曲棍球視頻仲裁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

霍科林王寶成李珊

1. 廣州體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)與健康系 2. 北方工業(yè)大學(xué)

曲棍球視頻仲裁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

霍科林1王寶成2李珊2

1. 廣州體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)與健康系 2. 北方工業(yè)大學(xué)

公平公正是競技體育的靈魂，根據(jù)曲棍球視頻征詢的規(guī)則和規(guī)程，結(jié)合計(jì)算機(jī)高清視頻數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多角度、全方位地記錄賽場比賽情況，重點(diǎn)是23米線尤其是射門弧內(nèi)區(qū)域的多路視頻同屏顯示，并通過重放、慢放、回放及逐幀播放等真實(shí)還原征詢時(shí)刻賽場的動(dòng)作與聲音，為視頻裁判提供判罰依據(jù)。系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，可以為國家隊(duì)隊(duì)員在征詢的時(shí)機(jī)、內(nèi)容，比賽節(jié)奏的控制以及技戰(zhàn)術(shù)等方面積累經(jīng)驗(yàn)，全面提升國家隊(duì)在國際大賽中視頻征詢的成功率。

曲棍球 征詢 視頻裁判 HDMI 仲裁

1 引言

競爭是體育運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志性特征，公平競爭是體育運(yùn)動(dòng)的基本法則，公平公正更是競技體育的靈魂。為了保證曲棍球比賽判罰的公平公正，近兩年來國際曲聯(lián)在重大國際比賽中啟用了視頻裁判，對(duì)避免場上的錯(cuò)判漏判提供了重要保障。比賽數(shù)據(jù)說明即便國際裁判也難免錯(cuò)漏，且次數(shù)也不少，啟用視頻裁判新規(guī)則確實(shí)可以提升比賽的公平性。

《2013曲棍球競賽規(guī)則和規(guī)程》附錄14中的征詢程序規(guī)定：

6．視頻裁判員可以多次要求從各個(gè)角度重放視頻，以便得出結(jié)論。

7．視頻裁判員在最短的時(shí)間內(nèi)提出自己的看法和建議：

——“進(jìn)球”（Goal）；

——“沒有進(jìn)球”（No Goal）；

——“無法判斷”（No Advice Possible）；

——對(duì)觀察到的犯規(guī)所提供的建議。

如果視頻裁判員提示了所觀察到的犯規(guī)，場上裁判員可綜合考慮犯規(guī)情況后做出最終判罰。

在比賽隊(duì)征詢程序第9條也提出了視裁判員可以多次要求從各個(gè)角度重放視頻，以便得出結(jié)論。

上述規(guī)則對(duì)保障視頻征詢權(quán)力提出了系統(tǒng)的要求，目前只有國際大賽中才由電視轉(zhuǎn)播車提供服務(wù)和保障，由于成本昂貴，一般比賽沒有相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備。

自2010年阿根廷世界杯啟用視頻征詢以來，根據(jù)國際曲聯(lián)對(duì)視頻裁判工作的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國際強(qiáng)隊(duì)視頻征詢的成功率高于其它隊(duì)伍。而中國國家隊(duì)參加國際綜合賽事經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不適應(yīng)視頻裁判，不知道怎么提出征詢或者提出征詢找不到關(guān)鍵點(diǎn)等情況，這必然會(huì)導(dǎo)致比賽很被動(dòng)，比賽情緒和心理都受到影響，進(jìn)而影響比賽成績。

因此，建立一套在國內(nèi)比賽中使用的曲棍球比賽視頻仲裁系統(tǒng)迫在眉睫。利用計(jì)算機(jī)視頻技術(shù)了解對(duì)手的技、戰(zhàn)術(shù)信息，及時(shí)反饋給教練員和運(yùn)動(dòng)員，以便采取針對(duì)性訓(xùn)練，從而提高運(yùn)動(dòng)成績，在國內(nèi)外已經(jīng)得到大量應(yīng)用。但利用視頻技術(shù)進(jìn)行視頻征詢的應(yīng)用和研究相對(duì)較少，目前基于視頻征詢規(guī)則的簡易便攜的仲裁系統(tǒng)在國際上還是空白。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在競爭日益激烈的全球一體化體育環(huán)境和知識(shí)經(jīng)濟(jì)背景下，“曲棍球視頻仲裁系統(tǒng)”將立足于軟件系統(tǒng)國產(chǎn)化的開發(fā)研究，應(yīng)用于曲棍球及各種比賽中，以賽代練，依靠科學(xué)的管理和先進(jìn)的技術(shù)打造競爭內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)曲棍球事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

（1）幫助曲棍球比賽改善仲裁手段，輔助視頻裁判從多角度、全方位對(duì)23米區(qū)域尤其是射門弧內(nèi)的短角球、點(diǎn)球、進(jìn)球等爭議進(jìn)行準(zhǔn)確、公正地仲裁；

（2）將仲裁視頻存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)仲裁檔案庫，用于裁判員的值場考核以及賽后的訓(xùn)練和教學(xué)等；

（3）發(fā)布賽場資訊（比賽成績、技術(shù)統(tǒng)計(jì)等）以及最佳進(jìn)球、最佳配合、最佳短角球等視頻信息，與現(xiàn)場或網(wǎng)絡(luò)上的曲棍球愛好者共同分享曲棍球的精彩，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代彰顯曲棍球的魅力，促進(jìn)曲棍球事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和普及。

2.1 部署設(shè)計(jì)

圖1 曲棍球比賽視頻機(jī)位圖

參考國內(nèi)、國外的比賽場地，比賽場地示意圖如圖1所示。視頻仲裁系統(tǒng)將在比賽場地部署4－6個(gè)視頻采集點(diǎn)：

（1）1、2兩點(diǎn)為比賽場地的攝像臺(tái)，高度5米左右，架設(shè)兩臺(tái)攝像機(jī)，由攝像人員全程跟拍；

（2）3、4兩點(diǎn)為觀眾區(qū)和工作區(qū)，大概有3－4層樓高，并且有一排比賽的工作房間，需要保留一間為視頻裁判室。3、4兩點(diǎn)可架設(shè)兩臺(tái)固定高清攝像頭，視頻裁判室部署一套視頻仲裁系統(tǒng)；

（3）5、6兩點(diǎn)須搭建5米左右的高臺(tái)才能進(jìn)行視頻采集，架設(shè)兩臺(tái)固定高清攝像頭；

（4）各采集點(diǎn)的HDMI視頻數(shù)據(jù)首先轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，通過網(wǎng)線傳輸?shù)揭曨l裁判室，然后再轉(zhuǎn)換成HDMI視頻數(shù)據(jù)進(jìn)入視頻仲裁系統(tǒng)。

（5）采集和回放使用DirectShow技術(shù)，方便開發(fā)及升級(jí)（如采集設(shè)備變化，只需更新相關(guān)模塊）。采集數(shù)據(jù)，暫時(shí)自定義文件格式保存，可保證播放效率。以后可導(dǎo)出為通用媒體文件如avi等。

2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)分為視頻采集終端、視頻傳輸線、視頻匯聚服務(wù)器、仲裁軟件、視頻顯示終端等幾部分，系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成圖

2.2.1 視頻采集終端

2路高清攝像頭，4路標(biāo)清攝像頭及麥克風(fēng)。

2.2.2 視頻傳輸線

傳輸線包括：HDMI線、網(wǎng)線、光纖、光端機(jī)等。長度為150米到200米。

2.2.3 視頻匯聚服務(wù)器

仲裁項(xiàng)目的服務(wù)器，內(nèi)置視頻采集卡硬件和仲裁系統(tǒng)軟件。

2.2.4 液晶顯示器

通過VGA接口顯示軟件界面。

2.3 功能設(shè)計(jì)

第一，項(xiàng)目菜單至少應(yīng)該含有以下功能：

（1）新建采集項(xiàng)目

（2）回放已有項(xiàng)目

（3）保存項(xiàng)目

（4）關(guān)閉項(xiàng)目

第二，攝像機(jī)視頻信號(hào)傳入系統(tǒng)可實(shí)時(shí)播放，畫面延遲時(shí)間短（控制在10秒內(nèi)），并且同步存儲(chǔ)所有攝像機(jī)錄像至系統(tǒng)內(nèi)。

第三，在比賽出現(xiàn)征詢時(shí)，可以快速標(biāo)注視頻片段，并可以提取任一臺(tái)攝像機(jī)視頻片段進(jìn)行播放、慢放、回放及逐幀播放等。

第四，標(biāo)記欄中，可手工添加并輸入描述信息（如00:23:40-00:24:00進(jìn)球得分）。并對(duì)已有信息進(jìn)行修改、刪除等操作。雙擊已有的標(biāo)記信息，回放窗口將自動(dòng)跳動(dòng)到該標(biāo)記的起始時(shí)間，并開始播放?？筛鶕?jù)標(biāo)記信息的起止時(shí)間，導(dǎo)出相應(yīng)的視頻片段。

第五，提示信息欄，顯示對(duì)用戶的提示信息。

第六，播放控制欄，提供播放、暫停、慢放、倒放等控制功能。

第七，時(shí)間進(jìn)度條，顯示回放窗口的當(dāng)前時(shí)間和總時(shí)間，提供Seek功能。

第八，實(shí)現(xiàn)視頻征詢片段的快速轉(zhuǎn)換、導(dǎo)出、上傳到網(wǎng)絡(luò)仲裁檔案庫。

第九，比賽成績錄入，技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)統(tǒng)計(jì)。

2.4 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.4.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.4.2 工作流程

第一，新建采集項(xiàng)目流程（圖4）

第二，打開已有項(xiàng)目流程（圖5）

第三，關(guān)閉項(xiàng)目流程（圖6）

圖4

3 系統(tǒng)應(yīng)用分析

通過多次比賽和訓(xùn)練中視頻仲裁系統(tǒng)的應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)隊(duì)、裁判員、視頻裁判及錄像人員對(duì)關(guān)于系統(tǒng)都有了一定的了解和實(shí)施的“經(jīng)驗(yàn)”，從整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的過程來看主要在以下方面對(duì)國家隊(duì)訓(xùn)練和比賽提供了經(jīng)驗(yàn)積累：

3.1 從運(yùn)動(dòng)隊(duì)（國家隊(duì)）方面，以賽代練，積累了征詢經(jīng)驗(yàn)

競賽是訓(xùn)練的最好檢驗(yàn)，是扮演杠桿的角色，通過競賽，隊(duì)伍對(duì)視頻征詢的程序有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和提高。

3.2 從裁判員方面，熟悉了國際通用的判罰尺度

在隊(duì)員對(duì)判罰有異議的時(shí)候一定先與另一名裁判員溝通，另一名裁判員要主動(dòng)配合。提高判罰的準(zhǔn)確性，同時(shí)反饋給隊(duì)員，鼓勵(lì)正確的征詢，使得國內(nèi)教練員裁判員熟悉國際通用的判罰尺度，從而掌握了國家隊(duì)技術(shù)動(dòng)作的標(biāo)尺。

3.3 從視頻裁判方面，規(guī)范了征詢程序

視頻裁判作為征詢的最終判罰者，通過視頻的回放、慢放等，要嚴(yán)格按征詢程序去執(zhí)行，維護(hù)判罰的公正，同時(shí)要把判罰依據(jù)反饋給隊(duì)伍，把征詢成功或失敗以及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)反饋給國家隊(duì)，用于指導(dǎo)訓(xùn)練。

圖5

圖6

視頻征詢不是萬能的，它確實(shí)能降低一些重大判罰的失誤率，但雙方隊(duì)伍一旦征詢失敗一次，將失去征詢權(quán)，可能會(huì)對(duì)后面比賽的關(guān)鍵判罰造成重要的影響，為了提高征詢成功率，在緊張有序的比賽中是否能正確把握征詢時(shí)機(jī)和征詢內(nèi)容則可能成為影響比賽成敗的關(guān)鍵，而仲裁系統(tǒng)正是為了提高國家隊(duì)重大比賽中的征詢成功率而設(shè)計(jì)研發(fā)的系統(tǒng)。

實(shí)踐證明，通過大量的比賽和訓(xùn)練視頻征詢數(shù)據(jù)以及運(yùn)動(dòng)隊(duì)、裁判員、視頻裁判各方面的經(jīng)驗(yàn)積累，國家隊(duì)隊(duì)員能夠做到理智地對(duì)待判罰失誤，準(zhǔn)確地把握征詢時(shí)機(jī)，有效合理地控制比賽節(jié)奏，最終為比賽的勝利提供了戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)支持，在視頻工作保障方面走在了世界前列。

4 總結(jié)與展望

曲棍球仲裁系統(tǒng)可以全方位的記錄賽場情況，真實(shí)的還原賽場的動(dòng)作與聲音，不僅具有單獨(dú)觀看一個(gè)鏡頭，暫停，終止，播放，添加描述信息等基本操作，還可以逐幀查找指定時(shí)間，較快速的導(dǎo)出清晰視頻等，達(dá)到了預(yù)期的成果。

曲棍球仲裁系統(tǒng)未來還可以利用大數(shù)據(jù)為曲棍球項(xiàng)目建立一個(gè)綜合平臺(tái)，讓教練員、運(yùn)動(dòng)員在這個(gè)平臺(tái)上能夠分析和研究世界優(yōu)秀技術(shù)、自己運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)變化，各類針對(duì)性戰(zhàn)術(shù)、以及國內(nèi)外專家對(duì)項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)和理解、科研人員的科研成果等方向?qū)W運(yùn)攻關(guān)的成果以專項(xiàng)系統(tǒng)的形式進(jìn)行總結(jié)和分類，建立曲棍球項(xiàng)目的專項(xiàng)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫，從而為科學(xué)化訓(xùn)練提供較好的資料分析發(fā)展方向上的指導(dǎo)。

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