曲棍球视频仲裁系统的设计与实现

霍科林王宝成李珊

1. 广州体育学院运动与健康系 2. 北方工业大学

曲棍球视频仲裁系统的设计与实现

霍科林1王宝成2李珊2

1. 广州体育学院运动与健康系 2. 北方工业大学

公平公正是竞技体育的灵魂，根据曲棍球视频征询的规则和规程，结合计算机高清视频数据的采集、存储和远程传输技术，实现多角度、全方位地记录赛场比赛情况，重点是23米线尤其是射门弧内区域的多路视频同屏显示，并通过重放、慢放、回放及逐帧播放等真实还原征询时刻赛场的动作与声音，为视频裁判提供判罚依据。系统的研究与应用，可以为国家队队员在征询的时机、内容，比赛节奏的控制以及技战术等方面积累经验，全面提升国家队在国际大赛中视频征询的成功率。

曲棍球 征询 视频裁判 HDMI 仲裁

1 引言

竞争是体育运动的标志性特征，公平竞争是体育运动的基本法则，公平公正更是竞技体育的灵魂。为了保证曲棍球比赛判罚的公平公正，近两年来国际曲联在重大国际比赛中启用了视频裁判，对避免场上的错判漏判提供了重要保障。比赛数据说明即便国际裁判也难免错漏，且次数也不少，启用视频裁判新规则确实可以提升比赛的公平性。

《2013曲棍球竞赛规则和规程》附录14中的征询程序规定：

6．视频裁判员可以多次要求从各个角度重放视频，以便得出结论。

7．视频裁判员在最短的时间内提出自己的看法和建议：

——“进球”（Goal）；

——“没有进球”（No Goal）；

——“无法判断”（No Advice Possible）；

——对观察到的犯规所提供的建议。

如果视频裁判员提示了所观察到的犯规，场上裁判员可综合考虑犯规情况后做出最终判罚。

在比赛队征询程序第9条也提出了视裁判员可以多次要求从各个角度重放视频，以便得出结论。

上述规则对保障视频征询权力提出了系统的要求，目前只有国际大赛中才由电视转播车提供服务和保障，由于成本昂贵，一般比赛没有相应的技术和设备。

自2010年阿根廷世界杯启用视频征询以来，根据国际曲联对视频裁判工作的统计数据显示，国际强队视频征询的成功率高于其它队伍。而中国国家队参加国际综合赛事经常会出现不适应视频裁判，不知道怎么提出征询或者提出征询找不到关键点等情况，这必然会导致比赛很被动，比赛情绪和心理都受到影响，进而影响比赛成绩。

因此，建立一套在国内比赛中使用的曲棍球比赛视频仲裁系统迫在眉睫。利用计算机视频技术了解对手的技、战术信息，及时反馈给教练员和运动员，以便采取针对性训练，从而提高运动成绩，在国内外已经得到大量应用。但利用视频技术进行视频征询的应用和研究相对较少，目前基于视频征询规则的简易便携的仲裁系统在国际上还是空白。

2 系统设计与实现

在竞争日益激烈的全球一体化体育环境和知识经济背景下，“曲棍球视频仲裁系统”将立足于软件系统国产化的开发研究，应用于曲棍球及各种比赛中，以赛代练，依靠科学的管理和先进的技术打造竞争内核，实现曲棍球事业的可持续性发展。

（1）帮助曲棍球比赛改善仲裁手段，辅助视频裁判从多角度、全方位对23米区域尤其是射门弧内的短角球、点球、进球等争议进行准确、公正地仲裁；

（2）将仲裁视频存储于网络仲裁档案库，用于裁判员的值场考核以及赛后的训练和教学等；

（3）发布赛场资讯（比赛成绩、技术统计等）以及最佳进球、最佳配合、最佳短角球等视频信息，与现场或网络上的曲棍球爱好者共同分享曲棍球的精彩，在网络时代彰显曲棍球的魅力，促进曲棍球事业的进一步发展和普及。

2.1 部署设计

图1 曲棍球比赛视频机位图

参考国内、国外的比赛场地，比赛场地示意图如图1所示。视频仲裁系统将在比赛场地部署4－6个视频采集点：

（1）1、2两点为比赛场地的摄像台，高度5米左右，架设两台摄像机，由摄像人员全程跟拍；

（2）3、4两点为观众区和工作区，大概有3－4层楼高，并且有一排比赛的工作房间，需要保留一间为视频裁判室。3、4两点可架设两台固定高清摄像头，视频裁判室部署一套视频仲裁系统；

（3）5、6两点须搭建5米左右的高台才能进行视频采集，架设两台固定高清摄像头；

（4）各采集点的HDMI视频数据首先转换成网络信号，通过网线传输到视频裁判室，然后再转换成HDMI视频数据进入视频仲裁系统。

（5）采集和回放使用DirectShow技术，方便开发及升级（如采集设备变化，只需更新相关模块）。采集数据，暂时自定义文件格式保存，可保证播放效率。以后可导出为通用媒体文件如avi等。

2.2 系统组成

系统分为视频采集终端、视频传输线、视频汇聚服务器、仲裁软件、视频显示终端等几部分，系统组成如图2所示。

图2 系统组成图

2.2.1 视频采集终端

2路高清摄像头，4路标清摄像头及麦克风。

2.2.2 视频传输线

传输线包括：HDMI线、网线、光纤、光端机等。长度为150米到200米。

2.2.3 视频汇聚服务器

仲裁项目的服务器，内置视频采集卡硬件和仲裁系统软件。

2.2.4 液晶显示器

通过VGA接口显示软件界面。

2.3 功能设计

第一，项目菜单至少应该含有以下功能：

（1）新建采集项目

（2）回放已有项目

（3）保存项目

（4）关闭项目

第二，摄像机视频信号传入系统可实时播放，画面延迟时间短（控制在10秒内），并且同步存储所有摄像机录像至系统内。

第三，在比赛出现征询时，可以快速标注视频片段，并可以提取任一台摄像机视频片段进行播放、慢放、回放及逐帧播放等。

第四，标记栏中，可手工添加并输入描述信息（如00:23:40-00:24:00进球得分）。并对已有信息进行修改、删除等操作。双击已有的标记信息，回放窗口将自动跳动到该标记的起始时间，并开始播放。可根据标记信息的起止时间，导出相应的视频片段。

第五，提示信息栏，显示对用户的提示信息。

第六，播放控制栏，提供播放、暂停、慢放、倒放等控制功能。

第七，时间进度条，显示回放窗口的当前时间和总时间，提供Seek功能。

第八，实现视频征询片段的快速转换、导出、上传到网络仲裁档案库。

第九，比赛成绩录入，技术、战术统计。

2.4 详细设计

2.4.1 架构设计

图3 架构设计图

2.4.2 工作流程

第一，新建采集项目流程（图4）

第二，打开已有项目流程（图5）

第三，关闭项目流程（图6）

图4

3 系统应用分析

通过多次比赛和训练中视频仲裁系统的应用，运动队、裁判员、视频裁判及录像人员对关于系统都有了一定的了解和实施的“经验”，从整个项目实施的过程来看主要在以下方面对国家队训练和比赛提供了经验积累：

3.1 从运动队（国家队）方面，以赛代练，积累了征询经验

竞赛是训练的最好检验，是扮演杠杆的角色，通过竞赛，队伍对视频征询的程序有了进一步的认识和提高。

3.2 从裁判员方面，熟悉了国际通用的判罚尺度

在队员对判罚有异议的时候一定先与另一名裁判员沟通，另一名裁判员要主动配合。提高判罚的准确性，同时反馈给队员，鼓励正确的征询，使得国内教练员裁判员熟悉国际通用的判罚尺度，从而掌握了国家队技术动作的标尺。

3.3 从视频裁判方面，规范了征询程序

视频裁判作为征询的最终判罚者，通过视频的回放、慢放等，要严格按征询程序去执行，维护判罚的公正，同时要把判罚依据反馈给队伍，把征询成功或失败以及经验教训反馈给国家队，用于指导训练。

图5

图6

视频征询不是万能的，它确实能降低一些重大判罚的失误率，但双方队伍一旦征询失败一次，将失去征询权，可能会对后面比赛的关键判罚造成重要的影响，为了提高征询成功率，在紧张有序的比赛中是否能正确把握征询时机和征询内容则可能成为影响比赛成败的关键，而仲裁系统正是为了提高国家队重大比赛中的征询成功率而设计研发的系统。

实践证明，通过大量的比赛和训练视频征询数据以及运动队、裁判员、视频裁判各方面的经验积累，国家队队员能够做到理智地对待判罚失误，准确地把握征询时机，有效合理地控制比赛节奏，最终为比赛的胜利提供了战略战术支持，在视频工作保障方面走在了世界前列。

4 总结与展望

曲棍球仲裁系统可以全方位的记录赛场情况，真实的还原赛场的动作与声音，不仅具有单独观看一个镜头，暂停，终止，播放，添加描述信息等基本操作，还可以逐帧查找指定时间，较快速的导出清晰视频等，达到了预期的成果。

曲棍球仲裁系统未来还可以利用大数据为曲棍球项目建立一个综合平台，让教练员、运动员在这个平台上能够分析和研究世界优秀技术、自己运动员的技术变化，各类针对性战术、以及国内外专家对项目的认识和理解、科研人员的科研成果等方向对奥运攻关的成果以专项系统的形式进行总结和分类，建立曲棍球项目的专项平台和数据库，从而为科学化训练提供较好的资料分析发展方向上的指导。

[1]2013曲棍球竞赛规则和规程

[2]唐玉成.曲棍球项目专项特征研究[J].体育科学研究.2011(3)

[3]霍科林.第十二届全运会男子曲棍球技战术特点的研究.辽宁师范大学学报（自然科学版）.2016.12

[4]杨辉.体育视频中运动目标跟踪技术研究.自动化与仪器仪表.2016/06

[5]周建芳;吴茂昌;王凯西;张梦超.基于标注的体育视频管理系统的设计与实现.湖北体育科技.2014/09

[6]童年;牟艳;王灵利;张文.拳击竞赛仲裁服务系统设计与实现.微处理机.2016/04

[7]朱雷,孙璐.仲裁录像在综合性运动会中的应用[A].第九届全国体育科学大会论文摘要汇编(2)[C].2011

[8]韩建光.体育视频重点片段检测软件的设计与实现[D].北京邮电大学2009

[9]王耀东;杨卓.“视频回放”方法在排球技术教学中的应用研究.北京体育大学学报.2010/08