视频矩阵等设备直连，达到外接显示、存储、传输的目的。短距离传输会出现转播现场设备拥挤、各种线夹杂的现象。而一般手术室，场地面积有限，多为40~60 m2的隔离净化空间，在这个空间内，包含医生、护士、技术员，有8~10人，各种手术用设备，如电刀、手术床、麻醉机、腔镜吊塔等不少于10台，视频转播时，交错拖地的连线使整个空间看起来杂乱不齐，也给人员走动带来不便和安全隐患。

（2）远距离的视频转播，需要预先埋设线管，增加使用的成本，且降低了使用的灵活性。点对点的传输因为条件的限制，传送和接收两端地点已经固定，无法随意更改传输路径和传输场地。而远距离的埋设管线更是受到空间结构、地理位置的限定，不一定所有场所都满足埋线要求，线管布设的中间也存在很多不确定因素的影响，对后期的检修和故障排查造成一定阻碍。

（3）现有的视频传输信号线，如DVI/HDMI 线、VGA线、SDI线对传输距离都有一定要求，距离越远，视频干扰越大，信号衰减也越严重。在做远程视频转播时，往往会因为远距离传输的信号衰减而降低画质，影响手术转播效果。

2 无线视频传输的概念

无线视频传输是指不用布线，利用无线电波来传输视频、声音、数据等信号的传输技术。目前常用的有模拟微波视频传输和数字微波视频传输，或者用电信和移动的通讯网络，如现在的3G、4G通讯[6-8]。

2.1 无线视频传输的分类

无线视频传输从传输原理可分为模拟微波传输和数字微波传输。模拟微波传输是把视频信号直接调制在微波的信道上通过天线发射出去，接收端直接解调出原来的视频信号，这种方式没有延时和压缩损耗。数字微波传输则是先把视频编码压缩，然后通过数字微波信道调制，再通过天线发射，接收端则相反，天线接收信号，经后端视频解压缩最后还原模拟的视频信号，此方式信道带宽较小，抗干扰性较强[9]。

无线图像传输系统从应用层面可分为：①固定点的图像监控传输系统；②移动视频图像传输系统。固定点的无线图像监控传输系统，主要应用在有线闭路监控不便实现的场合，比如港口码头的监控系统、河流水利的视频和数据监控、森林防火监控系统、城市安全监控等[10]。而本文就是利用固定点的无线图像传输实现医疗手术视频的远程传输。

2.2 无线视频传输的优势

无线视频传输相对有线传输有如下优势（表1）：①综合成本低，性能更稳定。无须挖沟埋管，采用无线传输可以摆脱线缆的束缚，具有安装周期短、维护方便、扩容能力强的优点；②组网灵活，可扩展性好，即插即用。可直接添加新的传输点，不需要铺设新线路；③维护费用低。无线传输的维护由网络提供商负责，前端设备是即插即用、免维护系统[11-12]。

表1 无线视频传输与有线传输的比较

3 无线视频传输在手术转播中的应用

3.1 我院高清手术转播系统简介

我院现有腔镜数字化手术室5间、心脏专科数字化手术室2间、脑外科手术室6间。其中5间腔镜数字化手术室，是由德国STORZ公司设计并建造。线路采用全光纤铺设，从手术间内将腔镜、术野、全景等视频源传输到机柜，通过视频矩阵和控制处理器再分散传输到各个会场，通过光端机转换视频信号，实现1080P全高清视频传输。其他数字化手术室则为医院自行改造，根据临床实际需求，采用网络视频传输技术，将视频源用编码器转换为网络信号，在远程会议端，用软件解码实现视频传输，也可实现标清视频和高清视频的传输。这两种远程视频传输系统都为有线传输，建造过程中需要预埋管线、光纤，不仅建造成本巨大，而且也大大增加了相应的施工和后期维护的难度。

3.2 高清视频手术转播设计方法

在准备高清手术远程转播时，需要完成两部分内容：①手术室内医用视频的分屏显示；②医用视频及语音远距离传输到会场并实时显示。实现该项功能可运用有线和无线两种传输方法。

3.2.1 有线高清视频传输

使用有线视频传输，需要在手术间内放置移动转播车，包括视频采集设备、视频分配器、视频矩阵、光端机、编码解码器及大尺寸（55~60寸）显示器。转播的方法是先将需要转播的视频源（如腔镜视频、手术全景、病人生命体征等医用信息）用视频分配器分成多路信号，分别传输到手术内本地显示器和远程转播设备，将视频信号编码后，用光纤或有线网络编码器传输到会场，再通过会场的光端机转换成模拟信号输入到外接显示器，或是通过会场网络解码客户端输出视频信号接入显示器。手术转播示意图，见图1。

图1 手术转播示意图

3.2.2 基于WHDI的无线高清视频传输

本文采用以色列芯片商Amimon提供的无线家庭数字接口（Wireless Home Digital Interface，WHDI）方案，使用5 GHz自由频段中的40 MHz频段，可支持高频宽数位内容保护（HDCP）2.0标准，可提供优质的安全性及数位，并与HDMI完全相兼容[13-15]。它展现了传输速度快、响应时间短、穿透能力强的优势。不同于60 GHz的WirelessHD技术仅能在10 m距离内传输（须透过波束Beam forming技术），WHDI传输距离可超过30 m，并可穿透障碍物及墙壁，且延迟时间少于1 ms，因而可实现跨房间的无压缩1080P高清画质无线影音串流应用[16]。

方案中，先将视频信号接入到以WHDI为核心部件的无线发射器中，将视频信号用电磁波的形式发送到无线接收器，再转换成HDMI高清视频信号接入到显示器的视频接口中。而超远距离的传输（＞30 m），也可采用网络编码器，将模拟信号转换成数字信号，通过无线网络（可用公网或院内无线局域网）传输到会场解码显示。

3.2.3 实现无线视频传输的优势

无线视频传输的应用，极大地改善了手术间内各种蜘蛛网式连线的杂乱环境并减少了拖在地上的视频线绊人的安全隐患，更加符合手术风险控制和感控要求。尤其是针对暗线的埋设，因手术室层流设计的原因，手术间内四周及顶面相对封闭，有线传输在后期的维护和故障排除中相对困难，甚至需要破坏性的拆除才能完成维修工作，也为日后的升级改造增加了不小的难度。而无线传输，不需要预埋管线，只要监测发送端和接收端的连接情况，就能排查故障，运用更加方便。无线传输示意图，见图2。

图2 无线传输示意图

随着医学影像的发展，医疗诊治对图像质量的要求也越来越高，现在基本都实现了全高清医学手术视频，近年来3D腔镜应用也在逐步开展。采用WHDI无线视频传输器，全面支持1080P全高清图像信号，实现无视频压缩高速传输，几乎无传输延迟，且抗干扰性能良好，在日常手术开展中具有很好的优势。

4 结束语

在嵌入式技术、数字视频以及无线网络高速发展的时代，无线视频传输技术也日趋成熟。本文将无线视频传输技术运用到医院远程视频转播和手术室高清腔镜视频分屏显示中，解除了复杂布线的烦恼和降低手术换台时连线插拔导致故障发生的概率，同时也让医护人员在狭小的手术空间内移动自由度更大，提高了手术效率[17-18]。从目前来看，WHDI技术还只处于发展的初级阶段，接下来如能将该技术集成在设备内部，那么毫无疑问将给用户带来更大的便利。

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App lication of W ireless Transm ission Technology Based on WHDI in Operation Rebroadcasting

HUANG Tian-hai, LUO-Cheng, ZHU Feng-Jie, WANG Zhi-kang
Departm en t o f C linica l M ed ical Engineering, The Second Hospital A f fi liated to Zhejiang University School o f M ed icine, Hangzhou Zhejiang 310009, China

A w ireless video converter w ith built-in WHDI (Wireless Home Digital Interface）technology was deployed in this paper, which could realize the w ireless real-time transm ission of uncompressed video. Application of this technique to the high-definition rebroadcasting of operation videos in the hospital could not only make hospital satisfy the requirement of real-time video transm ission, but also greatly improved the transmission ef fi ciency and saved the space of the operation room.

video transmission；w ireless transm ission technology；w ireless home digital interface；operation rebroadcasting

R197.324

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.09.049

1674-1633(2015）09-0151-03

2015-05-22

2015-07-07

作者邮箱：hth513@163.com