（生物医学工程专业论文）电子内镜医学影像系统的设计与实现.pdf

哈尔滨：【：程火学硕十学位论文 系统模块结构及其功能特点。本文的最后提出了后续工作的几个研究方向。 关键词：电子内窥镜，视频采集卡，医学影像，o i r e c t s h o w 哈尔滨- j 程大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , d i g i t a lp r o c e e d t e c h n o l o g yo fi m a g e si sa p p l i e dw i d e l y , a n di ti ss t r e n g t h e n e di n c r e a s i n g l yt h a tt h e f u n c t i o n so fc a p t u r i n g ，s t o r i n g ，d i s p l a y i n g ，t r a n s p o r t i n ga n dm a n a g i n gd i g i t a l i m a g eo fc o m p u t e r m e d i c a li m a g es y s t e mi s s u c hk i n do fs y s t e mt h a tt a k i n g d i g i t a lc o m p u t e rt e c h n i ca n dn e t w o r k i n gt e c h n i ci n t oh e a l t h c a r ed e p a r t m e n ta n d c o n v e r t i n gm e d i c a lv i d e oa n di m a g et od i g i t a ld a t at h a tc o m p u t e rs y s t e mk n o w s t h eg o a lo f t h ed i g i t a ls y s t e mi st ot a k i n gr e p l a c eo f t h ea n a l o gm e d i c a lv i d e oa n d i m a g es y s t e mn o wb e i n gt h e r ei nh o s p i t a l s w ew i l lr e s o l v ef i v ep r o b l e m s ：t h e c a p t u r i n ga n dd i g i t i z i n go f m e d i c a li m a g e 、s t o r i n ga n dm a n a g i n go f p i c t u r e 、r a p i d t r a n s p o r t i n go f d i g i t a lm e d i c a li m a g e 、d i g i t a lp r o c e e d i n ga n dr e c u r i n go f i m a g e 、 i n t e g r a t ei m a g ei n f o r m a t i o na n do t h e ri n f o r m a t i o n e l e c t r o n i ce n d o s c o p em e d i c a li m a g es y s t e mi sak i n do fp r o d u c t i o nt h a t c o m b i n i n go r g a n i c a l l ym u l t i m e d i ac o m p u t e r 、d i g i t a li m a g ep r o c e e dt e c h n i ca n d e l e c t r o n i ce n d o s c o p ea p p l i e di nm e d i c i n e ，a n di ti sa ni m p o r t a n tc o n s t i t u t ep a r to f m e d i c a li m a g es y s t e m ，a n di tc a nc o m m u n i c a t ew i t hh i s ( h o s p i t a li n f o r m a t i o n s y s t e m ) t r a d i t i o n a l l y , t h ee n d o s c o p ev i d e oa n di m a g et a k et h et b r mo fa n a l o g s i g n a l a sw ek n o w , i ti sh a r dt oc a p t u r i n g ，d i s p l a y i n g ，s t o r i n g ，p r o c e e d i n ga n d t r a n s p o r t i n gt h r o u g ht h en e to fa n a l o gs i g n a l h e r e ，t h ep a p e rw i l l t e l lh o wt o m a k eu s eo fd i g i t i z i n gt e c h n i q u ea n dc o m p u t e rt e c h n i q u ew i t l le n d o s c o p ev i d e o a n di m a g e ，s ot h a tw ew o u l db r e a kt h r o u g ht h el i m i to fp r o c e s s ，e x p r e s s i o n ， t r a n s m i t t i n ga n ds t o r et r a d i t i o n a la n a l o gs i g n a li nt h ee n d o s c o p ev i d e o t h ep a p e r m a i n l yi n c l u d e ： c h o o s i n gas u i t a b l ev i d e oc a p t u r i n gc a r df i r s t l y , m a k ep ct h ev i d e oc a p t u r i n g c o n s o l e ，i n p u ta n a l o gv i d e os i g n a lf o r mt h em o n i t o ro u t p u tp o r to fm e d i c a l e l e c t r o n i ce n d o s c o p e ，a n dt h e n ，b yt h ec a r d ，t h es y s t e mc a p t u r et h ea n a l o g v i d e os i g n a li n t od i g i t a ld a t a ，a tt h es a m et i m e ，d i s p l a yt h ed i g i t a li m a g eo n t h ec o m p u t e rs c r e e n 哈尔滨r 程大学硕十学位论文 w ec a nn o to n l ys t o r et h ed o c t o r w a n t e dv i d e of r a m ed a t ao ft h er e a l t i m e c a p t u r e de n d o s c o p ev i d e oi m a g ei n t os t a t i cb i t m a pf o r m a t ，b u ta l s oc a p t u r e d y n a m i ci m a g ea n d r e a l i z ec o m p r e s s i o na n d r e p l a y s y s t e mw a sd e v e l o p e df r o ms i m p l ep ct ol a n a n dw er e a l i z e ds h a r eo f m e d i c a l i n f o r m a t i o nr e s o u r c e ，i nt h ef u t u r e ，h o s p i t a lw i l lb ei n f o r m a t i o na r e a ， d i g i t a la r e a ，n e t w o r ka r e a ，t h e r e f o r ei ti sn e c e s s a r yt or e a l i z er e s o u r c es h a r e i f c o n d i t i o ni sa l l o w e d ，w ec o n n e c tl a na n dp a c sa n dh i s ，a n dr e a d i n f o r m a t i o no f p a t i e n tf r o mh i s f i n a l l y , w ed e v e l o p e das e to fe l e c t r o n i ce n d o s c o p em e d i c a li m a g es y s t e m c o m b i n e dt h ed i g e s te n d o s c o p ed e p a r t m e n to fh e i l o n g j i a n gp r o v i n c eh o s p i t a l b a s e do nt h er u l eo fp r a c t i c a b i l i t y t h i sd i s s e r t a t i o nn o to n l ya n a l y z e dc o n t e n t m e n t i o n e da b o v e ，b u ta l s ol u c u b r a t e di n v o l v e dt e c h n i ca n di n t r o d u c e d t h e d e s i g n i n gm e t h o d ，f u n c t i o na n ds t r u c t u r ei nd e t a i l a tt h ee n do ft h et h e s i st h e f o r e c a s to f o u rw o r ka n dp r o s p e c to f d i g i t a li m a g i n gs y s t e m sa r ed e a l tw i t h k e yw o r d s ：e l e c t r o n i ce n d o s c o p e ，v i d e oc a p t u r i n gc a r d ，m e d i c a li m a g e d i r e c t s h o w 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 日期：年月曰 哈尔滨上程人学硕士学何论文 第1 章绪论 1 1 电子内窥镜医学影像系统概述 1 1 1 电子内窥镜简介 电子内窥镜是继第一代硬式胃镜和第二代光导纤维内镜之后的第三代内 窥镜。电子内窥镜主要由内镜( e n d o s c o p y ) 、电视信息系统中心( v i d e o i n f o r m a t i o ns y s t e mc e n t e r ) 和电视监视器( t e l e v i s i 0i f o n it o t ) 三个主 要部分组成。它的成像主要依赖于镜身前端装备的微型图像传感器( c h a r g e c o u p l e dd e v i e e ，c c d ) ，c c d 就象一台微型摄像机将图像经过图像处理器处 理后，显示在电视监视器的屏幕上。比普通光导纤维内镜的图像清晰，色泽 逼真，分辨率更高，而且可供多人同时观看【1 1 。 图1 1 电子内窥镜 电子内镜的第一代产品自1 9 8 3 年应用于临床以来，到目前已生产出第三 代电子内镜应用于临床。世界上生产电子内镜比较著名的公司由美国的雅伦 ( w e l c h k l y n ) 和日本的奥林巴斯( o l y m p a s ) 等。由于电子内镜的问世，给 百余年来内镜的诊断和治疗开创了历史额篇章，相信电子内镜将会在临床、 教学和科研中发挥出它巨大的作用。 哈尔滨i ：程大学硕士学何论文 基本结构：电子内镜的构成除了内镜、电视信息系统中心和电视监视器 二个主要部分外，还配备一些辅助装置，如录像机、照相机、吸引器以及用 来输入各种信息的键盘和诊断治疗所用的各种处置器具等【2 1 i ”。 电子内窥镜的成像原理：电子内窥镜的成像原理是利用电视信息中心装 备的光源所发出的光，经内镜内的导光纤维将光导入受检体腔内，c c d 图像 传感器接受到体腔内粘膜面反射来的光，将此光转换成电信号，再通过导线 将信号输送到电视信息中心，再经过电视信息中心将这些电信号经过贮存和 处理，最后传输到电视监视器中在屏幕上显示出受检脏器的彩色粘膜图像。 日f j 世界上使用的c c d 图像传感器有两种，其具体的形成彩色图像的方式略 有不同。 电子内窥镜在临床应用上有操作简单、灵活、方便，降低病人不适感， 诊断能力大大提高，便于教学及临床病例讨论，便于与患者的密切配合，为 教学、科研提供可靠的资料等一系列优点。另外，电子内窥镜在介入技术中 扮演重要角色，介入技术是近年来蓬勃发展起来的一种微创性诊疗技术，它 是借助某些较细小器械或仪器进入体腔如腹腔或血管，完成某种操作，以达 到诊断和治疗目的常见的有介入性超声技术、介入性内窥镜技术、介入性 放射技术等。内窥镜介入治疗技术具有创伤小、疗效好、副作用小的特点。 总之，多功能的电子内镜在临床疾病的诊断、治疗和研究疾病的发病机 制以及病理变化过程中，将会越来越多地发挥出它的巨大贡献。 1 1 2 电子内镜医学影像系统概述 医学影像系统通常称为医学影像计算机存档与传输系统( p i c t u r e a r c h i v i n ga n dc o m m u n ic a t i o ns y s t e m 简称p a c s ) ，是医院信息系统中的一 个重要组成部分，是使用计算机和网络技术对医学影像进行数字化处理的系 统，其目标是用来代管现行的模拟医学影像体系。它主要解决医学影像的采 集和数字化、图像的存储和管理、数字化医学图像的高速传输、图像的数字 化处理和重现、图像信息与其它信息的集成五个方面的问题。从临床医师的 角度，医学影像系统也可以理解为电子病案管理系统的主要组成部分。它使 临床医师能迅速、准确地获得所需要的医学影像信息及其相关的医学影像渗 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 断报告、病历资料、病情记录、临床检查( 检验) 报告、治疗记录等信息，以 及查询与该医学影像相关的多种影像设备的图像信息，以便对医学影像做全 面综合分析，做出明确诊断和拟定恰当的治疗方案( 建议) 。此外，通过对医 学图像和信息进行计算机智能化处理后，可使图像诊断不依靠传统的肉眼观 察和主观判断。借助计算机技术，可以对图像进行分析、计算、处理，得出 相关的医疗数据，为医学诊断提供更客观的信息，最新的计算机技术不但可 以提供形态图像，还可以提供功能图像，使医学图像诊断技术走向更深层次。 一套完整的医学影像系统，主要功能为：图像采集、传输存储、影像处 理、网络通讯等 3 1 ，它的主要功能模块如下图所示。 图1 2p a c s 系统的主要功能模块 由于电子内镜的发展和普及，它已被大量医院的科室所应用，如腹腔镜、 胸腔镜、纤维喉镜、胃镜、结肠镜、膀胱镜、宫腔镜、脑室镜、关节镜等等 ”1 。随着电子内镜的普遍应用，电子内镜医学影像系统应运而生。电子内镜 医学影像系统是多媒体计算机、数字图像处理技术和医用电子内窥镜有机结 合的产物，也是医学图像存储和通讯系统( p i e t u r ea r c h i v i n ga n d c o m m u n i c a t i o i ls y s t e m ，简称p a c s ) 的重要组成部分，它能和医院信息管理 系统( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称h i s ) 进行信息交流。电子内镜 医学影像系统的使用给医院带来的好处有如下几点： 1 使临床科室能提高服务质量，对各种检查结果进行长期存储和科学管理， 促进了诊断报告中描述和诊断术语的规范化，也为外院专家会诊、远程会诊 哈尔滨i 。程人学硕十学位论文 等提供了全面快捷的信息； 2 医生可方便地浏览以往的病例，不断总结经验，帮助撰写论文和专业交流， 以提高业务水平； 3 在计算机中存储的资料为医院进行统计分析提供了原始数据； 4 为医疗纠纷提供法律文书的依据； 5 利用诊断反馈信息进行医疗质量控制； 6 工作站与h i s 的连接加快诊断报告，促进资源共享； 7 工作站打印的报告每张至少收费i o 元，给这些使用科室带来了良好的经济 效益。 1 2 电子内镜医学影像系统的发展现状 调查显示，医院的医学影像的存储与管理是一件拯待解决的工作。目前， 一小部分医院的部分医学影像通过购买新型的医疗设备来直接实现医学影像 的数字化，并用光盘存储：但由于医院的电脑一般处在单杌状态，并未组网， 故未能实现资源共享，医生的查询、诊断很不方便；这些医院还有一些医学 影像不能直接数字化，仅仅生成医学胶片，保存很困难，更谈不上通过网络 实现资源共享：还有大量的医院由于医疗设备的落后，医学影像完全处在使 用医学胶片的状念。 在内窥镜领域，国内医院使用的绝大多数内窥镜设备都依赖进口。由于 信息系统客户化和本地化比较困难等诸多原因，这些仪器设备的生产厂家大 多不提供信息系统甚至工作站的配套。而国内目前发展的内窥镜信息系统项 目还都基本处于内窥镜工作站的阶段。它们没有利用多媒体技术和网络技术 的发展来开发远程内窥镜，提高远程医疗的水平。而且，这些内窥镜工作站 都存在检查和诊断功能单一的缺点，主要还停留在以图文报告制作为目的的 病人图像采集和管理，诊断信息模板管理等简单功能上，对病人信息、影像 信息、诊断信息的管理都缺乏科学性和有效性，报告诊断流程也缺少规范化。 同一内窥镜科室内的不同工作站相互独立，不同内窥镜科室阳j 的工作站也没 有相互联系。这些都严重阻碍了内窥镜影像信息化的发展。 另外，虽然远程医疗系统( t e l e m e d i c i n es y s t e m ) 已闯世3 0 多年，但仍 哈尔滨1 i 程入学硕士学位论文 然处于发展初期。随着通信与网络技术在我国的发展和普及，远程医疗成了 我国近几年的一个热门话题。当前，远程医疗的主流支撑技术己从先前的电 话网或卫星通信网发展为计算机网络，其结构形式也从较简单的视频会议系 统转变为能够传输多种信息的多媒体系统，例如传输文字、音频、视频信息 以及医学信号和医学影像，甚至具有数据和图像处理功能以及信息管理功能。 因此，远程医疗系统对多媒体数掘的处理提出了更高的要求，升i 仅仅满足于 处理预先存储的数据，还要求对数据进行实时的采集与处理。目前的大多数 远程医疗系统，设计时直接采用了现有的桌面视频通信系统口】【。这些系统并 不是为医学应用设计的，其数据采集和处理的效果不能完全满足远程医疗的 需要。例如：遵循视频传输标准t t 2 6 3 的桌面视频通信系统，其设计目的是 传输视频会议时发占者的头肩信号，对于更高的视频要求，诸如现场手术直 播等就力不从心了。因此，从医学的目的出发，就要求远程医疗系统具有比 现有的桌面视频通讯系统更强的多媒体数据处理能力。 从信息学角度上来看，现今的内窥镜工作站处于一个信息孤岛的状态中。 1 3 本文重点解决的问题 选择适合内窥镜系统的视频采集卡，以计算机为视频采集平台，从内窥 镜监视器的模拟视频输出口输入模拟视频，通过视频采集卡实时将内窥 镜模拟影像采集为数字视频并实时显示。 图像由静态采集向动态采集发展，实现动态图像的采集、压缩和回放 目的大多数图像工作站只是记录静态图像，多半能满足临床医生的诊断 需要，但对于某些较难诊断的疾病，保存动态图像有助于同后请专家帮助渗 断。 m i c r o s o f t 公司的d i r e c t s h o w 提供了一整套处理多媒体数据流的方法。其 源数据流可以通过文件系统、网络、w d m ( w i n d o w sd r i v e rm o d e l ) 捕捉设备 获得。在经过解编码等处理后，直接向文件系统输出数据文件流或通过 d i r e c t s o u n d 输出音频流及通过d i r e c t d r a w 输出视频流。本文就是要采用这项 新技术来实现内窥镜动态影像的采集、压缩和回放的功能，以实现医学图像 从图片形式向视频形式的过渡。 赊尔滨f ：程大学硕士学位论文 由单机向局域网发展，实现医学信息资源共享 医院信息化、数字化、网络化的建设是医院今后发展的方向，同时也是 国家医疗改革和发展的需要，因此解决内窥镜工作站信息孤岛的问题，建设 网络化数字化内窥镜影像信息系统，是医院内窥镜信息系统今后的发展趋势。 因此，结合黑龙江省医院消化内镜中心的具体实际，针对上述内窥镶影像信 息化中存在的问题，设计一套网络版的电子内镜医学影像系统，以实现医学 信息资源的共享。在条件允许时，将内窥镜影像系统作为医院整体p a c s ( p i c t u r ea r c h i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 一图像存档与传输系统) 的一部分和h i s 进行连接，实现医院数字化。 出于本系统系自行开发，且采用了c l i e n t s e r v e r 的体系结构，系统的将 来扩展和升级将非常方便。 本文为医学影像诊断提供了一种全新的方式和手段，使影像中心、专家 门渗及各用户终端紧密地联成一体，患者的资料数据库的扩展和智能化管理 使医生可以通过计算机随时调用患者的数字化x 线、b 超、c t ，e r c p 等影像 和病理切片图像，可以方便地请求专家会诊和技术指导。为患者特别是危重 患者救治赢得宝贵的时间和机会，同时也为广大的农村、小医院、啥所等的 医学影像诊断水平的提高超到不可估量的作用。另外患者也面临更多的选择， 他们可通过i n t e r n e t 将医学影像传输给不同单位的医生以便做出更全面准 确的诊断。 1 ，4 论文简介 本文详细地叙述了系统实现和应用的整个过程，具体内容如下： 第1 章绪论部分，介绍了电子内窥镜及电子内镜医学影像系统的基本知 识，分析了目前电子内镜医学影像系统的发展现状，明确了本文重点应该解 决的问题。 第2 章结合黑龙江省医院消化内镜中心的具体情况，以实用性为原则对 其在功能、性能等方面的需求进行分析，然后针对具体需求，对所用开发工 具和后台数据库、网络协议等进行恰当的选择，并对图像传输、数据库连接、 图像文件在数据库中的存取等进行了深入的探讨。 6 哈尔滨l 程大学硕士学位论文 第3 章对系统关键解决的视频图像采集、压缩和回放的整个过程进行阐 述。其中详细叙述了d i r e c t s h o w 技术在本系统中的应用情况。 第4 章详细叙述了系统设计和实现的整个过程，并叙述了系统的临床应 用效果。 最后总结上述内容，并对电子内镜医学影像系统的未来发展趋势进行展 望。 哈尔滨【程人学硕十学侍论文 第2 章系统需求分析及相关技术研究 2 1 系统需求分析 需求分析是系统开发的前提和基础。只有充分了解系统的功能、性能等 方面的要求，系统的一致性、现实性、有效性、完整性爿能得到完好的保证。 因此在开发此软件前，我们对黑龙江省医院消化内镜中心进行了充分的调研， 该中心有一个登记工作站，有胃镜、肠镜一、肠镜二、造影一、造影二、超 声室六个检查科室以及内科、外科等多个医生工作站，对应的检查设备有超 声、c t 、x 光、e r c p 等。下面我们针对该中心的具体实际情况，从系统的 功能、性能方面对这些要求做以归纳，这罩我们也充分考虑了将来可能进一 步提出的需求。 2 1 1 系统的功能要求 功能上主要是要求按照医院的管理模式设计一套计算机管理软件，以实 现医学信息资源的网络共享化，利用多媒体技术和网络技术发展远程内窥镜， 报告诊断流程规范化，对动态图像进行实时采集和处理，实现现场手术直播 功能等。 具体细节包括： 1 网络共享：利用局域网实现各科室之间的资源共享。 2 图像采集：利用脚踏丌关实时地采集多幅图像，并可进行动念图像连续采 集和回放，实现现场手术直播功能。 3 病例录入：实现病人预约信息输入、一份病例的数据录入、保存等。因为 消化病医院内镜中心医生数量少、病人多，在做胃镜、肠镜等操作的过程 中较难兼顾图像工作站的病人信息输入，因此需要将病人信息单独输入， 医生可通过局域网直接调出病人资料，便于医生进行内窥镜检查。 4 病例管理：对己存在的病例进行管理，包括修改、删除、查看等。 哈 ：滨。程火学硕卜学倪论文 5 分类统计：对于个系统来说，分类统计是必不可少的。通过它，方便医 院管理层对各种影像方法的使用频率及每种影像方法使用者的年龄及性 别进行横向、纵向比较，方便管理层统筹规划。它是采用图表的形式来实 现的，效果直接、明了。根据数据库里的病例对诊断医生的工作量，临床 医生送诊量等情况进行统计，并可以按时问、科室、医生、检查设备等来 统计费用，打印报表。 6 图像处理：对所采集得到的图像进行一些医学上的处理，便于医生的诊断。 比如图像放大、缩小、加注说明、长度和面积的测量、直方图均衡、锐化、 对比度调整等功能。 7 病例报告的打印：打印病例报告。 8 实现多路视频连接：由于医院一台p c 机可能连接多台内窥镜设备，所以 要具有连接多路视频( 至少2 路) 并实现多视频源切换进行显示的功能。 9 提供优良的用户界面，使医生能进行易学、简单的操作。 2 1 2 系统的性能要求 对于图像采集工作站，最重要的是图像采集的实时性和分辨率以及与图 像相关的一些问题。比如图像获取、显示和处理的速度、显示器的视频刷新 率等，因此图像部分的要求是不容忽视的： 1 从有数字接口的影像设备上直接取出图像及基本信息，以原形方式存入图 像服务器。对于符合d i c o m 3 0 国际标准的设备，以d 1 c o m 格式存入图 像服务器。 2 对只有模拟信号的影像设备，通过图像采集卡获取图像，以j p e gb m p 或t i f f 文件格式存入图像服务器。 3 对己有的局域网中信息( 包括图像和数据等1 可随时调用。 4 对存入图像服务器的图像，要能够在其p c 上进行图像处理。 5 提供图像信息的长期、短期存储方式及相应的辅助设备。 6 可对图像信息( 包括长期、短期) 进行方便检查、查询。 9 晴尔滨上程大学硕十学位论文 2 1 3 将来可能提出的要求 1 提供远程信息访问通过i n t e m e t 网络与其他医院信息共享。 2 能够与医院内h i s 等其他系统信息相连。 2 2 相关技术研究 2 2 1 开发工具和后台数据库的选择 1 丌发工具 d e l p h i 是b o r l a n d 公司的一种可视化的快速应用( r a d ) 丌发工具。它具 有很容易掌握的特点，但又功能强大，从开发客户桌面界面到驱动程序，从 一般的数据库应用到复杂的网络数据库应用，从单机单层到网络多层，它都 能够有完善的解决机制。d e l p h i 本身内部集成了大量的数据库有关的组件。 特别是它为企业局域网i n t r a n e t 中的数据库应用程序开发提供了优秀的组 件，能让开发人员快速高效地开发出功能完备的客户端应用程序。应用 d e l p h i 可以很轻松的建立w i n 3 2 控制台应用程序或者w i n 3 2 图形界面( g u i ) 程序。当d e l p h i 建立w i n 3 2g u i 程序后，就可以把编程语言嵌入到r a d 环境 中，这就意味着可以对一个程序用户界面，用拖放技术来选择快速应用丌发， 也可以随时用窗体的a c t i v e x 控件来建立一些特定程序。d e l p h i 在建立这些 程序时不会牺牲程序执行速度，因为它生成的是快速开发代码。 目前流行的软件开发工具有d e l p h i 、v i s u mb a s i c 、v i s u a c + + 、 p o w e r b u il d e r 、j a v a 等，选择哪种开发工具当然要看哪一种最有效率，一般 地，决定一个软件开发工具效率的因素有五点： 一可视化开发环境的性能； 一编译器的速度和己编译代码的效率； 一编程语言的功能及其复杂性； 一数据库结构的灵活性和可扩展性； 一框架对设计和使用模式的扩充。 哈尔滨- 程大学硕十学位论文 下面让我们来仔细地看一下d e l p h i 在这几方面的性能如何，并把它们和 其他w i n d o w s 丌发工具做一比较。 ( 1 ) 可视化丌发环境 可视化开发环境通常分为三个组成部分：编辑器、调试器和窗体设计器。 和大多数现代r a d ( 快速应用丌发) 工具一样，这三部分是协同工作的。当你 在窗体设计器中工作时，d e l p h i 在后台自动为你正在窗体中操纵的控件生成 代码。你还可以自己在编辑器中加入代码来定义应用程序的行为，同时还i 叮 以在同一个编辑器中通过设置断点和监控点等来调试程序。 总的来说d e l p h i 的编辑器和其他工具的编辑器类似，但它的 c o d e l n s i g h t 技术却省去了许多输入工作的麻烦。这技术是建立在编译器 信息之上的，而不是基于像v i s u a lb a s i c 等使用的类型库，因此应用范围更 广泛。d e l p h i 6 0 的调试器具备许多先进的功能，如远程调试、过程关联、 d l l 和包调试、自动本地监控以及c p u 窗口等。d e l p h i 还支持在调试时随意 放置和停靠窗口并把这一状态保存为命令的桌面设置。由此，d e p h i 的i d e 实现了对调试功能的良好支持。 对r a d 工具( 如d e l p h i 、v i s u a lb a s i c 、c + + b u i l d e r 和p o w e rb u i l d e r 等) 来说，窗体设计器是一项独特的功能。一些更为经典的开发环境，如v 口+ 和b c + + ，都提供了对话编辑器，但却没有将窗体设计器集成到丌发流程中。 没有窗体设计器将会降低开发工具的整体效率。而d e l p h i 和v i s u a lb a s i c 在完善窗体设计器的功能方面展开了激烈的竞争。它们的新版本功能一个比 一个强。d e l p h i 的窗体设计器的与众不同之处在于，d e l p h i 是建立在介真 正面向对象的框架结构基础之上的。这样，你对基类所做的改变都将会传递 给所有的派生类。这里涉及的一项关键技术就是v f i ( v is u a lf o r m n h e r t a n c e ) ，即可视化窗体继承。v f i 技术使你能够动态地继承当前项目 或对象库中的任何其他窗体。一旦基窗体发生改变，派生的窗体会立即予以 更新。 ( 2 ) 编译器的速度和已编译代码的效率 p a s c a l 编译器最著名的特点就是速度快，而d e l p h i 正是建立在这种编 译器的基础之上的。事实上，它可能是针对w i n d o w s 的最快的高级语言本地 代码编译器。以往速度很慢的c + + 编译器在近年来取得了很大的进步，增加 哈尔滨工群大学硕士学位论文 了链接和各种缓存策略，尤其是在v i s u a lc + + 和c + + b u i i d e r 中。但即便如 此，c + + 的编译器还是比d e i p h i 的慢了几倍。 v i s u a lb a s i c 的编译技术有点特别。在开发过程中，v b 以一种集成的方 式运作，而且反应相当敏锐。这种编译器速度比较慢，生成的可执行代码的 效率也远远不及d e l p h i 和c + + 工具。 j a v a 是另一种有趣的语言。最新的基于j a v a 的工具语言jb u i i d e r 和 vjs u a lj + + 自称其编译速度能赶得上d e l p h i ，但是生成代码的执行效率却不 尽人意，因为j a v a 是种集成语言。虽然j a v a 在稳步地前进但在大多数 场合，其运行速度却仍与d e l p h i 和c + + 相距甚远。 ( 3 ) 编程语言的功能及其复杂性 在有些人的眼里，一种语言的功能和复杂程度是极为重要的，这也是许 多争论的热点。 c + + 是一种极为有力的语占。在它的潜在功能( 如预处理器宏、模板、操 作符加载等等) 的帮助下，你几乎可以使用c + + 设计你自己的语言。只要合理 地使用其丰富的功能选项，就可以开发出简洁直观、易于维护的代码。然而， 问题是，许多的开发者总滥用这些功能，这就很容易导致发生重大错误。c + + 是非强类型语言，有些错误编译器无法发现。 o b j e c tp a s c a l 和j a v a 我们的感觉很相似，因为它们很好地把握住了复 杂性和功能性的平衡。它们都采取了这样一种途径，即限制其可用功能以加 强开发者的逻辑设计。例如，两者都避免了完全面向对象但却容易被滥用的 多重继承的观念，而是实现了一个执行多重接口功能的类。两者都不支持美 观却危险的操作符加载。两者都有一些强大的功能，诸如异常处理、运行期 类型信息( r t t j ) 和生存期内存自管理字符串。 同时，d e l p h i 使用编程语言是o b j e c tp a s c a l ，是面对对象、强类型语 言。有利编制稳健的应用程序，减少调试、检错时间以提高开发效率：有利描 述真实世界的事物和系统，如控制系统、工艺数学模型。 ( 4 ) 数据库结构的灵活性和可扩展性 由于b o r l a n d 缺少一种数据库计划，因此d e l p h i 保留了我们认为是所有 工具中最灵活的数据库结构。对大多数基于本地、客户服务器和o d b c 数据 库平台的应用程序来说，b d e 的功能都非常强大。如果你对此不满意，可以 哈尔滨j ：程大学硕十学位论文 避开使用b d e 以支持新的本地a d o 组件。如果你没有装a d o ，可以自己创建 数据访问类或者购买第三方数据访问解决方案。此外，m i d a s 使对数据源的 多层访问更易于实现。m i c r o s o f t 的工具( o d b c 、o l ed b 或者其他) 从逻辑上 来说趋向于支持m i c r o s o f t 自己的数据库和数据访问解决方案。 ( 5 ) 框架对设计和使用模式的扩充 这是一项经常被其他软件设计工具忽略了的重要功能。v c l 是d e l p h i 最 重要的组成部分。在设计时操纵组件、创建组件、使用o o ( 面向对象) 技术继 承其他组件的行为，这些能力都是决定d e l p h i 效率的关键因素。在许多场合， 编写v c l 组件都采用固定的o o 设计方法。相比之下，其他基于组件的框架经 常过于死板或过于复杂。比如a c t i v ex 控件具有和v c l 控件相同的设计期性 能，但却不能被继承以创建个具有其他不同行为的新类。传统的类框架， 如o w l 和m f c ，需要你有大量的内部结构知识，而且如果没有r a d 工具的设 计期支持，其功能将会受到抑制。将来能够与v c l 的功能相媲美的一个工具 是v i s u a lj + + 的w f c ( w i n d o w sf o u n d a t i o nc 1 a s s e s ) ，即w i n d o w s 基础类。 但是由于s u nm i c r o s y s t e m s 对j a v a 问题的诉讼仍悬而未决，v i s u a j 十+ 的 前景还不明确。 基于以上原因，我们选择了d e l p h i 作为软件开发工具。 2 后台数据库 s q ls e r v e r 是一种关系型数据库。它除了支持传统关系型数据库对象( 如 数据库表) 和特性( 如表的j o i n ) 外，另外也支持现今关系型数据库常用对象 如存储过程( s t o r e dp r o c e d u r e ) 、视图( v i e w ) 等。另外，它支持目前关系型 数据库必定要支持的标准查询语言一s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 。s q l s e r v e r 另外个重要特点是它支持数据库复制( r e p l i c a t i o n ) 的功能，也就 是当你在一个数据库复制更新时，可以将其更新结果传到远程s q ls e r v e r 相同的数据库上，让两边数据库同步i 引。 s q ls e r v e r 能稳定的运行于w i n d o w sn t 上，是一种在w i n d o w sn t 上的 数据库的很好的解决方案。它在现今流行的c l i e n t s e r v e r 结构中扮演的是 服务器端( s e r v e r 端) 角色。它的主要职责是存储数据和提供一套方法来管理 这些数据，并且应付来自c i i e n t 端的连接和数据存取要求。s q ls e r v e r 在 同其他的w i n d o w s 操作系统下的数据库相比具有明显优势。具体表现在： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 一操作系统需求低：以前的版本一定要在n ts e r v e r 上运行，7 0 版以后除 了支持n ts e r v e r 以外，还支持w i n d o w s9 8 9 5 ，w i n d o w s2 0 0 0 等。 一网络成本低：幽于s q ls e r v e r 是客户机月最务器结构，对于一般的公 司中许多用户都是安装的w i n d o w s2 0 0 0 的情况下，只要安装一台数 据库服务器，就可以很方便的从用户端连接数据库。 一功能与速度：s q l s e r v e r 2 0 0 0 中的o l a p ( o n 一1 i n ea n a l y t ic a lp r o c e s s i n g j 服务，在管理上提供了数据库与日志文件自动增长的功能，如果数据库 越来越大，则只要没超过操作系统或磁盘的限制就可以继续增加，而 且也支持r a i d ( 磁盘阵列) 、聚组复原以及在线备份等功能，使管理更容 易。 一价格便宜：s q ls e r v e r2 0 0 0 价位适当，分为标准版、，r 发版、企业版和 个人版四种版本，客户可依照需要选购。 操作简单：s q ls e r v e r 操作界面相当简单。 一分布式服务器可集中管理：如果同时有好几台s q ls e r v e r ，可以很方便 的将这些分散的服务器，集成在一个窗口界面中管理，这对于需要管理数 个s q ls e r v e r 的管理员来说，更是一个相当好的功能。s o ls e r v e r 和前 端的连接主要是靠网络。所以网络设定必须正确才能使它正常运行。在网 络协议方面，s q ls e r v e r 可经由t c p i p ，n e t w a r e ，n a m ep i p e 和n e t b i o s 等通讯协议和前端相连( w i n d o w sn t 操作系统支持这些协议) 。至于前端 应用程序( 可用d e l p h i 丌发出来) 则是依靠标准的o d b c 或o l ed b 数据库 驱动程序和下层的d b l i b r a r y 网络程序( s q ls e r v e r 本身提供) 和s q l s e r v e r 相连。 因此。我们选择了s o ls e r v e r2 0 0 0 作为后台数据库。 22 2 网络协议的选取 1 文件传送协议一f t p 协议 文件传送是计算机网络中最频繁的种操作。互相传送文件的两台计算 机可以是不同类型的，如微型计算机与大型计算机，也可以是安装不同操作 系统的，如w i n d o w s 与u n i x 。 1 4 哈尔滨t 科大学硕十学位论文 要实现文件传送，必须在计算机上有相应的进程来启动，很多文件传送 协议都允许文件的双向传送。例如，客户可以把文件发送给服务器，也可以 向服务器请求文件并接收文件。为进行这样的传送，调用客户程序的用户必 须给出自己的标识符，并且获得许可。本地许可由本地操作系统解决( 如根据 登录的标识行和口令在登录时获得许可) ，访问远程文件的用户则必须得到对 客户枫授权的服务器的许可之后才能进行文件传送。 传送文件需要遵循一定的通信协议，以确保端对端传送的砸确性。常用 的文件传送协议有x o n x o f f ，x m o d e m ，f t p ，t f t p 和f t a m 等，其中以f t p 最为流行。 f t p 是英文f i l et r a n s f e rp r o t o e o l ( 文件传输协议) 的缩写。顾名思义