脉搏和血氧饱和度反映了动感小站人体的动感小站重要生理状态,相关的丈量方法和丈量设备在临床中已得到广泛使用,比如脉搏血氧饱和度检测仪。脉搏血氧饱和度检测仪目前主要应用在手术室、ICU病房等,用于危重病人的生命体征的监护。固然血氧饱和度和心率等指标在体育科研、非卧床病人的监护及特殊场合(如军事领域)也有重要意义,但由于目前该类设备皆为集中式控制,设备体积较大、使用不方便、价格昂贵、可治理性差,限制了相关应用。

    为解决这些题目,本文先容了基于无线个域网(WPAN)设计的脉搏血氧饱和度检测仪。WPAN是为在小范围内的设备间建立无线连接而开发的无线传输技术,IEEE标准化协会已为此制定了IEEE802.15.X标准。本文涉及的传输技术符合专门针对低速WPAN制定的IEEE802.15.4(ZigBee)标准.

     1 系统的组成及功能

　　基于WPAN的脉搏血氧饱和度检测仪的系统结构如图1所示。

　　检测仪移动采集终真个功能:检测人体的血氧饱和度、脉搏和脉搏强度,并通过WPAN通讯模块将数据传送给检测系统主站。检测仪移动采集终端分为检测探头、血氧饱和度监测模块、电源和WPAN通讯模块等部分。检 测探头和血氧饱和度检测模块为外购的OEM模块,是美国BCI公司的产品,它利用光电法和比尔定理,从而实现无创检测。检测仪移动采集终端还支持一种独立工作方式,这种工作方式适合于连续非实时工作的情况。

　　检测仪主站的功能:通过WPAN接口接收并存储检测仪移动采集终端发出的信息;按操纵者的指令在显示屏上显示移动终端传来动感小站官网的实时信息或历史数据;当检测参数超出门限值时发出报警信号;可根据需要通过快速以太网接口与后台的支持治理系统通讯,以完成更复杂的治理功能。一个检测仪主站可连接多个检测仪移动采集终端,不仅增加了使用的方便性,而且进步了主站的利用率并降低了系统的使用本钱。除检测探头和血氧饱和度检测模块外,系统其余部分全部为自行设计,下面分别予以先容。

2检测仪移动采集终真个设计与实现

　　检测仪移动采集终端WPAN通讯模块的功能:经WPAN通讯模块接收检测仪主站的命令,对命令解析后通过RS2232接口向血氧饱和度检测模块发出控制命令;接收血氧饱和度监测模块的采集数据和反馈控制信息,经预处理和打包后经WPAN通讯模块发送给检测仪主站。

　 2.1　检测仪移动采集终端通讯模块硬件设计

　　检测仪移动采集终端WPAN通讯模块的硬件组成如图2所示。

　　(1)MCU部分功能和实现

　　MCU部分是WPAN通讯模块的核心,完成通讯模块各组成部分的控制、协调和数据的加工。具体功能:通过RS232接口与血氧饱和度检测模块通讯,实现对它的控制和配置,并接收检测数据;通过SPI接口和状态指示接口实现对RF收发器的配置和检测,并完成发射和接收的数据交换;通过USART接口与数据存储器连接,完成数据存储器的读写操纵;通过电源检测和状态指示部分,监测电源电压情况,并能通过状态指示产生报警提示。

　　(2)RF收发器的功能和实现

　　RF收发器的功能是实现要传输数据的无线收发。具体功能包括:通过SPI接口完成与MCU部分的数据交换,数据内容包括要传输的数据和来自MCU部分的控制和配置信息;根据来自MCU的控制和配置信息调整相关的RF参数;通过状态和指示接口将传输状态反馈给MCU;通过天线完成数据的无线发送和接收;完成WPAN的物理层功能,实现物理层的协议处理。该部分采用Chipcon公司CC2420实现。

　　(3)数据存储器的功能和实现

　　数据存储器的功能是缓冲血氧饱和度检测模块的采集数据。数据的缓冲主要应用在无线连接不可靠的情况。数据存储器在无线连接不通畅、无法完成采集数据的及时传送时缓冲积聚的数据,以便在数据通路恢复时传送这些数据;数据存储器的另一个功能是在移动采集终端离线使用时存储采集数据,这适合对监测对象的长期非实时的状态跟踪。

　　数据存储器采用ATMEL公司的新型FLASH芯片AT45DB041实现。当移动采集终端工作在离线状态时,采集数据存储在该存储器中,数据存储可持续时间大于48h,如采用压缩技术存储数据,数据存储持续时间大于168h。

　　2.2检测仪移动采集终真个软件实现

　　检测仪移动终真个软件是基于Webit510操纵系统开发的。Webit510具有如下特点:面向8/16位低本钱微控制器;完全抢占式事件驱动的固定优先级调度程序;支持256个优先级,相同优先级任务遵循FIFO调度策略;采用信号量机制实现同步或互斥共享;定时器治理支持一次性和周期性定时;精简、高效的动态内存治理策略;流设备治理;支持多级目录的文件系统;内置TCP/IP协议栈;支持运行任务的单步调试。

　　检测仪移动终真个软件的结构如图3所示。

    3检测仪主站的设计与实现

　　检测仪主站的主要功能:经WPAN接口与移动采集终端通讯,实现对移动采集终真个控制,并接受来自移动采集终真个采集数据;通过显示器模块以字符或图形方式显示采集的历史数据或实时数据;通过触摸屏以菜单形式完成控制或查询命令的输进;按用户要求实现对历史数据的治理和挖掘,存储采集的历史数据并具备历史数据的自动清除和锁定功能;具备快速以太网接口,通过该接口可实现与后台治理系统的连接。

　　3.1 检测仪主站的硬件设计

　　检测仪主站的硬件结构如图4所示。下面分别先容各主要部分的组成及其功能。

　　(1)CPU部分的功能和实现

　　CPU部分完成主站各组成部分的控制、协调和数据的加工。具体功能:通过系统总线与存储器相连,完成相关数据的加工、处理和存储;通过LCD接口与彩色液晶显示器相连,实现信息的显示,以实现人机交互;通过触摸屏接口与触摸屏相连,实现控制命令的输进;通过总线接口与以太网控制器相连,可将检测仪接进后台支持网络,实现系统信息的集中化治理和与后台治理系统的融合;通过SPI接口和状态指示接口实现对RF收发器的配置和检测,并完成发射和接收的动感小站数据交换,实现与检测仪移动终 真个通讯;通过电源和外围电路,实现对系统的供电。

　　(2)检测仪主站存储器的功能和实现

　　存储器的功能是存储系统程序和应用程序,存储移动采集终端采集的历史数据并提供程序运行的存储器空间。

　　(3)快速以太网接口的功能和实现

　　为实现与后台治理系统的协作,检测仪主站提供一个快速以太网接口。通过该接口,可方便主站与医院的病历治理系统、计费系统、或其他应用单位的后台业务支持系统的连接。

　　(4)人机交互界面的设计

　　一些专家指出:对于用户,人机界面就是系统本身。因此人机界面在系统中占有重要地位。本系统中,人机界面的硬件部分由彩屏LCD显示器和触摸屏组成,触摸屏用于输进各种控制/查询命令和各种初始数据,LCD显示器用于返回各种命令的操纵结果和显示各种监测数据或监测曲线。显示器采用SHARP公司的LQ035Q7DB02[10]实现,该屏为具有配套触摸屏的彩色LCD。

　　(5)WPAN接口

　　WPAN接口实现检测仪移动终端与检测仪主站的通讯,与检测仪移动终真个RF收发器部分基本相同。

3.2 检测仪主站的软件实现

　　检测仪主站的软件是基于ARMLinux开发的。自20世纪80年代末以来动感小站视频,陆续出现了动感小站一些嵌进式操纵系统,但其高昂的价格令人看而生畏,且源代码的封闭性也大大限制了开发者的积极性。因此,结合国内外具体情况,选择了ARMLinux操纵系统作为开发平台。检测仪主站的软件结构如图5所示。

　　ARMLinux内核主要由5个子系统组成:进程调度、内存治理、虚拟文件系统、网络接口和进程间通讯。进程调度控制进程对CPU的访问;内存治理答应多个进程安全共享主内存区域;虚拟文件系统隐躲了各种硬件的具体细节,为所有的设备提供了同一的接口;网络接口提供了对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持;进程间通讯(IPC)支持进程间各种通讯机制。

　　显示处理模块和触摸屏处理模块共同完成人机交互。显示处理模块完成采集数据的图形或字符显示,并根据用户操纵显示各级菜单;触摸屏处理模块与显示处理模块配合完成各种控制或命令信息的输进。

　　嵌进式数据库实现历史数据的治理、查询和维护等操纵。

4 实现结果

　　基于WPAN的血氧饱和度检测仪的原型机已开发成功并通过测试。

　　测试结果如下:各参数的丈量精度与所选择的血氧饱和度监测模块完全相同;一个检测仪主站最多可同时与64个检测仪移动采集终端通讯,并保证传输和显示的正确性和实时性;无线传输速率为250kb/s;无线传输间隔可达75m(根据使用条件的变化会有所改变)。

　　测试结果表明,检测仪完全达到了预期的设计指标,具有广阔的市场远景。

5结论

　　基于WPAN的血氧饱和度检测仪的研制,大大扩展了设备的适用范围,在设备的实用性、方便性、可治理性及适用范围等方面有了极大进步;由于一个主站可连接多个移动采集终端,大大降低了使用本钱。

     信息

　　1 引　言

　　随着计算机网络和视频压缩技术的动感小站快速发展，多媒体技术的研究和应用受到了动感小站越来动感小站越多的重视，其中视频服务器的发展尤为迅速，特别是嵌进式视频服务器[1][2]。

　　由于具有体积小，安装灵活的特点，只要能接进到Internet, 它就可以为任何授权的用户提供实时的视频监控服务，避免了展设专门线路进行视频信号传输的昂贵用度。

　　嵌进式视频服务器是一种能提供视频采集，视频数据压缩，网络传输功能的一种多媒体信息服务器。其传输处理的是视频流，而视频传输具有实时性高、数据量大等特点，它需要满足以下三点要求：一：高带宽，高带宽保证大数据量的多媒体数据传输效率；二：支持QoS，保证传输的质量、资源预留；三：支持多种传输方式。由于嵌进式环境资源的限制，在视频数据的实时性传输和图象质量方面，其QoS一直得不到保证。特别是多路的情况，实时视频的传输质量随路数的增加会急剧下降。嵌进式视频服务器性能的瓶颈主要在于视频数据的传输上，因此缩短视频数据的传输时间就能进步视频服务器的性能。缩减视频数据的传输时间可以从两个方面进手：一：减少视频数据传输的信息量。主要通过采用高性能的压缩编码技术来减少传输的信息量。二：采用适合多媒体数据的传输协议。考虑到嵌进式的系统资源及其宝贵，故我们选用了目前编码效率最高的H.264[3]技术和专门为传输多媒体数据的RTP[4]传输协议设计了本文这套系统。实验结果表明，该嵌进式视频服务器在不影响图象质量的条件下，能够比以往的视频服务器占用更低的带宽。

　　2 系统的硬件组成

　　我们在设计中采用了HHARM2410嵌进式开发套件，它由核心板和底板组成，核心板上集成Samsung S3C2410 处理器（203M 的主频，100M的总线速度），64M SDRAM以及16M 的FLASH。底板上提供以下外设接口：一个四线RS-232 串口，一个USB HOST接口，一个10M/100M自适应以太网接口，一个TFT LCD接口, 一个触摸屏接口。操纵系统采用裁减过的嵌进式Linux。该嵌进式视频服务器的结构框图如图1所示。

　　应用程序通过编码器模块采集H.264视频流,按照RTP协议实时打包,并通过以太网接口 实现实时流传输( IP Streaming) 。另外还可以扩充一块802. 11b /g无线模块,来达到无线网络传输的目的,并可通过IDE接口扩充一块IDE硬盘作为本地H.264视频图像存储之用。

　　3 服务器软件设计

　　服务器是整个系统的核心，它工作在嵌进式Linux平台上，嵌进式Linux是标准Linux经裁减得到的，同Linux一样，具有稳定，安全，高效率，实时性好等优点。服务器端采用模块化设计，从功能角度，服务器真个软件体系结构可划分为5个模块：采集模块，编码模块，网络传输模块，存储模块，设备控制模块。其体系结构如图2所示：
　　
　　（1）采集模块，主要完成视频的采集，图像格式的转换，在此处设定采集的图像格式
为YUV。采用Linux的v4l[5]来实现，v4l是Linux中提供的一个音视频接口规范，所有的音视频设备的驱动编写要用到这些接口。

　　（2）编码模块，主要完成对采集的图像的压缩编码。对采集到的图像数据进行压缩可以有两种方案，一种是用硬件来压缩，它可以有专用系统和通用系统两种形式，其中，专用系统使用专用芯片实现图像的硬件压缩,通用系统则利用通用芯片实现数据压缩。相对于通
用系统,用专用芯片对图像用硬件进行压缩可以快速进行图象压缩,减少处理器的开销等点。第二种压缩方法就是用软件来实现，这种方法对机器的硬件配置要求较高，但运用起来灵活，考虑到现在硬件技术已经比较成熟，故我们采用第二种方案，对采集到的图像数据进行软压缩，此处利用H.264标准进行压缩。H.264压缩标准是一种新的编码方法。与其他压缩编码方式比较，利用H.264标准可以获得更高的压缩比及更好的图象质量。H.264编码器都是开源的，可以从网上下载，此处用的是t264，对采集到的YUV格式的数据进行逐帧压缩。

　　（3）网络传输模块，完成现场多媒体数据及历史多媒体数据的网络的传输，用于支持浏览真个现场预览和记录回放功能。其基本过程是码流经码率控制部分进行码率调整，然后由RTP组件传送到网络中。传输启动之初，组播控制器根据多用户代理提供浏览真个组播策略来协商组播策略；传输过程中，RTCP组件实时监测网络状况并反馈給决策控制器，决策控制器控制分离器、视频抽帧器和码流复合器组件，完成码流的动态整合。其传输体系结构如图3所示：
　　
　　（4）存储模块，多个摄像头采集的多路视频数据经编码压缩后形成复合媒体流，通过存储组件，存为H.264文件，同时向数据库中写相应的文件信息。

　　（5）设备控制模块，设备控制器接收用户界面发出的或网络传送来的控制命令，控制解码器，完成对云台、镜头等设备的控制。

　　4 客户端软件设计

　　客户端主要完成视频数据的接收,解码和显示工作,同时还可以动态设置编码器的数。从功能角度,客户真个软件体系结构可划分为3个模块：设备控制模块，网络的接收与反馈模块，显示模块。其体系结构如图4所示：

　　（1）设备控制模块，根据用户输进的命令((例如改变视频窗口大小、接收路数,图象分辨率、开始/停止远程监控等), 产生控制命令并通过一个TCP连接发送到服务器端,服务器端设备控制器接收这些控制命令，并完成对云台、镜头等设备的远程控制。

　　（2）网络的接收与反馈部分，根据用户的基本带宽情况（局域网还是非局域网）及请求的任务类型（现场预览还是历史回放），确定该接收码流是否基于组播策略接收。RTP组件完成码流的接收，RTCP组件检测码流的丢包率并反馈给服务器端。
　　
　　（3）显示模块，同步源过滤器从RTP组件得到码流，在控制器的协调下，完成解码及同步的视频播放。此处我们采用的是Microsoft DirectShow[6]架构来动感小站视频完成H.264 码流的动感小站实时解码和图像显示工作。

　　试验证实,对于包含有视频服务器、多监控客户中心的嵌进式视频监控系统,上述网络传输部分能够很好地完成视频数据的实时传输，网络自适应能力良好。

　　5 结束语

　　本文创新点是提出了动感小站一种多路嵌进式H.264视频服务器的设计方案，并给出了系统硬件组成和软件的体系结构框架，该系统与传统的Motion2JPG和MPEG21相比,采用H.264标准压缩图像,降低了带宽占用率。对于四路QCIF和一路D1分辨率的高清楚度实时视频监控,只需占用65K和250K的网络带宽即可满足传输需求。