曲棍球視頻仲裁系統的設計與實現

霍科林王寶成李珊

1. 廣州體育學院運動與健康系 2. 北方工業大學

曲棍球視頻仲裁系統的設計與實現

霍科林1王寶成2李珊2

1. 廣州體育學院運動與健康系 2. 北方工業大學

公平公正是競技體育的靈魂，根據曲棍球視頻征詢的規則和規程，結合計算機高清視頻數據的采集、存儲和遠程傳輸技術，實現多角度、全方位地記錄賽場比賽情況，重點是23米線尤其是射門弧內區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還原征詢時刻賽場的動作與聲音，為視頻裁判提供判罰依據。系統的研究與應用，可以為國家隊隊員在征詢的時機、內容，比賽節奏的控制以及技戰術等方面積累經驗，全面提升國家隊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

競爭是體育運動的標志性特征，公平競爭是體育運動的基本法則，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，近兩年來國際曲聯在重大國際比賽中啟用了視頻裁判，對避免場上的錯判漏判提供了重要保障。比賽數據說明即便國際裁判也難免錯漏，且次數也不少，啟用視頻裁判新規則確實可以提升比賽的公平性。

《2013曲棍球競賽規則和規程》附錄14中的征詢程序規定：

6．視頻裁判員可以多次要求從各個角度重放視頻，以便得出結論。

7．視頻裁判員在最短的時間內提出自己的看法和建議：

——“進球”（Goal）；

——“沒有進球”（No Goal）；

——“無法判斷”（No Advice Possible）；

——對觀察到的犯規所提供的建議。

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

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

上述規則對保障視頻征詢權力提出了系統的要求，目前只有國際大賽中才由電視轉播車提供服務和保障，由于成本昂貴，一般比賽沒有相應的技術和設備。

自2010年阿根廷世界杯啟用視頻征詢以來，根據國際曲聯對視頻裁判工作的統計數據顯示，國際強隊視頻征詢的成功率高于其它隊伍。而中國國家隊參加國際綜合賽事經常會出現不適應視頻裁判，不知道怎么提出征詢或者提出征詢找不到關鍵點等情況，這必然會導致比賽很被動，比賽情緒和心理都受到影響，進而影響比賽成績。

因此，建立一套在國內比賽中使用的曲棍球比賽視頻仲裁系統迫在眉睫。利用計算機視頻技術了解對手的技、戰術信息，及時反饋給教練員和運動員，以便采取針對性訓練，從而提高運動成績，在國內外已經得到大量應用。但利用視頻技術進行視頻征詢的應用和研究相對較少，目前基于視頻征詢規則的簡易便攜的仲裁系統在國際上還是空白。

2 系統設計與實現

在競爭日益激烈的全球一體化體育環境和知識經濟背景下，“曲棍球視頻仲裁系統”將立足于軟件系統國產化的開發研究，應用于曲棍球及各種比賽中，以賽代練，依靠科學的管理和先進的技術打造競爭內核，實現曲棍球事業的可持續性發展。

（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23米區域尤其是射門弧內的短角球、點球、進球等爭議進行準確、公正地仲裁；

（2）將仲裁視頻存儲于網絡仲裁檔案庫，用于裁判員的值場考核以及賽后的訓練和教學等；

（3）發布賽場資訊（比賽成績、技術統計等）以及最佳進球、最佳配合、最佳短角球等視頻信息，與現場或網絡上的曲棍球愛好者共同分享曲棍球的精彩，在網絡時代彰顯曲棍球的魅力，促進曲棍球事業的進一步發展和普及。

2.1 部署設計

圖1 曲棍球比賽視頻機位圖

參考國內、國外的比賽場地，比賽場地示意圖如圖1所示。視頻仲裁系統將在比賽場地部署4－6個視頻采集點：

（1）1、2兩點為比賽場地的攝像臺，高度5米左右，架設兩臺攝像機，由攝像人員全程跟拍；

（2）3、4兩點為觀眾區和工作區，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、4兩點可架設兩臺固定高清攝像頭，視頻裁判室部署一套視頻仲裁系統；

（3）5、6兩點須搭建5米左右的高臺才能進行視頻采集，架設兩臺固定高清攝像頭；

（4）各采集點的HDMI視頻數據首先轉換成網絡信號，通過網線傳輸到視頻裁判室，然后再轉換成HDMI視頻數據進入視頻仲裁系統。

（5）采集和回放使用DirectShow技術，方便開發及升級（如采集設備變化，只需更新相關模塊）。采集數據，暫時自定義文件格式保存，可保證播放效率。以后可導出為通用媒體文件如avi等。

2.2 系統組成

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

圖2 系統組成圖

2.2.1 視頻采集終端

2路高清攝像頭，4路標清攝像頭及麥克風。

2.2.2 視頻傳輸線

傳輸線包括：HDMI線、網線、光纖、光端機等。長度為150米到200米。

2.2.3 視頻匯聚服務器

仲裁項目的服務器，內置視頻采集卡硬件和仲裁系統軟件。

2.2.4 液晶顯示器

通過VGA接口顯示軟件界面。

2.3 功能設計

第一，項目菜單至少應該含有以下功能：

（1）新建采集項目

（2）回放已有項目

（3）保存項目

（4）關閉項目

第二，攝像機視頻信號傳入系統可實時播放，畫面延遲時間短（控制在10秒內），并且同步存儲所有攝像機錄像至系統內。

第三，在比賽出現征詢時，可以快速標注視頻片段，并可以提取任一臺攝像機視頻片段進行播放、慢放、回放及逐幀播放等。

第四，標記欄中，可手工添加并輸入描述信息（如00:23:40-00:24:00進球得分）。并對已有信息進行修改、刪除等操作。雙擊已有的標記信息，回放窗口將自動跳動到該標記的起始時間，并開始播放?？筛鶕擞浶畔⒌钠鹬箷r間，導出相應的視頻片段。

第五，提示信息欄，顯示對用戶的提示信息。

第六，播放控制欄，提供播放、暫停、慢放、倒放等控制功能。

第七，時間進度條，顯示回放窗口的當前時間和總時間，提供Seek功能。

第八，實現視頻征詢片段的快速轉換、導出、上傳到網絡仲裁檔案庫。

第九，比賽成績錄入，技術、戰術統計。

2.4 詳細設計

2.4.1 架構設計

圖3 架構設計圖

2.4.2 工作流程

第一，新建采集項目流程（圖4）

第二，打開已有項目流程（圖5）

第三，關閉項目流程（圖6）

圖4

3 系統應用分析

通過多次比賽和訓練中視頻仲裁系統的應用，運動隊、裁判員、視頻裁判及錄像人員對關于系統都有了一定的了解和實施的“經驗”，從整個項目實施的過程來看主要在以下方面對國家隊訓練和比賽提供了經驗積累：

3.1 從運動隊（國家隊）方面，以賽代練，積累了征詢經驗

競賽是訓練的最好檢驗，是扮演杠桿的角色，通過競賽，隊伍對視頻征詢的程序有了進一步的認識和提高。

3.2 從裁判員方面，熟悉了國際通用的判罰尺度

在隊員對判罰有異議的時候一定先與另一名裁判員溝通，另一名裁判員要主動配合。提高判罰的準確性，同時反饋給隊員，鼓勵正確的征詢，使得國內教練員裁判員熟悉國際通用的判罰尺度，從而掌握了國家隊技術動作的標尺。

3.3 從視頻裁判方面，規范了征詢程序

視頻裁判作為征詢的最終判罰者，通過視頻的回放、慢放等，要嚴格按征詢程序去執行，維護判罰的公正，同時要把判罰依據反饋給隊伍，把征詢成功或失敗以及經驗教訓反饋給國家隊，用于指導訓練。

圖5

圖6

視頻征詢不是萬能的，它確實能降低一些重大判罰的失誤率，但雙方隊伍一旦征詢失敗一次，將失去征詢權，可能會對后面比賽的關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機和征詢內容則可能成為影響比賽成敗的關鍵，而仲裁系統正是為了提高國家隊重大比賽中的征詢成功率而設計研發的系統。

實踐證明，通過大量的比賽和訓練視頻征詢數據以及運動隊、裁判員、視頻裁判各方面的經驗積累，國家隊隊員能夠做到理智地對待判罰失誤，準確地把握征詢時機，有效合理地控制比賽節奏，最終為比賽的勝利提供了戰略戰術支持，在視頻工作保障方面走在了世界前列。

4 總結與展望

曲棍球仲裁系統可以全方位的記錄賽場情況，真實的還原賽場的動作與聲音，不僅具有單獨觀看一個鏡頭，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間，較快速的導出清晰視頻等，達到了預期的成果。

曲棍球仲裁系統未來還可以利用大數據為曲棍球項目建立一個綜合平臺，讓教練員、運動員在這個平臺上能夠分析和研究世界優秀技術、自己運動員的技術變化，各類針對性戰術、以及國內外專家對項目的認識和理解、科研人員的科研成果等方向對奧運攻關的成果以專項系統的形式進行總結和分類，建立曲棍球項目的專項平臺和數據庫，從而為科學化訓練提供較好的資料分析發展方向上的指導。

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[2]唐玉成.曲棍球項目專項特征研究[J].體育科學研究.2011(3)

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