Tăng tốc phát triển giải pháp ghi và truyền phát video 4K cho các ứng dụng chăm sóc y tế
14/08/2020
Giới thiệu
Các dịch vụ y tế và Phòng phẫu thuật (OR) đang được chuyển đổi bằng công nghệ video. Dẫn đầu so với phần còn lại của ngành công nghiệp video, camera 4K / UHD độ phân giải cao, công cụ, màn hình và hình ảnh trực quan đang phát triển nhanh chóng, cung cấp các tùy chọn chia sẻ chi tiết để hỗ trợ y tế từ xa, các bản trình bày chi tiết cho đào tạo và giáo dục và ghi chi tiết cho hồ sơ bệnh nhân cũng như giám sát và phòng thủ. Cuộc cách mạng về độ phân giải này cho phép quan sát nhiều hơn qua ống nội soi, và nhiều hơn nữa có thể được xem từ camera trên đầu hoặc màn hình trong phòng.
Trọng tâm của chia sẻ video 4K / UHD, phát trực tuyến từ xa và ghi nội dung là công nghệ nén mới nhất. Các tiêu chuẩn mới được thống nhất quốc tế về nén video được giới thiệu khoảng 10 năm một lần với mỗi thế hệ cung cấp giảm khoảng 50% tốc độ bit phát trực tuyến hoặc yêu cầu lưu trữ cho chất lượng video tương tự mỗi lần. Codec được sử dụng rộng rãi và được thiết lập tốt nhất là H.264 / AVC, được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2003. Codec Mã hóa video hiệu quả cao (HEVC) được giới thiệu vào năm 2013 và đánh đổi tỷ lệ nén tốt hơn 50% với tốc độ xử lý tăng gấp 10 lần nguồn điện yêu cầu. Cùng với độ phân giải tăng gấp bốn lần, điều này thực tế có nghĩa là tăng tốc phần cứng nén video là rất quan trọng để duy trì mức tiêu thụ điện năng thấp như mong đợi trong môi trường y tế, nơi một thiết bị 6W duy nhất có thể thay thế máy tính 600W cần có bộ mã hóa phần mềm tương đương.
Hiệu quả nén bổ sung qua AVC cho phép giảm 40 - 50% chi phí lưu trữ cho những người triển khai nó trong máy ghi âm hoặc cơ hội tăng đáng kể chất lượng hoặc độ phân giải video khi phát trực tuyến video qua liên kết băng thông cố định. Trong khi đó, sự phát triển trong công nghệ mã hóa vẫn tiếp tục và hứa hẹn hiệu quả hơn nữa, nhưng không có tiến bộ nào gần đây nhất hỗ trợ quy mô rộng và chỉ HEVC có hỗ trợ quy mô rộng trong phần cứng.
Advantech có thể giúp các nhà sản xuất thiết bị tận dụng những lợi ích tiềm năng của việc ghi và phát trực tuyến video tiêu chuẩn 4K / UHD HEVC bằng cách cung cấp một loạt các bộ mã hóa video HEVC dựa trên phần cứng chất lượng cao có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất lưu trữ và hiệu quả truyền tải trong khi vẫn giữ được thiết kế của một thiết bị nhỏ gọn, nhưng vẫn mạnh mẽ.
Các yêu cầu chính của ứng dụng
Trọng tâm chính là cung cấp tính năng nén video trực tiếp 4K / UHD chất lượng cao bằng cách sử dụng tăng tốc phần cứng để duy trì mức tiêu thụ năng lượng thấp và các yếu tố hình thức nhỏ gọn.
Một số thách thức và yêu cầu chính bao gồm:
- Đầu vào video trực tiếp: cho phép quay video từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm 4K / UHD
- Hiệu suất trực tiếp: mã hóa và / hoặc phát trực tiếp 4K một cách đáng tin cậy ở tốc độ 60 khung hình / giây
- Nén tốt: tối đa hóa chất lượng cho tốc độ bit đường lên có sẵn hạn chế bằng cách sử dụng HEVC
- Chất lượng và độ chính xác: hỗ trợ tốc độ bit cao, nơi các chi tiết cần được lưu giữ và cũng có thể lấy mẫu con sắc độ 4: 2: 2 để duy trì độ chính xác màu tốt nhất
- Giảm thiểu điện năng: luôn hạn chế trong phòng mổ để tránh tiếng ồn của quạt
- Truyền phát độ trễ thấp: càng thấp càng tốt trong các hạn chế khác để cho phép tham vấn y tế từ xa
Một trường hợp sử dụng điển hình có thể có một số nguồn video được lắp ráp và ghi lại cục bộ với một hoặc hai nguồn được truyền trực tiếp đến lớp học từ xa hoặc đến một nhà tư vấn từ xa với đường dẫn trở lại để được hỗ trợ. Ví dụ, một camera trong phòng được sử dụng cho bối cảnh chung, trong khi bác sĩ phẫu thuật sử dụng ống nội soi 4K trong khi phẫu thuật.
Trong một số trường hợp sử dụng, đó là yêu cầu chính để có thể hỗ trợ các định dạng video đặc biệt, ví dụ như để ghi 3D.
Làm cách nào Advantech có thể hỗ trợ?
Bộ phận Giải pháp Video của Advantech cung cấp một loạt các bộ tăng tốc quay video và mã hóa công suất thấp, hiệu suất cao, đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng y tế nhúng, cho dù đặt trực tiếp trong Phòng mổ hay trong các phòng thiết bị của bệnh viện. Các sản phẩm tăng tốc, dưới tên họ VEGA, bao gồm bảng mô-đun và hệ thống, tất cả đều có khả năng phát sóng mã hóa HEVC trực tiếp chất lượng 4K / UHD ở tốc độ 60 khung hình / giây, nhiều sản phẩm hỗ trợ 4: 2: 2 để có thêm màu sắc rõ nét và tất cả đều có công suất thấp, kích thước nhỏ gọn và độ trễ thấp. Là một nhà sản xuất OEM, Advantech có tất cả các kỹ năng cần thiết để hỗ trợ các định dạng video chuyên dụng và lắp ráp hình ảnh tùy chỉnh.
VEGA-3311:
Một kênh đơn 4K / UHD hoặc 4 x 1080p 60 fps 10bit 4: 2: 2 có khả năng cắm bộ tăng tốc bộ mã hóa HEVC / AVC với nhiều tùy chọn quay video trực tiếp bao gồm 4 x 3G SDI, 1 x 12G SDI hoặc 10G Ethernet kép hỗ trợ SMPTE ST2110 xâm nhập. Là một thẻ cắm PCIE, VEGA-3311 có thể được sử dụng để thêm mã hóa HEVC hoặc AVC chất lượng rất cao vào thiết bị hiện có hoặc có thể được sử dụng cùng với máy chủ VEGA-7010 linh hoạt của Advantech để tạo bộ mã hóa đa kênh cho các ứng dụng sản xuất từ xa. VEGA-3311 cung cấp khả năng lập trình cao thông qua SDK chuyên dụng hoặc plug-in FFMPEG tích hợp đơn giản và thậm chí có thể hoạt động như một bộ tăng tốc cho công cụ phát trực tuyến Wowza.
VEGA-3312:
Kênh đôi 4K / UHD 60fps 10bit 4: 2: 2 có khả năng cắm bộ tăng tốc bộ mã hóa HEVC / AVC vào bo mạch với một loạt đầu vào HDMI và đầu ra lặp lại. VEGA-3312 có công dụng đặc biệt trong các ứng dụng y tế khi cho phép ghi và phát trực tuyến cùng lúc với các thông số mã hóa khác nhau cho cả hai, đồng thời hỗ trợ chụp và quay video 4K / 3D.
VEGA-2002:
Đối với các hoạt động có giới hạn về kích thước và khi không cần hỗ trợ 4: 2: 2, Advantech có thể cung cấp bộ mã hóa rất nhỏ gọn cung cấp mã hóa HEVC hoặc AVC trực tiếp 4K / UHD 60fps 10bit và phát trực tuyến qua mạng LAN / WAN với nguồn tiêu thụ 12W. Với giao diện cấu hình web dễ sử dụng, có thể mở rộng và hỗ trợ đầu vào HDMI cũng như SDI, VEGA-2002 là một lựa chọn có tính di động và linh hoạt cao cho nhiều ứng dụng y tế khác nhau. Nó có thể được cung cấp dưới dạng mô-đun trần cho dịch vụ OEM hoặc nhà tích hợp để lắp vào các vỏ bọc cấp y tế hiện có.
VEGA-6301M:
Nền tảng ứng dụng mã hóa tất cả trong một siêu nhỏ gọn được xây dựng trên cùng chức năng ghi và mã hóa HEVC 4K / UHD 60fps 10bit 4: 2: 2 như VEGA-3311 với hệ thống con vi xử lý x86 bổ sung cho giao diện quản lý, tạo giao thức truyền trực tuyến, dữ liệu cục bộ định dạng và ghi, và kiểm soát hệ thống. Với mức tiêu thụ điện dưới 100W và kích thước nhỏ gọn, VEGA-6301M cung cấp mật độ hiệu suất hấp dẫn với việc tích hợp dễ dàng vào các ngăn xếp thiết bị.
AVAS-402:
Hệ thống PC được chứng nhận tiêu chuẩn y tế hỗ trợ nhiều thẻ PCI Express. Chứng nhận này có nghĩa là AVAS-402 có thể hoạt động như một máy chủ chính của thiết bị ghi và xử lý trong phòng, đặc biệt là khi được trang bị thẻ VEGA-3311/12 để chụp và mã hóa cục bộ.
VEGA-7010:
Máy chủ video và nền tảng thiết bị video có độ linh hoạt cao mang đến sự linh hoạt tuyệt vời trong cấu hình độ sâu ngắn 1U với 4 khe cắm PCI Express chiều cao đầy đủ và CPU Xeon E3 loại máy chủ hỗ trợ chức năng Intel Quick Sync Video để xử lý video bổ sung. VEGA-7010 lý tưởng để được trang bị trong các phòng thiết bị bệnh viện để hỗ trợ chuyển mã nhằm tạo ra các thang truyền trực tuyến tốc độ bit thích ứng để truyền đến người xem từ xa.
MediaFlow Video Manager:
MediaFlow là một gói phần mềm bổ sung mà các nhà tích hợp hệ thống có thể sử dụng để triển khai các ứng dụng mã hóa hoặc chuyển mã video độc lập bằng cách sử dụng bộ tăng tốc dòng VEGA-33xx. Nó chạy trên máy chủ VEGA-7010 trên hệ điều hành Linux và cho phép triển khai nhanh chóng các chức năng mã hóa tăng tốc cùng với các đầu ra đóng gói và phát trực tuyến thích hợp.
VEGA-8300 8K family:
Trong trường hợp 4K vẫn chưa đủ, VEGA-8300E và 8300D là các nền tảng tất cả trong một mới hỗ trợ mã hóa và giải mã trực tiếp UHD2 / 8K 60fps 10bit 4: 2: 2 HEVC. Dòng VEGA-8300 đã sẵn sàng để sử dụng bởi các nhà tích hợp hệ thống do sự hợp tác giữa Advantech và đối tác phần mềm Spin Digital, những người cung cấp phần mềm phát media tối ưu cho bộ giải mã và phần mềm quản lý hệ thống dựa trên web cho bộ mã hóa. Chẳng hạn, dòng sản phẩm VEGA-8300 có thể được sử dụng để thiết lập liên kết đào tạo điểm tới điểm 8K trên kết nối LAN / WAN phù hợp (khoảng 100Mbit/s).
Các ứng dụng trong thực tế
Một nhà sản xuất thiết bị phẫu thuật hàng đầu cần một phiên bản cập nhật của chức năng lưu trữ và ghi lại cho loạt thiết bị hỗ trợ hình ảnh phẫu thuật mới của họ. Nhưng đây không phải là hệ thống ghi hình thông thường. Máy được yêu cầu ghi lại và lưu trữ mọi thứ mà bác sĩ phẫu thuật nhìn thấy thông qua giao diện 3D của họ trong quá trình hoạt động, đồng thời ghi lại hình ảnh bệnh nhân rộng hơn cùng với thông tin về các hành động kiểm soát chính xác đã bắt đầu. Điều quan trọng là phải giữ các bản ghi chất lượng cao, nhưng mặt khác làm giảm tác động lưu trữ liên tục đối với các bệnh viện cần lưu trữ thông tin này trong nhiều năm.
Advantech VEGA-6301M là câu trả lời, cùng với khả năng tùy chỉnh đặc biệt từ các chuyên gia về công nghệ video của Advantech. Ba đầu vào SDI riêng biệt được quay video từ chế độ xem bác sĩ phẫu thuật 3D âm thanh nổi và chế độ xem bệnh nhân, chúng được chia tỷ lệ và ghép lại với nhau thành một hình ảnh tổng hợp 4K duy nhất bằng cách sử dụng xử lý dựa trên FPGA và sau đó được nén để ghi cùng với siêu dữ liệu được đánh dấu thời gian đại diện cho các chuyển động kiểm soát của bác sĩ phẫu thuật. Video được ghi cục bộ trên SSD dung lượng cao với khả năng giảm tải hàng loạt cho bộ nhớ trong bệnh viện thông qua cổng Ethernet 10Gb.
Những lợi ích mang lại từ dòng sản phẩm VEGA của Advantech:
- Hỗ trợ thu nhận: video định dạng tùy chỉnh từ một số camera được VEGA-6301M thu trực tiếp thông qua đầu vào video tích hợp và được xử lý trước theo nhu cầu của ứng dụng.
- Mã hóa video chất lượng cao: VEGA-6301M hỗ trợ mã hóa 4Kp60 10-bit 4: 2: 2 HEVC chuyên nghiệp. Giải pháp dựa trên phần cứng là lý tưởng để đảm bảo hiệu suất ở tốc độ bit cao nhưng vẫn duy trì hệ số hình thức nhỏ và tiêu thụ điện năng thấp.
- Nền tảng ứng dụng sẵn sàng: Khả năng mã hóa được hỗ trợ tốt bởi phần còn lại của hệ thống xung quanh, bao gồm bộ vi xử lý x86, kết nối mạng và bộ lưu trữ SSD.
- Nhà cung cấp giải pháp video tích hợp: Advantech cung cấp giải pháp video một cửa, cùng với sự hỗ trợ R&D chuyên dụng và kinh nghiệm toàn cầu của chúng tôi, chúng tôi đã cung cấp một sản phẩm hiện đại với các chức năng cần thiết.
Sản phẩm sử dụng trong dự án:
- VEGA-6301M
- Dịch vụ thiết kế
Tổng kết
Các giải pháp video của Advantech, bao gồm cả thẻ mã hóa UHD PCIe, cung cấp cho các nhà OEM y tế một cách để tạo ra giải pháp ghi và phát video trực tuyến chất lượng cao 4K hiệu quả về chi phí mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động, không gian sàn, tiêu thụ điện năng và tổng chi phí sở hữu (TCO). Đây là giải pháp lý tưởng cho tất cả các ứng dụng ghi hình y tế hoặc phát trực tiếp.
-25/VEGA-3312_02--20241111131349.jpg)
/AVAS-402_25-(1)20190911103803.png)
