体育训练中的运动视频分析系统设计与实现分析

周军 江汉大学体育学院运动系

随着社会的高速发展，越来越多的人青睐于体育竞技，同时随着科学技术的不断进步，推动了体育训练的飞速发展，可以说科学技术的发展和体育竞技的成果存在着紧密的关系。确保竞技效果最佳的体精就是强化体育训练，然而训练的视频能够对竞技的战术进行详细的分析，对于运动员的素质来说非常重要，随着智能化识别技术和机器视觉的推动，之前传统的分析方式已经逐渐被体育训练运动视频的分析系统所取代，为体育竞技提供了更加科学、多元化的训练形式，使体育竞技能力得到了有效的提升。因此，需要通过现阶段体育训练工程中视频分析系统的问题，进行这一分析系统的开发和设计，并且在测试其性能的基础上，对系统的可靠性和稳定性进行前方位的验证。

一、体育训练中运动视频分析系统需求分析

专业教练通过人眼实施的观测和分析体育新联运动视频的分析就是传统的分析方式，其中存在着很多的局限性和缺陷。分析体育训练的过程，主要是对比赛视频和运动员的训练庆康进行全面的分析，通过观察寻找视频中实践和空间的关联性，从而得到运动员人体运动学的参数，同时，运动员和教练在其中找到可以提升的信息，有助于对运动员进行科学、有效的指导。通过软件开发进行这一系统的实现和设计，具有很高的可靠性和实用性[1]。

二、运动视频分析系统的设计

（一）运动视频分析系统的结构

在通用计算机平台上构建体育训练的运动视频分析系统，可以通过各种不同的操作系统采集以及处理训练中的运动视频和图像，可以选用Windows系统安装在视频分析系统中，还可以援用Linux系统，选用嵌入式Linux内核结构管理运动视频的进程以及加载控制信息的程序，嵌入式Linux系统中的根文件系统通过CAN发送，在/sbin、/lib、/bin、/usr、/etc、/var、/dev以及/proc目录中将视频的帧序列进行储存，用户采集视频信息的输入、输出模块以及控制口快等组成了系统的总体设计，在处理模块中，采用分析图像、处理数据以及采集视频模块来开发与服务器相匹配的问价和脚本，在视频信息的树木模块中，通过运用GUI人机交互系统分析图像和视频中国的信息，与此同时，下载图像处理程序到开发板驱动整体系统软件以及分析运动训练视频。

（二）运动视频分析系统的功能设计

本文主要实现了分析单目视频的人体运动，采用Directshow技术对运动视频进行控制，采用基于马赛克的图像品相技术，提取视频中的背景信息，将视频图像进行时域分割，提取出视频运动的目标，最后合成全景图像。采用阵间差分的方法滤掉静态背景，实现背景的抑制。结合卡尔曼滤波以及色块的匹配，达到自动跟踪关键部位的目的，同时，取得运动员运动的参数，最后真正的实现土语训练中进行运动视频分析的系统[2]。

（三）系统的硬件结构

在实现这一分析系统硬件设计时，其中数字处理器特别重要，比如：TMS236351，将其内部快速缓冲储存区域设计成双机缓冲的构架，数字信号处理区和储存空间包含以一级缓冲构架，由于这一处理器中存在动态素及储存器，如果突然断电也不会丢失视频信息。电源模板、视频处理手机模块、外部储存器、多媒体结构以及同步控制芯片等构成这一分析系统的硬件，系统把收集到的训练视频全部储存在总线，以此合理分配储存地址，再由周边组件核处理器分配储存，在视频分析的实现中，视频会通过储存总线传世到收集处理模块中。实现调节网络带宽是网络控制芯片的主要目的。为视频的收集处理模块提供电源使系统电源模块的主要目的，不但为处理器进行电源的提供，而且还为储存总线进行电源的提供，以此确保稳定运行系统。为了使其中组件和模块安全运行提供有效的保证，在关闭系统时，首先要关闭储存总线的电源，在关闭处理器的电源，最后才关闭视频收集处理模块。系统中最主要的输出端就是多媒体的接口，分析视频前，要有效的明确处理器与多媒体之间的连接关系，确保拥有完整的视频内容。

（四）目标跟踪模型的设计

对于本系统来说最关键的一环就是目标跟踪，它为进行视频分析提供了主要的数据。在拍摄条件发生变化时，体育训练运动系统的目标以及背景就会发生视觉角度上的变化，由此就会获得不同的分析数据，分析结果会存在差异，不过，虽然有差异这些数据也还是有效的，是可以反映运动员的运动姿态的。为了获得更全面的数据，目标跟踪最好是采用多跟踪器的模式。将目标跟踪模型分解成子模型，一个观察基本运动，一个观察行为，前者是用来分析目标的运动规律的，而后者则是对运动模型目标进行细化。有两种插件来播放这些视频，一种是播放检测一种是播放线程。当视频无法正常进行播放的时候就会利用回调函数暂停视频内容，然后重播。如果视频可以正常播放的话就要随之创建播放线程，使视频目标达到一直。进行多动态目标同步跟踪就是为了可以同时对多目标进行提取，这样就可以对促进目标跟踪以及行为分析的精度、效率的提升。在确定了视频中的目标以后就会启动该模块，然后截取多目标图像当作是标点，对目标点进行全面的跟踪，然后保存为日志并进行输出。

（五）视频运动行为标识

在进行体育训练的时候，运动视频是没有办法识别那些不规则的动作的，这就要求将运动员的实际动作与标准动作进行对比，以此来识别运动行为。检测输入运动视频的分离续联，这样就可以获得条件随机的模型参数，然后在根据参数的值进行归类[3]。

三、基于体育训练的运动视频分析系统开发与实现

（一）开发流程

利用嵌入式内核交叉编译环境对进行程序的编译以及软件的开发，Linux嵌入系统在用于运动视频分析系统以后，可以将其分成四个层次。（1）通过对加载程序的引导，对运动视频集成控制的视频图像处理算法进行加载，对VME总线传输始终进行初始化，然后对内核D/A的分辨率进行编译，对不同的文件系统进行集成化的控制，使其能够正常的进行运转，创建Linux根文件系统，从而使运动视频中的MXI总线控制能够进行D/A转换。（2）将Linux嵌入系统的内核能够使整个系统获得一些相应的功能，使设备能够进行收发、转换、采样以及交叉编译，并能够根据编译器路径将系统环境的变量添加进来，对多通道的数据信息进行记录。对INIT进程实施，对文件以及内核进行配置。（3）文件系统的存在就是为了对整个系统的集成化控制数据进行调度和存储。（4）用户应用程序模块负责设计程序以及设备接口，根据内核的配置和编译，操作的模式和对常规文件一样，从而能够访问、控制硬件设备，使其能够进行读写等操作[4]。

（二）程序加载与交叉编译

系统的载体是Linux内核配置选项，再配置好makemenucon-fig命令，通过ID0x5F选用DSP来进行信息的复位，控制视频分析过程中止通过loader实现，通过这样的方式对系统的嵌入式Linux的定制、控制程序进行编译。要建立一个SIC_IWR存储器，随机选择不同的方式对视频分析的参数进行分析，了解系统的性能。软件开发要模块化，控制也应该是多线程式的，对运动特征进行跟踪的过程中要家里视频分析系统，模块的最上层是应用平台层，比如说组织权限构架、工作流引擎以及基础数据访问组建等。将一些基本功能部件封装到不同的组件中，这对于应用系统业务逻辑的构建来说是很关键的。还有就是要通过free_irq（）函数来释放驱动程序。在交叉编译设备驱动程序对应的内核函数的时候，一定要进行合理的配置与编译，编辑成.Bashrc文件，以Qt/Embedded4.6为平台，构件、设计系统的图形用户接口，使系统控制可视化，这样系统的开发就完成了[5]。

（三）系统性能测试

利用嵌入式设备对运动视频信息进行收集并对数据进行检测，在系统截面这个载体上对运动视频的参数进行合理的设置，对视频信息进行采集，利用可视化模式来进行人机交互。而且在关键帧的提取难度增加以后召回率也会增加，所以说两者是存在着正相关的关系的。和传统运动视频分析方式相比，在以体育训练为基础以后，它的关键帧提取的精确度以及召回率都要好很多[6]。

四、结语

为了提高体育运动训练科学的指导水平，我们更好的实现和设计了全新体育训练运动视频的分析系统。先对其分析系统的需求进行了全方位的分析，然后设计了这视频分析系统的软件和硬件，最后，对这一设计系统进行了实验。在实验中表明，这一系统可以准确的面熟运动员体育训练的过程，可以将视频关键帧得到的召回率和精准率进行有效的提升，适用于运动指导训练过程中，且使用价值非常大。