Видеоконференция - базовая технология для проведения телемедицинских консультаций реального времени

ДД Телемедицина

и информационные

технологии

М.Ю.АНДРЕЕВ,

директор ООО «Стэл - Компьютерные Системы» О.В. ПЕРЕВЕДЕНЦЕВ,

руководитель направления «Телемедицина» ООО «Стэл - Компьютерные Системы», г.Москва

ВИДЕОКОНФЕРЕНЦИЯ -БАЗОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИХ КОНСУЛЬТАЦИЙ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Телемедицинские консультации реального времени, или как их еще называют «очные телеконсультации», активно используются на практике, занимая важное место в арсенале телемедицинских технологий, применяющихся в здравоохранении.

Очная телеконсультация проходит в тесном информационном контакте между консультируемым и консультантом. С начала до завершения телеконсультации обе стороны интенсивно обмениваются информацией, за счет чего результат может быть получен за достаточно короткое время. Необходимым условием проведения очной телеконсультации является одновременное участие в сеансе консультанта и консультируемого.

Отложенные телеконсультации, напротив, проходят в режиме, когда ее участники работают с информацией тогда, когда это им удобно. Технологии телеконсультирования в реальном времени сложнее, причем не только за счет необходимости использования более сложных технических средств, но и из-за большей трудоемкости процесса организации очной телеконсультации. Отложенная телеконсультация проще, так как для ее проведения часто достаточно тех средств, которые предлагают пользователям приложения электронной почты, а ее участники сами планируют свое время.

Хотим сразу отметить, что очные телеконсультации не является антагонистом отложенным телеконсультациям. Наоборот, наибольший эффект достигается при комбинированном

© М.Ю.Андреев, О.В.Переведенцев, 2004 г.

использовании этих технологий. В настоящее время наиболее часто для проведения очных телеконсультаций используются технологии ви-деоконференцсвязи. Видеоконференция является на настоящий момент наиболее естественным способом дистанционного межличностного общения. Для получения консультации традиционным способом один специалист должен встретиться с другим в условленное время, показать ему историю болезни своего пациента и задать необходимые вопросы. Такая встреча с использованием видеоконференции может произойти даже в том случае, если врачи находятся в разных городах. Два врача удобно устраиваются у экранов, один из них набирает номер другого и вот уже через несколько секунд они видят и слышат друг друга, лечащий врач показывает консультанту историю болезни своего пациента и они вместе анализируют изображения в формате Р1СОМ, полученные с томографа.

Видеоконференция - это компьютерная технология, которая позволяет людям дистанционно видеть и слышать друг друга, обмениваться данными и совместно их обрабатывать в интерактивном режиме. Провести видеоконференцию можно, либо с помощью специализированных систем, либо используя возможности привычного всем персонального компьютера, подключенного к телекоммуникационным сетям.

Во время сеанса видеоконференцсвязи абоненты, а точнее стоящее у них оборудование, обменивается цифровыми аудио и видео пото-

ками, которые получаются из аналоговых сигналов с помощью устройств кодирования и декодирования информации - кодеков. Для качественной передачи аудио и видеосигнала необходимо формировать и передавать потоки с высокой скоростью. Дело в том, что в видеоконференциях используются специальные и весьма эффективные алгоритмы сжатия потока в десятки, а подчас и сотни раз. Можно сказать, что передаются не сами аудио- и видеосигналы, а только их важнейшие параметры, которые позволяют восстанавливать сигнал на приемном конце с приемлемым качеством.

Если компьютер не успевает обрабатывать поток, то появляются пропущенные кадры, сбои в речевом канале и т.п. Программные реализации алгоритмов обработки сигнала требуют значительных ресурсов от базовой платформы персонального компьютера, в результате чего даже на современных персональных компьютерах приемлемое качество видеосвязи получить не удается. В дополнение к этому сильно замедляется работа других приложений, делая невозможной параллельную обработку информации, что особенно актуально во время телемедицинских консультаций.

Оптимальное решение - использование аппаратных кодеков, в которых обработка аудио-видео потоков осуществляется специализированными сигнальными процессорами независимо от работы центрального процессора компьютера. Использование терминалов ви-деоконференцсвязи на базе аппаратных кодеков позволяет обеспечить высокое качество видеоконференции. Именно поэтому телемедицинские центры, проводящие очные телеконсультации в большом количестве, используют системы видеоконференцсвязи на базе аппаратных кодеков.

Существуют различные варианты терминалов видеоконференцсвязи. Терминал видеокон-ференцсвязи может быть создан на основе типового персонального компьютера, причем не очень мощного. В этом случае кодек выглядит как плата расширения, устанавливаемая в слоты расширения компьютера. Пользователь управляет сеансом видеоконференции с помощью прикладной программы.

Существуют варианты терминалов видеоконференцсвязи в виде законченных систем, так называемых settop box. Это устройство, в состав которого входит специализированный компьютер с записанным в его память программным о обеспечением, видеокамера, микрофон и акустическая система. Такое устройство достаточно подключить к линии связи и телевизору, и оно готово к работе. Чаще всего управление работой такого терминала осуществляется с помощью пульта дистанционного управления.

Уже существуют модели портативных систем видеоконференцсвязи, с помощью которых обычный ноутбук можно превратить в терминал видеоконференцсвязи. Это аппаратный кодек, выполненный в виде внешнего блока, подключаемый к ноутбуку по USB интерфейсу. Управление таким устройством может осуществляться либо с помощью органов управления на самом кодеке, либо с помощью специализированного программного обеспечения.

В настоящее время производителями оборудования предлагаются десятки моделей кодеков и терминалов видеоконференцсвязи. Какой вариант системы видеокнференцсвязи предпочтительнее для проведения с ее помощью телемедицинских консультаций реального времени?

Система на базе персонального компьютера обладает рядом несомненных достоинств -открытая архитектура, возможность интеграции программного обеспечения видеоконфе-ренцсвязи с другими программами, простота обновления программного обеспечения. С помощью такой системы во время телемедицинской консультации можно не только обмениваться информацией, но и интерактивно ее обрабатывать. Тоже можно сказать и о портативных системах, но они обладают еще одним несомненным достоинством - компактностью.

Settop box системы - традиционный выбор для бизнес-видеоконференции. Простота управления и обслуживания - вот основные достоинства таких систем. Если задача состоит в том, чтобы переговорить в комфортных условиях - выбор за такой системой.

Вторым необходимым условие для проведения телеконсультации в реальном времени яв-

v^P

ДД Телемедицина

и информационные

технологии

ляется наличие качественных каналов связи. Видеоконференцию можно проводить как по цифровым телефонным линиям ISDN, так и по сетям с коммутацией пакетов (IP - сетям), локальным и территориально-распределенным. Можно сказать, что сегодня для видеоконференций можно использовать практически любые цифровые каналы связи с достаточно широкой полосой пропускания, в том числе и Интернет.

Технология видеоконференцсвязи достаточно требовательна к пропускной способности каналов связи. Пропускная способность измеряется в количестве бит информации, передаваемых между двумя точками, за секунду. Для проведения видеоконференций используются каналы связи с полосой пропускания от 64 Кбит/с до 512 Кбит/с для ISDN видеоконференций и до 2 Мбит/с для IP - сетей. Следует отметить, что системы на базе IP требуют более широкую полосу пропускания. Из-за особенностей передачи информации в сетях с коммутацией пакетов (добавление заголовков, служебные пакеты протоколов RTCP и др.) необходимая полоса пропускания увеличивается на 20-30%. Практика показывает, что качество видеоконференции приблизительно одинаково при использовании трех линий ISDN (384 Кбит/с) или IP-канала с шириной около 500 Кбит/секунду. Следует отметить, что здесь речь идет о корпоративной сети.

Если же в качестве среды передачи данных для видеоконференции используется сеть Интернет, ситуация намного усложняется. Это связано, в первую очередь, со сложной топологией Интернет. Если от пользователя «А» до одного провайдера Интернет существует канал с полосой 2 Мбит/сек, а от пользователя «Б» до другого провайдера - канал с полосой 1 Мбит/сек, это не значит, что «А» и «Б» смогут провести видеоконференцию на скорости 1 Мбит/сек. Дело в том, что между провайдерами информация может перемещается по огромному количеству каналов связи с различной пропускной способностью. И если на пути встретится «узкое горло», качество сеанса связи может оказаться неудовлетворительным.

Какую технологию передачи информации для телеконсультации реального времени выб-

рать - IP или ISDN? Существует огромное количество телемедицинских центров и пунктов, оснащенных ISDN линиями. Если сеанс связи проводится по линиям ISDN, это гарантирует стабильностое качество аудио и видео от момента начала до завершения телеконсультации. Чем больше используется линий, тем выше качество. По одной ISDN линии можно провести качественную аудиоконференцию, но качество видео будет посредственным. Обычно для телеконсультации реального времени используют две-три ISDN линии.

В последнее время для целей проведения очных телеконсультаций все чаще начинают использовать IP-каналы. Строятся телемедицинские IP-сети на базе выделенных каналов с коммутацией пакетов. Предпринимаются успешные попытки проводить сеансы видеоконференцсвязи через Интернет. Наконец, внутри клиники видеоконференцию целесообразно проводить по локальной сети, то есть тоже по IP-сети.

Телекоммуникационная инфраструктура стремительно развивается и если до недавнего времени ответ на вопрос «Какую связь выбрать?» был однозначным - ISDN, то сейчас ситуация кардинально изменилась. Становятся доступными каналы связи различного типа и пропускной способности. Универсальный совет, который можно дать - при выборе оборудования видеоконференцсвязи предпочтение следует отдать системам, имеющим и IP, и ISDN интерфейс. Это гарантирует продолжение эксплуатации приобретенного оборудования при переходе на другие типы связи.

Разнообразие моделей оборудования ви-деоконференцсвязи привело к тому, что телемедицинские центры укомплектованы системами различных производителей. Что же обеспечивает способность систем видеоконференцс-вязи различных производителей «понимать» друг друга? Это стандарты. Только соответствие международным стандартам позволяет терминалу одного производителя связаться и обмениваться информацией без искажений с терминалом другого производителя.

В настоящее время существуют международные стандарты H.320 для ISDN сетей и H.323 для сетей IP, принятые Международным Союзом

Электросвязи ITU-T. Эти рекомендации стандартизуют процедуры кодирования видеопотоков, сжатие звука и т.д. Стандарт T.120 регламентирует обмен данными и совместную работу с приложениями.

Следует заметить, что средства видеоконференцсвязи не ограничиваются кодеками и терминалами, построенными на их базе. В арсенал технических средств видеоконференцсвязи входят сервера многоточечной видеоконференцсвязи или как их еще называют «видеосервера», мультимедийные шлюзы и другие средства. Видеосервер необходим в том случае, если вы хотите провести многоточечный сеанс видеоконференцсвязи. Многоточечный сеанс необходим, например, когда нужно организовать телемедицинский консилиум в реальном времени. В таком сеансе могут участвовать три и более терминала видеоконференцсвязи. Схема его проведения отличается от сеанса «точка-точка». В многоточечном сеансе абоненты не вызывают друг друга, а подключаются к видеосерверу. Каждый терминал передает ему аудио и видео потоки. В задачи видеосервера входит микширование всех входящих

аудио и видео потоков, отправка полученного видео и звука обратно на терминалы абонентов, а также управление процессом переключения между абонентами во время сеанса. В результате все участники телемедицинского консилиума реального времени могут видеть друг друга на своих экранах, разговаривать со всеми и демонстрировать всем свои электронные материалы.

Существуют различные варианты видеосерверов. Имеются аппаратные варианты видеосерверов в виде специализированных устройств, подключаемых к каналам связи и дистанционно управляемых администратором. Ряд производителей выпустили видеосерверова, конструктивно входящих в состав терминалов видеоконференцсвязи. Доступны и программные реализации видеосерверов.

Другое специализированное устройство ви-деоконференцсвязи - мультимедийный шлюз. Он применяется в том случае, если необходимо объединить ISDN и IP сеть. Функция мультимедийного шлюза заключается в преобразовании информационных потоков из одного формата в другой.

СЛОВАРЬ ВКС Часть I

1. 100Base-T - наиболее часто используемая реализация стандарта Fast Ethernet с использованием неэкранированного кабеля на основе двух скрученных пар (Twisted pair - «витая пара», отсюда буква Т в обозначении). Число «1 00» означает пропускную способность 100 Мбит/сек.

2. 10Base-2 - реализация стандарта Ethernet с использованием тонкого коаксиального кабеля. Называется также Thinnet и Cheapernet. Максимальная длина сегмента составляет 185 метров (отсюда цифра 2 в обозначении - длина сегмента округлена до 200 метров). Число «10» означает пропускную способность 10 Мбит/сек.

3. 10Base-5 - реализация стандарта Ethernet с использованием толстого коаксиального кабеля. Называется также Thicknet. Максимальная длина сегмента составляет 500 метров (отсюда цифра 5 в обозначении). Число «1 0» означает пропускную способность 10 Мбит/сек.

4. 10Base-T - наиболее часто используемая реализация стандарта Ethernet с использованием неэкранированного кабеля на основе двух скрученных пар (Twisted pair - «витая пара», отсюда буква Т в обозначении). Число «1 0» означает пропускную способность 10 Мбит/сек.

>

v^P

ДН Телемедицина

и информационные

технологии

>

5. 352 x 288 - разрешение CIF, наиболее часто используемое для передачи видео.

6. Aliasing - Алиасинг. Эффект, воспринимающийся как высокочастотный шум из-за недостаточной частоты дискретизации при аналогово-цифровом преобразовании. Уменьшить этот эффект можно с помощью фильтрации сигнала.

7. Analog signal - Аналоговый сигнал - сигнал, представленный непрерывным (в отличие от дискретного) изменением той или иной физической величины (например, человеческая речь). Информация передается изменением частоты, амплитуды или фазы.

8. Application sharing - Совместное использование приложений - механизм кон-ференцсвязи, позволяющий участникам сеанса связи одновременно каждому на своем экране использовать одну и ту же копию программы, работающую с одним документом и видеть процесс работы других участников.

9. Aspect ratio - отношение ширины изображения к высоте (4:3, 16:9).

10. ATM (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный режим передачи. Набор стандартных телекоммуникационных интерфейсов, определяемых T-1, ATM Forum и ITU. Спецификации ATM разрабатываются Форумом ATM (ATM Forum) - независимой ассоциацией производителей и пользователей. Метод передачи ячеек фиксированной длины с коммутацией на основе соединений, предназначенный прежде всего для высокоскоростного трафика различных типов (включая голос, данные, видео) при значительной протяженности линий связи. ATM использует выделенные соединения со средой передачи, обеспечивающие возможность одновременной организации многочисленных соединений через один коммутатор. Эта технология предназначена для передачи данных со скоростью от 1.5 Мбит/сек до 2 Гбит/сек. Режим ATM является асинхронным в том смысле, что ячейки от отдельных пользователей передаются апериодически.

11. Audiographics - Аудиографика - совместное использование телефонии и графики, например совместная удаленная работа над документами.

12. Automatic Bandwidth Adjustment - Автоматическая настройка полосы - Алгоритм, используемый оконечными устройствами в H.323 для автоматического увеличения или уменьшения скорости передачи битового потока в зависимости от состояния сети.

13. B channel - B-канал - канал, используемый в системах ISDN для передачи пользовательской информации - голосовых сигналов или потока данных.

Полоса B канала составляет 64 Кбит/сек., два B-канала могут быть объединены в один с полосой 128 Кбит/сек. Типичная городская телефонная линия может обеспечить два B-канала.

14. Bandwidth - Полоса частот, пропускная способность. Количественное выражение способности канала передавать информацию. Для аналоговых каналов - разность между наибольшей и наименьшей частотой возможного сигнала. Для цифровых каналов - максимальное количество бит в секунду.

15. Bit rate - Скорость передачи (обмена) информации в канале. Измеряется в bps (бит в секунду, бит/сек).

16. Bps - Бит в секунду, единица измерения скорости передачи данных и пропускной способности цифровых каналов.

17. BRI (Basic Rate Interface) - наиболее распространенная форма ISDN-соединения для связи по обычным телефонным проводам. BRI обеспечивает связь по двум информационным B-каналам 64 Кбит/с. каждый и одному служебному D-каналу 16 Кбит/с.

18. Broadcasting - Широковещательная передача - Технология распространения информации в сети с коммутацией пакетов, когда один поток данных получают сразу все пользователи сети.

19. CCITT (Consultative Committee for International Telephony & Telegraphy) - Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ). С 1993 года называется Международный Союз Электросвязи - Сектор стандартизации для телекоммуникаций (ITU-T). Разрабатывает технические стандарты, известные как «Recommendations» (рекомендации) по всем международным аспектам цифровых и аналоговых коммуникаций.

20. Chair control - Управление Председателем - В сеансе многоточечной связи выбирается Председатель, который управляет сеансом, последовательностью показа участников и т.д.

21. Chair control conference - Управляемая конференция - организация многоточечной конференции, когда один из участников сеанса связи получает функции Председателя и может управлять сеансом по своему усмотрению. Управляемую конференцию еще называют конференцией с управлением Председателем.

22. CIF(Common Itermediate Format) - Общий Формат Обмена - используемый в телеконференциях стандарт видеоизображения с размером кадра 352х288 пикселов и частотой кадров 7.5, 10, 15 или 30 к/сек. Цвет кодируется в формате YUV с разрядностью 8 бит. Производные форматы: QCIF - 176х144 пикселов, subQCIF - 128x96 пикселов, 4CIF - 704x576 пикселов, 16CIF - 1408x1152 пикселов.

23. Circuit switching - Коммутация каналов - коммуникационная модель, в которой между двумя точками организуется выделенный канал, используемый для передачи пакетов. Канал существует только во время передачи, а по окончании ее закрывается. После закрытия соединения его могут использовать другие хосты. Примером сетей с коммутацией каналов являются телефонные сети общего пользования.

24. Codec - Кодек - аппаратное и программное обеспечение, осуществляющее преобразование аналогового сигнала в цифровую форму с последующим преобразованием цифрового сигнала, так что он может быть передан по более узкополосным каналам связи (кодирование). На приемном конце аналогичный кодек осуществляет восстановление первоначального цифового сигнала и преобразование его в аналоговую форму (декодирование). Применение таких устройств в аппаратуре для видеоконференций позволяет использовать узкополосные линии связи.

25. Coder - Кодер - аппаратное и программное обеспечение для кодирования аналогового сигнала в цифровой, составная часть кодека.

Допущена ошибка.

В журнале «Врач и информационные технологии», 2004,№ 1, стр. 22 М.В.Глазатов, А.Г.Микшин, Д.Ю.Пшеничников, Г.З.Рот, Е.И.Шульман, Г.Я.Яновский Значение информационных технологий в повышении безопасности пациентов и эффективности лечения

Опубликовано: «В докладе Института медицины национальной академии наук США, опубликованном в 1999 г. была приведена информация о том, что по оценкам, сделанным в результате проведенных исследований, в стране ежегодно умирают 98 тысяч пациентов стационаров из-за предотвратимых ошибок, допущенных медицинским персоналом [1]».

Следует читать: «... ежегодно умирает до 98 тысяч ...».

Редакция журнала приносит свои извинения авторскому коллективу статьи.