体育比赛及训练视频分类管理数据库软件( TacAnalysis)的研究与开发数据库编辑软件
胡水清;冯葆欣;蔡宇辉;吴成亮
【摘 要】比赛及训练录像是教练员、体育科研人员在训练和科研工作常用的重要工具.在长期工作中,他们积累了大量的视频资料,如何有序管理并有效利用这些资料也因此成为一个重要课题.目前,市场上还没有针对体育项目特点研发的视频管理软件,针对体育比赛和训练开发了视频数据库管理软件TacAnalysis.该软件提供了一个开放式的数字视频数据库创建工具,视频分析方法简便、快捷,视频查实现了快速、准确、分类功能,不同科研人员分析的视频资料和数据成果能够共用、分享或组合成统一的数据库,TacAnalysis还可以对技术动作进行分类统计.应用TacAnalysis数据库软件,初步形成了举重项目近年来的视频资料数据库、体操2008年奥运会的视频数据库,建立了乒乓球和摔跤项目视频管理数据库模型以及技术动作统计模板.
【期刊名称】《中国体育科技》
【年(卷),期】2011(047)004
【总页数】6页(P73-77,81)
【关键词】TacAnalysis;体育比赛;视频管理;视频数据库
【作 者】胡水清;冯葆欣;蔡宇辉;吴成亮
【作者单位】国家体育总局体育科学研究所,北京100061;国家体育总局体育科学研究所,北京100061;北京中天诺亚体育科技有限公司,北京100089;;重庆三峡学院,重庆404100
【正文语种】中 文
【中图分类】G819.3
1 前言
反复观看比赛及训练录像，利用视频进行图像反馈和录像解析，是教练员、体育科研人员在训练和科研工作中常用的重要手段，视频图像资料在现场反馈和技术分析等方面，都发挥了相当重要的作用。在长期工作中，体育工作者们积累了大量的比赛、训练、技术分析等视频资料，保存形式从最初的照片、电影胶片、模拟磁带，到目前的数码磁带、光盘、
硬盘等。我们仔细地记录了每盒胶片和每盘录像带的拍摄时间、拍摄者、拍摄内容等资料，录制视频过程中，会同时将一些比赛具体信息录音。但是，除非你把整个比赛看完，否则，具体到每个运动员、成绩等等具体信息还是无从查起。有着长期相关工作经验的人，或许可以凭记忆想到一些内容可以应用，但对于新投入这项工作的人就毫无头绪了。即使能够记得某年、某月的某些资料，但常常都是懒于或者不便于在资料堆里查那些不确定是否有价值的视频片段，甚至可能忘记所需视频是在哪张光盘里、哪个硬盘的文件夹里，或者由于录像带重复使用丢掉一些有价值的资料等等。从大量的资料中分类查到录像带或视频文件后，还需要查看整个录像才可以定位到所需内容，而且可能还要把视频资料转换成所需视频格式，因而，几乎大部分拍摄的资料当时用过之后就永远躺在角落里了。即使是近年来我们拍摄的比赛录像，也很少有人肯花时间在视频上清楚地插入字幕或者制作检索表格等，这样的视频只能当作及时反馈应用，重复利用的次数和可能性很低。前期花费大量人力物力进行的拍摄、视频分析、录像解析等工作，却由于没有便捷的管理和有效的查调用手段而无法充分发挥作用。
随着数字成像技术、计算机技术和通信技术的进步，以影片、模拟磁带为资料保存的方式显然已不再适应数字时代的要求，而以数码磁带、光盘为保存形式，在使用时受到格式限
制、存储占用的空间大，而且经过多次编辑会造成较大的损耗，影响视频质量。因此，硬盘存储影像资料的优势就凸现出来。针对现有视频资料管理缺乏快速查询手段，致使管理、使用效率低下等问题，本研究提出了构建体育比赛及训练影像资料分类管理数据库，以体育训练和比赛数字视频资料为主要研究对象，建立其有效的管理办法，充分挖掘各种体育比赛和训练视频资料的价值，并使其能够得到重复、有效利用。体育比赛和训练视频的主要内容着重于运动员的运动技术表现、运动战术组织和配合表现以及体育器械的运动行为表现，从属于视频图像概念。本研究主要目标是根据体育比赛及训练视频的特点，使视频资料能够根据其主要内容信息在需要时快速分类查询、准确定位并输出，从而为运动员、教练员提供更多、更有效的视频图像资料，为科研人员在视频反馈、图像处理、图像解析和视频资料管理提供更加有效的系统支持。视频资料数据量庞大、种类繁多、结构复杂[4]，影像资料数据库分类管理软件提供系统内设置复杂数据和文件的定义、构造及使用，主要实现视频文件搜索、分类管理，所需视频片断定位、重组、备份功能；同时，针对体育比赛和运动项目的特点，除了实现基本的比赛信息检索功能外，还可以根据比赛中关键技术动作进行检索，并可进行分类筛选工作。
基于内容的视频搜索是当前多媒体数据库领域的一个重要研究方向，它通过对非结构化的
视频数据进行分析处理，转换成结构化信息并进行标记，视频中的文本信息和当前视频内容紧密相关，对内容的理解起提示作用，同时，结合文本信息，能够大大提高视频搜索的准确率[9]。建立体育比赛及训练视频分类管理数据库首先要满足数据库对视频文件的处理要求，视频数据包含的信息量庞大，包含了文本、图像、声音等多种数据类型，要对各种数据进行统一管理需要解决好数据的组织与存储方法，要保证各种复杂数据之间对象的一致性和完整性，保证图像和声音信息的同步性[5]。同时，体育比赛的视频具有自身的特点，大多数体育项目的一场比赛视频中所包含的关键点较多。以体操比赛为例，一场跳赛有十几名队员出场，每个人跳2次，1 h左右的视频中至少要标记20～30个时刻点，需要记录该时刻的运动员名字、动作、得分等信息，自由体操等其他项目还要记录每套动作的动作组合，关键时刻标记点可能多达上百个，而其他类型的视频文件很少需要在同一视频中标记这么多关键点。影像资料管理方面的软件和数据库在诸多领域应用广泛，尤其是媒体管理和各类安全监控等方面。市场上现有的大部分视频数据库软件基本上是按时间或文件名、文件属性等检索的，把视频文件几乎当作普通文档一样数据库管理的，如百度视频、Youtube、土豆网、酷6、优酷等视频网络以及医学影像[1]等；安全监控录像则是按照视频的时间线性、发生地点等进行管理的。这些视频数据库管理和检索方式不适用体育训
练和比赛复杂、多样的特点。体育比赛的视频数据库，要求除了按照以上要求检索之外，还应该能按照视频所记录的比赛项目、时间、地点、级别、运动员姓名、成绩、关键的技战术动作等具体内容信息进行检索并准确定位到视频文件上的所在时刻。
在长期应用视频资料的工作中，一些体育工作者利用Access或 Excel等常用软件来管理资料。将连续的视频流划分为具有特定语义的视频片段并将其作为检索的基本单元，记录下视频名称、路径以及视频相关信息，然后，通过Access或 Excel表格建立超链接形成简单的数据库。比如，将某场比赛的每个运动员、每个动作单独截成一个视频，逐一录入数据库比赛信息、运动员、动作名称、视频路径等并建立超链接。这种方法简单但非常耗费时间，而且拷贝后由于视频路径变化，视频链也必须重新更改路径，所以，很难长期应用。还有一些研究人员开发了一些项目的单项数据库软件，张辉等对乒乓球技、战术视频数据库管理系统进行了研究[2，6，7]，赵传杰等建立了击剑比赛视频数据库管理系统[8]，孙若渔探析了冰球运动视频资源管理的语义化索引和检索方法[3]。这些研究，对于各自所研究项目的科研和训练起到了一定的作用。然而，以单项体育项目为目标进行研发的软件又限制了其应用的广泛性；他们的研究中，技、战术应用情况是重点，着重于单场比赛的技、战术分析。在以往的研究中，几乎都是针对关键视频片段的收集、处理和管理，很少有基
于比赛或训练视频进行视频管理、查询和输出关键视频片段的。前者收集和处理关键视频片段时往往会过滤和遗漏一些信息，而后者则能够建立包含比赛和训练视频所有信息的数据库。分割视频增加了大量处理视频的工作，视频文件存储空间增大，同时还破坏了整场观看比赛的连续性。对于视频查询结果，以往研究基本上是用软件播放或者单独拷贝视频片段的方式，本研究除了可以根据查询结果播放视频序列之外，还可以对所需视频集锦合成输出为一个视频文件，即使没有任何运动专业基础、没有该软件操作基础的人，也可以在任何电脑上播放观看。
表1 不同项目视频资料收集及分析情况一览表  收集比赛录像场次  数据库分析场次举重  84 60体操  128 24乒乓球 20 5摔跤  14 8
2 研究对象与方法
2.1 研究对象
以体育比赛及训练的数字视频文件为主要研究对象，确定以举重、体操、乒乓球、摔跤4个项目为重点项目编写视频数据库管理软件，建立这4个项目的视频管理数据库模板（表1)。同时，本研究以举重、体操项目为例，收集大量该项目的视频资料并建立其视频数据库。
2.2 技术路线
图1 视频资料收集及分析技术路线示意图
2.3 研究方法
系统分析法：综合分析体育比赛和训练视频文件与普通视频文件的共性和其自身特点，完成视频分类管理数据库软件的整体设计思路和数据分析方式。体育比赛和训练视频文件中，关键信息点众多，提取、标记和归类关键信息点，从而使视频文件所包含的关键信息文本化。深入分析各类关键信息的递呈、因果、相同、排斥等逻辑关系，按照不同逻辑关系建立文本信息的联系，使大量具有时间线性的视频文件转化成一个具有不同联系的结构化信息网络——数据库。
通过文献查阅、专家咨询以及运动现场实践等方法，分别建立适用于举重、体操、乒乓球和摔跤项目特点的视频管理模板，并建立相应数据库。
采用C语言编程，基于SQL（Microsoft SQL Server)数据库技术进行数据库软件开发。
3 视频数据库的应用
3.1 软件运行环境
硬件要求：Intel奔腾IV以上处理器；最少1 GB内存；硬盘空间：200 G以上；独立显卡；1394视频采集卡；声卡及音箱。计算机配置的越高处理速度越快，因为处理大量的视频文件用内存和CPU较多，而且视频文件占用计算机存储空间较多，随着视频资料的增多对硬盘空间要求较大，最好能够使用海量存储设备。
软件要求：Window s XP SP1以上操作系统，Microsoft SQL Sever2000简体中文企业版数据库软件；Nero光盘刻录软件和Snagit截图软件等相关软件（以上2种软件的版本不限)。
3.2 举重视频数据库的建立过程
应用 TacAnalysis体育比赛视频资料数据库管理软件，初步建立了举重项目近年来的视频资料数据库，共收集了举重2004年至2009年十运会、奥运会模拟赛、奥运会、队内模拟赛等14次国内、国际重要赛事的84场比赛视频。初步建立了体操、乒乓球、摔跤3个项目的数据库模型，为这几个项目建立视频资料数据库提供了较好的平台。下面以举重项目为例，说明 TacAnalysis体育比赛视频资料数据库管理软件的使用。

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