[發明專利]一種無線網絡環境下的3D醫療視頻傳輸方法

有效

• 申請號: 201610004628.8
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105657399B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 劉金霞;張增年
• 申請（專利權）人: 浙江萬里學院
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;H04N19/597;H04N21/647
• 代理公司: 寧波市鄞州甬致專利代理事務所(普通合伙)33228
• 代理人: 代忠炯

技術領域

本發明涉及視頻編碼與無線傳輸領域，具體涉及一種無線網絡環境下的3D醫療視頻傳輸方法。

背景技術

隨著電子信息和多媒體通信技術的迅猛發展，現代醫療技術逐步走向數字化的分布式應用模式。信息技術與生物技術相結合而產生的電子健康技術，極大的推動了醫療衛生事業的現代化發展。而電子健康技術的核心問題就是遠程處理和監控患者的健康信息。視頻處理與無線通信技術的結合突破了醫療水平差異的地域限制，遠程醫療系統應運而生。傳統的遠程醫療系統大多基于2D視頻通信系統進行醫療信息的傳遞與交互。近年來，隨著數字成像，3D視覺以及3D顯示等技術的飛速發展，數字3D視頻技術已經成為目前學術界和工業界的研究熱點。與2D視頻相比，3D視頻能夠使前景、背景圖像的區分更加明顯，具有更清晰的邊界輪廓和更細膩的紋理圖案，從而能夠呈現給人們更好的成像質量和更加生動自然的3D感知效果，讓人們重新看到自然場景的三維本質，感受到完全不同于一般平面畫面的視覺體驗。

為了提供更為精準的第三維信息，3D視頻可以應用于遠程醫療系統。3D視頻系統可以使醫生獲得從傳統平面顯示無法捕捉到的深度信息數據，能夠全方位讀取影像信息，為臨床診斷提供更豐富、精準的影像資料，大幅度降低對病灶的漏診、從而提高診療質量。

目前，3D醫療視頻通信大多基于無線網絡，可以覆蓋偏遠地區。由于無線通信技術相比有線通信容易被侵入，這樣醫療視頻通信過程中的認證技術對保護病人患者的隱私就極為關鍵。傳統面向數據流的認證簽名技術對每個數據包進行簽名，復雜度等代價較高。

在數據包編碼過程中，每一個編碼條帶(slice)作為一個基本的打包單元進行打包。而每個視頻數據包的碼率基本由編碼的量化參數來決定。因此，在實時編碼中，可以根據信道帶寬的情況實時的決定編碼條帶的量化參數(quantization parameter，QP)，而不同QP的選擇將會導致不同程度的視頻失真，也就是不同程度的視頻質量。編碼后的每一個視頻數據包作為一個基本的應用層單元進行傳輸，傳遞給網絡的其他層。

為了保證視頻數據包的安全性和易于版權管理，視頻傳輸通常需要認證技術進行加密或者認證處理。現有的視頻傳輸可以采用多路徑哈希鏈條認證模式，也就是基于同源多鏈條的哈希認證處理模式，對一個圖像組(GOP，group of pictures)進行認證處理。每一幀的數據包可以根據GOP內已經解碼幀內的對應位置數據包進行哈希的父節點選擇(哈希鏈的上一層索引)。每一個包可以有多種哈希鏈路徑選擇方案(也就是父節點選擇)，每一種選擇方案根據路徑上先前節點的認證情況，估計出當前包的當前認證方案的認證概率。同時計算出該認證所需花費的比特數。

假定每個包可以最大有N個哈希父節點，每個哈希消耗比特數為b，而認證成功的概率為假定信道傳輸丟包的概率為ρ。每個包可以有多個哈希鏈接，這樣每個包的認證成功的概率是不同的，假定N個包作為一組，擁有一個簽名。為了減少認證和解碼延遲，我們假定當前數據包只能選擇本數據包所依賴的必須比當前包先解碼的包作為哈希的父節點。假定可以利用的哈希父節點有M個，則當前第i(i＜M)個數據包認證成功的概率為

如果當前第i(i＜M)個數據包選擇的哈希父節點的數量是m(m＜M)，而第n個父節點距離當前包的距離為d_n,則當前該數據包的認證成功的概率修訂為

并且哈希認證花費的比特數為m·b。假定原有數據包的長度為S,而加入哈希認證數據后的包的長度為S+m·b,則每個數據包在物理層可以分割的資源塊的數量和相應的調制和信道編碼(modulation and channel coding schemes,MCS)都可能根據信道的質量而發生變化。因此隨著哈希父節點數量的增加，每個包對應的資源塊數量也會增加，相應的每個數據包的丟包概率也會增加，因此每個數據包的哈希數量直接影響到數據的認證概率和丟包概率。

在視頻傳輸過程中，除了信源失真和信道失真，沒有通過認證的視頻數據包也將引起視頻失真。這主要是由于當前數據包由于哈希認證依賴的數據包丟包而造成當前數據包無法認證而引起失真。另一方面，認證比特數據占用了帶寬數據，可能會造成信源數據減少而帶來信源質量的損失，也就是產生一定的失真。