隨著智慧醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景的不斷深入,在基礎(chǔ)的醫(yī)療設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維和醫(yī)療信息系統(tǒng)互通需求之外,遠(yuǎn)程會(huì)診/教學(xué)、手術(shù)轉(zhuǎn)播等需求也越來(lái)越多。

以某知名醫(yī)療機(jī)構(gòu)研發(fā)的骨科手術(shù)機(jī)器人為例,在原先設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維的基礎(chǔ)上,將貝銳向日葵解決方案進(jìn)一步應(yīng)用在了骨科遠(yuǎn)程手術(shù)會(huì)診以及醫(yī)療教學(xué)方面,成功打造了一套國(guó)產(chǎn)獨(dú)立自主的遠(yuǎn)程骨科手術(shù)系統(tǒng)。

此外,眼科醫(yī)療器械領(lǐng)域,同樣有業(yè)內(nèi)知名企業(yè)與貝銳向日葵展開(kāi)合作,通過(guò)引入向日葵解決方案,以遠(yuǎn)程控制技術(shù)為基礎(chǔ),成功實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程眼視光醫(yī)學(xué)指導(dǎo)以及遠(yuǎn)程會(huì)診的需求,并且還將進(jìn)一步共同探索該技術(shù)應(yīng)用在遠(yuǎn)程手術(shù)上的可能性。

不同于遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)維,遠(yuǎn)程會(huì)診、教學(xué)指導(dǎo)中涉及的手術(shù)畫(huà)面轉(zhuǎn)播需求,對(duì)于遠(yuǎn)程控制的畫(huà)面清晰度和流暢度的要求非常嚴(yán)苛:為了能讓遠(yuǎn)程醫(yī)護(hù)人員及時(shí)、準(zhǔn)確的做出判斷,需要在保持低延遲的同時(shí)還要清晰呈現(xiàn)畫(huà)面中的所有細(xì)節(jié),例如遠(yuǎn)程傳輸時(shí),數(shù)據(jù)壓縮導(dǎo)致畫(huà)面產(chǎn)生色塊、物體邊緣模糊等問(wèn)題都會(huì)產(chǎn)生影響,目前少有遠(yuǎn)程控制解決方案能夠完全滿(mǎn)足要求。

為了滿(mǎn)足上述需求,在針對(duì)眼科醫(yī)療器械的解決方案中,貝銳向日葵采用了API接入方案,將向日葵的客戶(hù)端軟件API(被控端)直接嵌入到其數(shù)碼裂隙燈顯微鏡設(shè)備的電子目鏡中,進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診和遠(yuǎn)程指導(dǎo)時(shí),遠(yuǎn)方主控端能夠直接獲取到目鏡的原始圖像。

相比采集裂隙燈顯微鏡的外置顯示器畫(huà)面,這一方式解決了采集外置顯示器畫(huà)面經(jīng)過(guò)編碼壓縮畫(huà)質(zhì)。與此同時(shí),貝銳向日葵擁有超過(guò)16年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),在遠(yuǎn)控視頻編解碼算法以及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)方面,擁有大量技術(shù)投入和長(zhǎng)期以來(lái)的技術(shù)積累,還從遠(yuǎn)程傳輸本身保障了解決方案能夠滿(mǎn)足醫(yī)療級(jí)別的嚴(yán)格要求。

自研編解碼算法SADDC:

實(shí)現(xiàn)畫(huà)面低延遲、高幀率傳輸

在應(yīng)用層,貝銳向日葵具備獨(dú)有的自研編解碼算法——“Sunlogin Advanced Desktop Dynamic Codec”(簡(jiǎn)稱(chēng)SADDC)。

不同于通用的H.264、H.265等視頻編解碼算法,SADDC針對(duì)遠(yuǎn)程控制場(chǎng)景專(zhuān)門(mén)研發(fā),針對(duì)不同遠(yuǎn)程控制場(chǎng)景采取不同的編碼策略,保障畫(huà)質(zhì)的同時(shí),可顯著提升畫(huà)面壓縮率、降低傳輸所需的數(shù)據(jù)量,并實(shí)現(xiàn)畫(huà)面極低延遲、高幀率傳輸。

為了解決通用編解碼算法壓縮整個(gè)畫(huà)面會(huì)產(chǎn)生大量冗余數(shù)據(jù)的問(wèn)題,SADDC會(huì)智能判斷畫(huà)面變化及畫(huà)面復(fù)雜程度,并進(jìn)行切片、分區(qū),僅對(duì)畫(huà)面有變化的區(qū)塊進(jìn)行重新計(jì)算、壓縮、傳輸,有效降低了冗余數(shù)據(jù)對(duì)傳輸帶寬的占用,以及重復(fù)運(yùn)算對(duì)算力的消耗,可將有限的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬最大程度上分配給有效數(shù)據(jù)。

此外,基于對(duì)畫(huà)面變化幅度的智能判斷,SADDC還實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)幀率調(diào)節(jié)。例如,前后畫(huà)面沒(méi)有任何變化時(shí),會(huì)自動(dòng)降至1幀,小幅變化場(chǎng)景可能是15幀,而有明顯變化時(shí)則會(huì)采用30~60幀或是最高的144幀率,減少重復(fù)畫(huà)面降低傳輸數(shù)據(jù)量的同時(shí)確保流暢度。

應(yīng)用視覺(jué)顯著性(Visual Saliency):

提升遠(yuǎn)控視覺(jué)體驗(yàn),進(jìn)一步降低傳輸數(shù)據(jù)量

SADDC之所以能夠針對(duì)不同畫(huà)面進(jìn)行合理的資源分配、最大程度上確保遠(yuǎn)程畫(huà)面清晰度及流暢度,原因之一是使用了基于視覺(jué)顯著性(Visual Saliency)的技術(shù),通過(guò)對(duì)人眼圖像和色彩信息接受度的研究,實(shí)現(xiàn)算法動(dòng)態(tài)判定畫(huà)面的視覺(jué)重點(diǎn)區(qū)域,并進(jìn)行資源傾斜。

得益于視覺(jué)顯著性的應(yīng)用,SADDC能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同使用場(chǎng)景的區(qū)分,例如:遠(yuǎn)程會(huì)診的畫(huà)面?zhèn)鬏敗⑥k公與游戲等等,從而實(shí)現(xiàn)CTU級(jí)的數(shù)據(jù)分配。在編碼時(shí),傳輸數(shù)據(jù)量有限的情況下,能夠?yàn)榻裹c(diǎn)區(qū)分配更多的數(shù)據(jù)使這部分內(nèi)容更清晰,同時(shí)降低非焦點(diǎn)區(qū)的編碼復(fù)雜度,減小數(shù)據(jù)分配,節(jié)省編碼時(shí)間。

自研Oray-Raptor混合編碼傳輸:

減少網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)造成的延時(shí),提升體驗(yàn)

除此之外,為了確保穩(wěn)定、低延遲的畫(huà)面?zhèn)鬏?貝銳向日葵傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層及物理層也做了大量的優(yōu)化。

在傳輸層,貝銳向日葵使用了自研的混合FEC(向糾錯(cuò)編碼,Forward Error Correction)算法:Oray-Raptor。

這一算法的加入能夠解決遠(yuǎn)控行業(yè)難題,應(yīng)對(duì)不同用過(guò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,提升弱網(wǎng)場(chǎng)景下的遠(yuǎn)程控制體驗(yàn)和畫(huà)質(zhì)。

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境允許時(shí),Oray-Raptor優(yōu)先采用FEC編碼中的Raptor噴泉碼技術(shù),優(yōu)先獲得更小的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí),確保流暢性。

如果遇到丟包率>10%的弱網(wǎng)環(huán)境,超過(guò)Raptor噴泉碼的糾錯(cuò)能力后,將自動(dòng)使用ARQ(自動(dòng)重傳,Automatic Repeat-reQuest)技術(shù)進(jìn)行少量數(shù)據(jù)重傳,提高傳輸可靠性,從而滿(mǎn)足基本解碼需求,使得接收方可以重建所有數(shù)據(jù),確保遠(yuǎn)控畫(huà)質(zhì)。

BBR邊緣加速

顯著改善部分弱網(wǎng)環(huán)境下的傳輸效率

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層,貝銳向日葵采用了邊緣加速,服務(wù)器全面啟用BBR (擁塞控制算法,Bottleneck Bandwidth and RTT),可進(jìn)一步確保傳輸數(shù)據(jù)的完整性、減少排隊(duì)和丟包,進(jìn)一步提升弱網(wǎng)場(chǎng)景下的遠(yuǎn)程控制體驗(yàn)和傳輸效率。

貝銳向日葵的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示,即使在跨國(guó)的弱網(wǎng)環(huán)境中,未使用多路復(fù)用的單連接應(yīng)用,BBR能提升約10倍的端與服務(wù)器間的可用帶寬(如:由120Kbps提升到>1Mbps)。同時(shí),國(guó)內(nèi)的服務(wù)器間互聯(lián)時(shí),BBR能提升1倍以上的服務(wù)器間帶寬利用率(由40%到85%)。

而貝銳向日葵實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示,在經(jīng)過(guò)支持BBR的服務(wù)器中轉(zhuǎn)后,向日葵的連接帶寬提升了3倍以上,幀率提升了5倍以上。

高質(zhì)量多線(xiàn)BGP群集

提升網(wǎng)絡(luò)吞吐率和鏈路穩(wěn)定性

對(duì)于物理層,向日葵全面采用了高質(zhì)量的多線(xiàn)路BGP(border gateway protocol)服務(wù)器群集,全面覆蓋華東、華南、華北、西南,可以自動(dòng)選擇最佳路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)高速訪(fǎng)問(wèn)。并且擁有單IP、多運(yùn)營(yíng)商接入,涵蓋電信、移動(dòng)、聯(lián)通,可提升跨運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)速度,同時(shí)由于多線(xiàn)路接入,一條線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí),還可自動(dòng)切換到其他線(xiàn)路。

正是上述這些技術(shù)的應(yīng)用,以及貝銳長(zhǎng)期在技術(shù)上的堅(jiān)持不懈和極致追求,才使得貝銳能夠不斷突破技術(shù)瓶頸,造就貝銳向日葵解決方案在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì),滿(mǎn)足醫(yī)療場(chǎng)景對(duì)于遠(yuǎn)程控制畫(huà)面清晰度和流暢度嚴(yán)苛的要求,成功應(yīng)用于遠(yuǎn)程會(huì)診、手術(shù)轉(zhuǎn)播、教學(xué)指導(dǎo)等領(lǐng)域,助力智慧醫(yī)療的發(fā)展。

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