视频分析技术在网球训练中的应用.doc

视频分析技术在网球训练中的应用 第2l卷第3期 2008年8月 濮阳职业技术学院学报 JournalofPuyangVocationalandTechnicalCollege V01.2lNo.3 Aug.2008 视频分析技术在网球训练中的应用 孙俊,杨瑞敏,朱亚伟 (1.中原工学院电子信息学院,河南郑州450007;2河南师范大学计算机与信息技术学院, 河南新乡453007;3.郑州广电信息网络有限公司,河南郑州450007) [摘要】本文从网球运动训练的实际需求出发,设计一种视频分析及反馈系统.首先给出系统硬件设计方案 及驱动程序开发方法,然后给出系统的关键技术.该系统具有视频采集,存储,回放功能,并且可以进行动作视 频的合成比较. [关键词】视频分析;网球训练;合成比较 [中图分类号】TN911.73[文献标识码】A[文章编号】1672—9161(2008)03—0031—03 1引言 视频图像是人们利用各种工具以不同形式和手段观测 客观世界而获得的,它可以直接或间接作用于人眼,并产生 视知觉的实体,也就是产生了人眼观察到的静态图片或动 态的视频.在体育运动员训练过程中,通过录制相应的视频 信息,对运动技术视频图像的二维或三维解析后,获取运动 员技术表现的图像或数据信息,再通过科学的分析和评价, 来评价技术训练水平,能直观地对运动员进行技术动作监 控和评价,激发运动员学习和提高运动技术兴趣.另外,运 动技术录像是在对运动员无干扰的条件下进行的,直接获 得比赛和训练现场的运动员真实技术资料,这也最能满足 体育运动训练和比赛真实情况的要求.另外,在体育比赛 中,一般都是由裁判判断运动员的成绩,人为地判断肯定带 有很大的主观性;不合理的判罚,容易造成运动员心理不平 衡,影响整个比赛的进程.随着科技的发展,在很多体育项 目领域,已经引进视频分析系统,通过录制,回放观看当时 的比赛情况,为判罚提供了证据. 视频图像处理技术在运动员体育训练及体育比赛过程 中有着越来越广泛的应用,成为目前一个研究的热点.在国 外,譬如美国,已经开发出一套先进的排球比赛分析软件, 主要用来监控比赛,对各队进行技战术分析,为以后的比赛 起指导作用.在国内,中科院计算技术研究所已经开发出一 套DVCoach软件,将视频分析应用到运动训练与教学中, 而这些系统的售价都特别高(需几十万甚至上百万人民 币),在一般的高校中,无法承担这样巨大的投资,并且这些 系统只是对某项体育活动具有一定的针对性. 随着网球场的逐步扩建,网球运动在各高校开展得越 来越普及,广大师生积极参与到该项活动中来.为了提高体 育教学的现代化水平,研制出网球视频分析系统,对网球训 练进行视频采集,存储,通过回放功能让学生了解自己的缺 点并加以改正.另外,对视频数据进行深入分析,实现球场, 网球自动识别,判断网球是否越界.同时,将其研究成果推 广应用于其它体育项目上. 2系统设计 2.1视频采集卡硬件设计 视频采集卡主要由视频解码芯片TVP5150,FIFO缓 存,USB芯片CY7C68013和CPLD芯片XC95144组成.CCD 摄像头采集视频图像,经TVP5150视频解码芯片转化为I— TU—RBT.656格式的数字视频信号.CPLD的功能主要是 控制采集图像的大小,产生FIFO的写信号和帧信号;FIFO 主要实现对视频信号的缓存;CY7C68013主要是实现读 FIFO中的信息,并上传给主机.相应硬件结构图如图1所 刀. 图1视频采集卡硬件结构 摄像头采用MV_VS系列高速工业CCD,可通过外部信 号触发采集或连续采集.视频编码器采用TVP5150,可将模 拟的视频信号转换成数字色差信号(YUV4:2:2),支持两个 复合视频或一个S端子输入.输出格式为ITU—RBT.656. 由CPLD控制视频信号的采集.采用FIFO数据缓冲芯片, 其读写时钟最高可达到66.7MHZ,可完全满足两端的视频 解码芯片和USB芯片的要求.从而让CY7C68013芯片发挥 其最大的传输带宽,满足实时采集网球视频信号的目的. 2.2驱动程序设计 在Windows平台下,USB驱动程序由三部分组成:USB 设备驱动程序,USB总线驱动程序和USB主控制器驱动程 序.Windows操作系统提供处于驱动程序栈底的USB总线 驱动程序和USB主控制器驱动程序.USB设备驱动程序由 设备开发者编写,通过向USB总线驱动程序发送包含URB (USBrequestblock)和IRP(I/Orequestpacket)来实现USB 外设之间的信息交换. 驱动开发一般使用DDK或DriverStudio来开发WDM 模式的驱动,本文需要两个驱动程序:一个是EZloader.sys, [收稿日期】2008—04—12 [作