摘要：
研究目的：应用工业控制、计算机信息网络、多媒体、图象处理和现代通讯等技术建立体育训练数字化远程监控系统，提高体育训练管理水平和运动队的运动成绩。
研究方法：行动法，利用成熟的系统技术，根据体育训练实际需要设计体育训练数字化远程监控系统，并实施系统建设，通过系统的推广应用达到研究目标。
关键词：
体育训练 远程监控 计算机信息网络 多媒体 图象处理
广东省体育运动技术学院（下面简称学院）是广东省主要的体育训练基地，具有训练场馆众多、分布面广等特点。为了加快学院的信息化建设步伐，提高训练管理水平和运动队的运动成绩，广东省体育运动技术学院联合广东省信息中心，根据学院现有计算机信息网络应用的实际情况，利用工业控制、网络多媒体、图象处理和现代通讯等技术，结合学院现有场馆的训练管理需要和各运动项目训练教学的要求，设计并实施了一套体育训练数字化远程监控系统（下面简称系统）。
本系统采用了由图象处理系统和网络传输及远程监控系统两大部分组成的融现场图象分析、网络传输、远程监控等功能为一体的系统。目前已实现的功能包括训练场馆实时远程监控、训练动作现场播放和实时回放、图象网络传输系统主设备的远程集中控制、远程开关机控制、网上图象接收用户管理等功能。并可扩展至主控中心和子系统控制室之间通过计算机信息网络实现数据共享和通话功能。通过添加大容量储存设备、语音系统等，即可实现磁带库集中备份管理、消防联动报警、门禁管理、IP语音电话、会议电视等先进功能。
本系统具有如下特点：
（1）先进性
高起点，采用最新的图象处理技术和现代通讯技术，支持28.8K --2Mbps (PSTN, E1, DDN, ISDN, LAN, 无线网络等) 带宽的数据网络传输及在线式远程监控系统应用要求。
（2）实用性
在先进性的基础上坚持与实用相结合，充分利用现有计算机信息网络资源，按业务发展需要对系统配置进行逐步投入，总体投资费用低。
（3）开放性
采用国际标准，保证系统有较强的拓展能力，可广泛应用于体育系统、教育系统、公安系统、消防系统、电力系统、电信系统等领域，实现各领域作业环境的集中监控管理，对工作现场和设备的运行环境进行实时的监控、监测，实现故障告警的联动、记录、图象的切换和告警数据的统计处理，最终实现远程场景的有效监控。
（4）可扩充性
可随着系统应用的增长而扩充、升级。保证系统在原有基础上扩展，避免推倒重建的浪费。
（5）可靠性
图象数据有较高的保密性， 易于管理和恢复。
（6）安全性
有较强的分级安全保护功能，不同运动项目可实时远程监控各自的训练情况。
一、系统设计
1．本系统设计原则如下：
（1） 根据学院现有计算机信息网络应用的实际情况，结合训练管理人员、科医人员和各运动项目教练员、运动员的需求，参照有关标准规范和技术建议的规定进行设计，依次满足以下三个应用要求：
A、建立监控网络系统，将所有场馆纳入监控中心的集中监控范围内。
B、方便训练管理人员和科医人员通过网络观察各场馆的训练情况。
C、提供图象信号给各运动项目教练员、运动员现场分析训练动作、资料储存等。
（2）应用成熟的系统技术，确保采用的设备和技术先进、可靠，可操作性强，易维护，并能适应以后的技术发展和系统扩容。
（3） 材料选择满足机电工程标准的性能技术指标要求。
2．设计采用的技术标准和资料：
（1）《建筑安全防范设计及施工》。
（2）工业电视系统工程设计规范 [GBJ115-87]。
（3）彩色电视图象传输标准 [GB1583-79]。
（4）民用闭路监视系统工程技术规范 [GB50198-94]
（5）通信局[站]电源系统总技术要求 [邮电部暂行规定XT005-95]。
（6）计算机站场地技术条件 [GB2887-89]。
（7）计算机软件质量保证及配置管理计划规范[GB/T12504-12505-90]
（8）计算机软件开发规范 [GB8566-88]。
3． 系统结构设计
根据学院训练场馆和现有资源的分布特点，采用分布式系统结构，具体规划如下：
（1）学院目前有19个训练场馆和3个训练管理人员、科医人员办公点（1号楼、2号楼、6号楼），均与已建成的以Cajun系列交换机为基础的计算机信息网络连接，现将22个监控对象按地理位置和实际情况规划组合成10个本地监控子系统（未来可以按需要进行再扩充）。
（2）本地监控子系统都以一台或多台图象网络发送主机为核心设备，通过Cajun系列交换机连接到学院的计算机信息网络，将各监控子系统的图象信号通过计算机信息网络送往各控制点。
（3）学院共设置9个控制点，以6号楼三楼的网络中心为控制中心，其它8个为分控制点。
下图是本系统结构设计连接图（以交换机接点为中心，图中圆圈为本地监视子系统包含的范围）：
分布图说明：略
（1）举重馆子系统：含女子举重馆S8、男子举重馆S9、羽毛球馆S10
（2）体育馆子系统：含东北门P1、车棚P2、网球场S12、体育馆S11
（3）体育医院子系统：含体育医院、东南门P3
（4）游泳馆子系统：含游泳馆S14、武术馆S13
（5）跳水馆子系统：含跳水馆S16、水球馆（含花泳队）S15
（6）乒乓球馆子系统：含乒乓球馆S6、S7
（7）棋队子系统：含棋队S4、一号足球场S3、田径场S5
（8）体操馆子系统：含体操馆S17
（9）技巧馆子系统：含技巧馆S18、击剑馆S19
（10）篮球、排球子系统：含排球馆S1、篮球馆S2
本系统结构设计的优点是：
（1）体现了分布式系统结构的“分散监控，集中管理”的思想，系统中任何一个本地监视子系统出现故障不会影响到其它系统的正常运行，系统中所有信息都可以进行集中管理与记录。
（2）利用了学院现有的计算机网络资源，节省了投资。
（3）采用了先进的图象网络传输技术，使大规模的监控网络得以可靠运行，实用性很强。
（4）利用网络数据库技术，可将本系统的功能进一步提升，建设成为一个更为强大的具有图象处理、记录、查询、分析等功能的综合管理系统。
4．网络监控示意图：
下图为各监控现场和9各个控制点连接的监控示意图：略
5． 系统设备构成：
（1）现场图象采集设备（以举重馆为例）：
（2）现场图象观看、控制、录象、回放分析设备（以举重馆为例）：
（3）子系统监控室控制和传输设备：
本地监控子系统监控室主要采用一体化发送主机、监视器等设备组成。它的设置是以Cajun交换机分点为中心，按照地理位置把邻近Cajun交换机分点的场馆组成本地监控子系统。安装于各个场馆的摄像机把视频信号送入视音频矩阵或切换器，经初步处理后送入发送主机，实现监控的同时，通过计算机信息网络发送到远端的控制中心或控制点。
（4）控制中心和各控制点设备：
控制中心和各控制点的图象接收端主要由多媒体电脑作为接收主机，分别配置在1号楼、2号楼和6号楼等9个控制点，其中6号楼三楼的网络中心设为控制中心，配置多台接收主机，同时监控各现场情况。
（5）系统其他附加设备：
电源、计算机信息网络及视频信号防雷器、UPS、机柜等。
6．训练现场设计说明
根据本系统的设计原则，本系统是建立在计算机信息网络传输的基础之上，同时各监控现场各自独立，互不影响，其设备配置遵循“由简单到复杂，由整体基本监控到局部应用深化”的步骤。以举重馆为例说明略
A、利用2台一体化球型摄像机（内含云台控制器）作为监视系统的图象采集设备，分别观看男、女馆整个环境。
B、多媒体矩阵（16进8出），可以达到通过计算机信息网络控制摄像机云台的要求，用于图象信号切换。
目前视频输入至少6个，可在未来需要时再扩充。
目前视频输出为5个，每一个都可以设置为任意的视频信号，其用途为：
（a）接入发送主机，使监控图象在网络上传输；
（b）举重男馆同时接入监视器可观看现场情况；
（c）举重女馆同时接入监视器可观看现场情况。
C、将举重馆的多媒体矩阵连接到监控室的发送主机，供控制中心和各控制点远端观看现场图象信号并进行信号切换和控制。
现场配置带视频压缩卡的多媒体电脑，代替现场监视器，做到监控图象实时播放，即时回放，同时还做到控制摄像机、反复录象、高清晰回放、动作图片分析等功能。
根据教练员、运动员训练教学的要求，在重点的训练位置上增加固定摄像机，从正面、45°侧面等不同的角度对重点运动员的训练动作进行录象。
A、增加画面分割器设备，现场多媒体电脑可以扩展为多路数码摄像机，现场可反复观看、分析动作。
B、在以上的配置基础上，还可另外增加精密仪器或应用软件，利用摄像机等设备的配合，对训练的测试数据如目标距离、瞬间速度和运动轨迹等进行科学分析。
7．系统功能说明
（1） 训练场馆现场训练辅助软件功能说明
A、训练场馆现场训练辅助软件运行在WIN95中文版上，操作简单，易学易用。
B、训练场馆现场通过监视器可同时显示本地多个画面或轮流显示单个画面，方便观看各路摄像机的情况。
C、通过键盘的操作，教练员可以对摄像机的云台、镜头等进行控制。
D、现场图象实时播放，图象象素达720×576，近似于DVD 画面质量。
E、多媒体电脑硬盘实时进行录象、即使回放观看，图象资料随意储存，方便进行动作分解分析。
（2）监控子系统图象发送主机功能说明
发送主机作为监控系统的核心设备，其功能有：
A、责接收各场馆摄像机送来的视频信号（可多路接入）。
B、负责本地视频信号的数字化处理、显示、记录或报警处理。
C、执行本地或远端指令，控制各现场摄像机的云台镜头运动。
D、通过交换机与学院计算机信息网络的连接，实现信号远程传输。
E、接收监控中心指令，可以远程开机、关机，实现无人值守。
（3）监控中心及控制点接收软件的功能说明
在多媒体电脑上运行接收端软件，实现图象的远程接收和监控，其主要功能有：
A、图象的远程接收端软件运行在WIN95中文版上，操作简单，易学易用。
B、接收端可以看到各训练场馆的实时状况（MPI）和保安监控区域的情况，操作员可以通过鼠标选择图象循环监视，也可以选择定点监视。
C、通过电脑观看和操作，并可以同时使用其他程序，互不干扰。
D、通过鼠标可以任意切换选择信号，任意调焦距和角度，还可以控制云台转动，调整图象方位，方便快捷。
E、视图效果可以做到图象满屏显示，也可以任意调整窗口大小；色彩丰富，画面细腻，失真度少。
F、数字化录象，可将各处的信号选择录制在接收端计算机的硬盘上，可看现场的同时看录象，实现真正同步多功。
G、录象回放，可任意搜索，查询方便，前进/后退，定格静态，逐帧观看。
H、定时录象，可以按照日程安排，预先设定录象时间和录象时长，自动硬盘录象；这样，即使错过当时情况，以后也能调用录象文件以观看信号。
I、多功能运行,通过先进数字化技术处理，能同步运行多项功能，例如数字化录象、多路画面现场显示、警报点监察等。
J、一台发送主机可以满足多人同时上网收看现场的情况，可以广播，也可以组播或单播。即所有的接收端可以同时观看某路信号，也可以各自选择不同的信号，或将特定的信号指定给特定的接收者收看。
K、可以设置控制权限，方便内部管理；管理人员都被授予一定权限，每个操作员只允许操作和观看自己规定权限范围的设备，对于与自己无关的设备不具有操作能力。
L、扩充功能，接收端可设在学院以外，经过授权通过电信部门的线路收看学院内的监控情况。
（4）网络功能扩展说明
监控中心和子系统监控室之间可通过计算机信息网络实现数据共享和通话功能。通过添加设备，可以实现磁带库集中备份管理、消防联动报警、门禁管理、IP语音电话、会议电视等先进功能。
二、系统实施
按照上述系统设计的要求，本系统的实施分二期工程进行，具体如下：
第一期，监控现场具体安装配置
包括19个训练场馆、3个安全监视点共22个监控现场。每个监控现场先设1路摄像机，再根据各现场的具体需要配置多路摄像机、多媒体视频矩阵、多媒体电脑及图象控制、网络传输应用软件。
第二期，系统骨干网络建设
将19个训练场馆、3个安全监视点组成10个监控子系统，设置10个监控室，每个监控现场都与就近的监控室连接。各监控室配置1台或多台发送主机，将现场的图象信号通过学院计算机信息网络送到1号楼、2号楼及6号楼等9个控制点。同时，对9个控制点的设备进行安装配置。
三、系统测试
1．系统主要技术指标如下：
本地：视频图象实时播放，图象象素达702X576（近似DVD 画面质量）
网络：视频图象实时播放，图象象素达352X288（VCD 画面质量）
编码方式：MPEG-1或H.261硬件编码
传输速率：64Kbps-2Mbps
图象分辨度：标准CIF（Common Image Format）格式
PAL：352*288
传输协议：支持TCP/IP协议，支持MultiCast方式
图象速率：64Kbps-384Kbps为7-20帧/秒，400K-2Mbps为 25帧/秒
解码方式：MPEG-1/H.261软件解码
图象显示：YUV真彩色
控制功能：支持云台、镜头、视频切换距阵、画面分割器的远程控制
报警开关信号的远程采集
2、测试内容
第一部分，测试本地图象处理系统
系统软、硬件测试环境：
四、系统管理与推广
本系统由学院的信息主管部门统一进行管理与推广，并由各有关的业务部门进行配合应用。信息管理部门为系统配备两类管理人员，并授予相关的工作范围与职责，具体如下：
中心系统管理员：来自信息主管部门，负责整个系统的日常管理、维护和应用推广。
子系统管理员：来自各业务部门，接受中心系统管理员的统一协调，负责各自子系统的日常管理、维护和应用推广。
同时，信息主管部门分别对各类管理员进行了系统使用、维护等技术培训，并组织管理员对系统使用人员开展集中培训、分散指导、技术支持等工作，为系统的日常运作提供有效的保障。
五、系统应用总结
本系统既方便了学院教练员进行训练指导、记录资料等工作，也方便训练管理人员在远程对各训练场馆进行监控管理、及时掌握各运动队的训练情况，同时还能为科医人员提供用于科研的训练图象、数据等资料；而对于运动员来说，可通过该系统即时观察自己及其他队员的训练动作情况并进行比较、分析，及时加以改正，为提高自身的运动成绩提供了帮助。自系统实施应用以来，受到了学院的训练管理人员、科医人员和各运动项目教练员、运动员的肯定及好评，为学院提高训练管理水平和运动队的运动成绩发挥了积极作用。
参考文献：
[1] 周明天，TCP/IP 网络原理与技术，清华大学出版，1993年12月
[2] ISO/IEC 11172 MPEG运动图象压缩编码标准，机械工业出版社，1995年3月
[3] Marcus Goncalves & Kitty Niles，IP MultiCasting Concept and Application，McGraw-Hill,1999
作者简介：
高志强，1975年生，男，汉族，广东人，广东省体育运动技术学院助理工程师
联系地址：广东省广州市大通路28号广东省体育运动技术学院办公室 (510100)
联系电话：020-87352837（办）
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