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智能化乒乓球專項技戰術：視頻分析軟件的研發

發布日期：2018-09-07 10:34:08

摘要：根據國家乒乓球隊技戰術視頻分析具體的需求，運用Visual Studio2015開發環境，采用C++開發語言，MFC框架結合MYSQL數據庫和XML，在Windows 10系統環境下，開發了智能化乒乓球技戰術視頻分析軟件。軟件主要由3個模塊組成：技戰術指標信息采集模塊，技戰術指標信息處理模塊和報告生成模塊。該軟件已成功應用于國家乒乓球隊，大大提高了技戰術采集與分析的工作效率，提高了工作準確率。該軟件的成本較低，有非常廣泛的應用前景和普及程度。

引言

中國乒乓球長盛不衰有很多制勝因素，其中科技手段的介入功不可沒。對于乒乓球發項目而言，對乒乓球運動員技戰術的分析與診斷是奧運科研攻關與科技服務的核心。吳煥群、張曉蓬建立的三段指標評估法是乒乓車球技戰術定量分析的基礎。近年來，國家乒乓球隊在原有紙質分析的基礎上，引入了國外的技戰術分析軟件，提高了技戰術分析的效率和準確性，但在視頻自動剪輯合成、乒乓球專業性等方面還有待于提高。國內科研人員近幾年也開始了對乒乓球的技戰術分析復軟件的開發，在功能上有創新與便捷之處，但并沒有實現靈活智能地視頻自動截取以及報告自動生成功能與產品化等。本研究旨在設計和開發一套智能化乒乓球專項技戰術視頻分析軟件，以滿足乒乓球運動實踐的需求。

1系統設計與實現

根據國家乒乓球隊技戰術視頻分析具體的需求，查閱文獻資料，運用VisualStudlio 2015開發環境，采用C++開發語言，MFC框架結合MYSQL數據庫和XML，在Windows10系統環境下，開發了專業乒乓球技戰術視頻分析軟件。軟件主要由3個模塊組成：技戰術指標信息采集模塊，技戰術指標信息處理模塊和報告生成模塊。

1.1技戰術信息采集設計與實現如圖1所示，技戰術信息采集設計與實現模塊由模板設計、時間信息采集、技戰術信息采集三部分組成。

1.1.1模板設計

1.技戰術信息采集設計與實現如圖1所示，技戰術信息采集設計與實現模塊由模板設計、時間信息采集、技戰術信息采集三部分組成。

1.1.1模板設計

在進行技戰術采集時，首先要根據采集需求設計技戰術模板。技戰術模板提供了開放式的應用環境，根據采集需求，可以靈活地設計模板內容。每一個模板都是一個技戰術體系，模板內容由局信息、比分信息、段信息、技術信息、得失分信息等詳細指標組在設計模板庫時，根據技戰術分析領域常用的方法總結并整理了常用模板并添加到了模板庫中。如，普通三段模板（如圖2所示）、動態三段模板、運動員個性化技戰術指標模板等。

1.1.2技戰術信息采集

在技戰術模板創建完成后，軟件根據模板中的屬性列，生成一個技戰術指標點選界面（輸入表）和一個技戰術指標顯示界面（顯示表）。如圖3所示，當選擇好輸入表中的內容后，所標記的每個球的技戰術指標會在顯示表中顯示出來。

1.1.3時間信息采集

在傳統的乒乓球技戰術采集系統中，為實現視頻的回看與定位，一般采用基于視頻時間的采集方式。

原有方法只能依靠第三方視頻截取軟件進行手動截取，手動截取不但會消耗大量時間并且會出現截取錯誤的情況。為了解決這個問題，本研究采用同時記錄開始和結束時間的方案，可以更加方便的截取視頻。軟件記錄了每一分球的開始時間和終止時間并和技戰術數據綁定，并結合視頻非線性編輯技術，實現視頻片段的自動截取與合成。

1.2技戰術信息管理設計與實現

技戰術信息管理模塊由技戰術信息存儲和技戰術信息處理兩部分組成，技戰術信息管理功能結構圖如圖4所示。

1.2.1技戰術信息存儲

為解決技戰術信息管理以及保存的合理性，本軟件在設計時采用MYSOL數據庫和XL雙重存儲的辦法。

通過使用MYSQL數據庫，將每一場比賽按照技戰術分析指標進行標記后，按照每場信息、每分信息和模板信息進行存儲，增加了數據存儲的安全性。為最終的整體數據匯總，查詢統計提高了效率，并為按不同技戰術指標有針對性的查詢、統計數提供了便捷。為實現數據共享，本軟件使用了XML的存儲方式。在XML中保存了模板的屬性關系信息，模板信息以及比賽信息，實現了不同電腦中的數據互通，彌補了本地數據庫數據不互通的缺點。

1.2.2技戰術信息處理

隨著乒乓球比賽數據采集量的增加，若處理方法不當就會使龐大的數據混亂，所以技戰術數據的處理方法就顯得尤為重要。本研究采用了多條件篩選以及多條件排序的方法來處理技戰術信息。

1.3數據分析與報告生成設計與實現在對乒乓球運動員進行技戰術分析與診斷過程中，對一場乒乓球比賽技戰術的標記只是完成了數據的采集工作，要在原始數據的基礎上進一步形成戰術分析報告。在以往的技戰術分析軟件中，沒有技戰術分析報告生成的功能，科研人員需要手動計算各項分析指標數據，并拷貝到Word文檔中，再進行排版，耗時較多。為解決上述問題，本軟件添加了自動計算數據和生成報告的功能，功能結構圖如圖5所示。

圖5報告生成功能結構圖

根據國家乒乓球男隊的實際需求，開發了常用報告模板，分為普通三段模板和動態三段模板。普通三段模板中又可分為一三板為發搶和一三五板為發搶兩種類型。當科研人員選擇對應的模板后，系統根據如下算法將結果填入到模板中，并自動生成分析報告。

2系統應用

2.1在線修改與維護

在軟件的使用過程中，不斷找出軟件的不足之處以及待完善的功能。通過在線修改與敏捷維護，結合國家乒乓球隊男隊科研團隊對軟件使用的反饋，第一時間修改程序，并對功能進行了改進，使本軟件更加適用于乒乓球技戰術的采集與分析。并根據使用情況，完善了操作不便之處，使軟件操作更加快捷、簡便。

2.2軟件應用與效果

國家乒乓球隊男人科研團隊用本軟件對百余場比賽進行了數據采集與分析，并以這些比賽建立了比賽信息數據庫。在采集百余場比賽的過程中，分別對模板庫，視頻自動截取和報告自動生成這三個創新功能進行了效果測試。

2.2.1模板庫應用效果

在百余場比賽采集的過程中，隨著比賽采集場數的增加，相同模板將會被重復使用多次。應用模板庫的功能，在采集有相同技戰術指標需求的比賽時，避免了重復建立模板。因此在整個技戰術采集過程中模板庫的設計與使用為模板的設計提供了方便，并節省了時間。

2.2.2視頻自動截取應用效果

在應用其他技戰術軟件采集時，需要借助第三方視頻截取工具截取視頻并需要觀看每一分球比賽進行手動截取。由圖6可知，手動截取視頻消耗的時間會遠遠大于比賽視頻本身的總時長，同時手動截取還存在截取錯誤的可能。本軟件添加了自動截取視頻的功能，所以在視頻截取時不需要科研人員手動截取，自動截取耗時明顯低于比賽視頻本身的總時長，并排除了截取錯誤的可能，提高了技戰術處理的效率。

2.2.3報告自動生成應用效果

如圖7所示，由百余場比賽報告生成的結果來看，在自動生成報告時，因為減少了計算數據的時間，并且提前設計好了報告模板，所以會降低生成報告的時間。

2.3.4軟件應用效果總結

針對以上三個創新功能的應用效果來看，在整個技戰術采集與分析的工作中消耗時間會比同類軟件有所減少，其中視頻自動截取功能和自動生成報告功能的添加為降低技戰術采集分析的耗時起到了明顯作用。

3結論與展望

3.1結論

應用本技戰術分析件能夠滿足對乒乓球技戰術采集、統計與分析的基本需求，在完成一些技戰術采集與分析中的基本功能以外，還完成了當前技戰術分析領域迫切需要的新功能。并根據目前國家乒乓球隊的實際需求對軟件進行了流程上的改進，使教件操作更加連貫，與其他的技戰術分析軟件相比，本軟件用有如下優勢和特點：

（1）針對乒乓球專項特色，在模板建立時本軟件不但保留了開放式設計模板的方法，而且添加了模板庫的來保存常用摸版。

（2）提供了檢查采集正確與否的功能，方便了技戰術分析報告可自動生成。

（3）應用非線性編輯技術，使軟件完成了視頻自動截取的功能，提高了技戰術數據處理的效率。

（4）通俗易值的中文界面，方便了我國教練員與運動員對本軟件的使用，更增強了本軟件在我國群眾層面的推廣性。

3.2展望

本軟件還有以下幾個方面需繼續加強：

（1）截取的視頻壓縮率低，導致視頻文件體積大，需要提高壓縮率。

（2）使本軟件兼容更多視頻播放和保存格式。

（3）繼續研究技戰術自動識別技術，從而增加技戰術采集與分析效率。

（4）在不斷地使用過程中，繼續完善代碼，改正一些不預期出現的錯誤。

（5）使本軟件產品化，并推廣到基層，如乒乓球省隊和地方體育院校。

（6）使本軟件技戰術分析方法推廣并應用于其他球類的技戰術分析中。

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