CN108926829A - 一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，包括设置于健身器材上方附近的摄像视频捕捉单元，摄像视频捕捉单元依次与图像分析处理单元、控制单元和运动数据库单元连接，控制单元还和多个视频播放单元连接，视频播放单元分别和视频文件存储介质、显示屏连接，控制单元还和设置于健身器材跟前的交互操作单元连接，本发明还公开了一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，本发明解决了现有技术中存在的实景运动视频播放速度和人体运动速度难以匹配，无法带来视觉真实体验的问题。

Description

一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统和控制方法

技术领域

本发明属于健身场所运动图像的分析处理技术领域，具体涉及一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，本发明还涉及一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法。

背景技术

传统的健身场所跑步机、自行车等运动器材锻炼时间稍长，90％的人会感到枯燥，导致运动感受变差。

为了提高锻炼人员的感受，一种方法是安装电视，播放一些视频文件，缺点是屏幕小、分辨率低、播放内容和锻炼者本身没有关联，运动感受基本没有改变。

为了提高锻炼人员的感受，另一种方法是做成一体化的跑步机，相对封闭的空间里，增加屏幕，播放一些视频文件，缺点是屏幕小、分辨率低、视频播放和特定的跑步机是一体的，空间小，运动感受基本没有大的改变。

为了提高锻炼人员的感受，较新的一种方法是与VR技术结合的跑步机，需要佩戴VR眼镜、身上佩戴各种传感器，并通过一些固定装置固定在特定的狭窄区域，虽然增强了场景的真实感，但是运动者身体收到束缚，VR眼镜较重，不适合长时间佩戴、视频播放和特定的VR跑步机是一体的，运动感受提升不大。

发明内容

本发明的目的是提供一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，解决了现有技术中存在的实景运动视频播放速度和人体运动速度难以匹配，无法带来视觉真实体验的问题。

本发明的另一目的是提供一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，包括设置于健身器材上方附近的摄像视频捕捉单元，摄像视频捕捉单元依次与图像分析处理单元、控制单元和运动数据库单元连接，控制单元还和多个视频播放单元连接，视频播放单元分别和视频文件存储介质、显示屏连接，控制单元还和设置于健身器材跟前的交互操作单元连接。

本发明第一技术方案的特点还在于，

图像分析处理单元和控制单元均采用RK3288/RK3399芯片实现相应功能，视频文件存储介质为大容量硬盘。

本发明所采用的第二技术方案是，一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，基于一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，具体按照以下步骤实施：

步骤1、安装健身器材，首次安装时进行标高处理，确定人员在运动器材上的静止高度数据作为基本身高数据，以备后续其他人员的身高计算，然后通过摄像视频捕捉单元获取健身器材上的实时人体运动图像，图像分析处理单元对人体运动图像连续帧通过差分法获取人体运动图像波形，通过波峰波谷计算变化频率f，进而得出当前人体运动速度V；

步骤2、控制单元根据用户在交互操作单元选取的运动项目选项确定视频文件和相应的播放起点，然后控制单元给各视频播放单元下发播放路线和播放起点信息；

步骤3、控制单元根据步骤1得到的运动速度给各视频播放单元下发播放速度，各视频播放单元根据当前人体运动速度V以相应的速度播放视频文件，通过显示屏显示。

本发明第二技术方案的特点还在于，

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、视频流获取，读取连续三帧n，n+1，n+2；

步骤1.2、然后进行RGB图像灰度化处理和二值处理；

步骤1.3、通过边缘检测法，获取运动人员边缘图像的最高点：即将n+1、n及n+2、n+1帧两两相减，将两两相减的结果再相减，得到轮廓，以这样的方式连续计算一定时间内的连续图片，得到m个获取运动人员轮廓图像，计算每幅图像像素点最高点的坐标；

步骤1.4、通过确定时间内连续帧之间运动人员最高点坐标上下波动变化的计算，获取运动人员最高点坐标上下起伏的频率和幅度，幅度以像素数计量；

步骤1.5、根据运动人员的最高点与最开始得到的基本身高数据的比较，获取运动人员的身高数据；

步骤1.6、根据优化的身高-频率算法计算运动人员的运动速度。

步骤1.6具体如下：

首先根据运动最高点的数据与身高数据的比较，判断是否是低速运动，对于低速运动，假设低速速度为V0；对于非低速运动，根据如下公式计算相应的速度值：

V＝k*h*f

其中，V表示非低速运动速度，h表示运动人员的身高，f表示运动人员最高点上下起伏的频率，k是修正系数，k与上下起伏的幅度变化有关，以像素数表示，具体对应关系如下：

式中，3≤f₀≤6，

13≤f₁≤16，

23≤f₂≤27，

33≤f₃≤37，

0.1≤k₁≤0.3，

0.25≤k₂≤0.45，

0.35≤k₃≤0.55，

0.42≤k₄≤0.62。

步骤3具体如下：

控制单元将步骤1.6得到的运动速度定期发送到视频播放单元，并判断当前视频播放速度与控制单元发送至视频播放单元的速度是否相等，如果相等，选择相应播放速度刷新当前速度，如果两者速度不相等，则控制单元定期发送帧同步信号，使视频播放单元与帧同步信号对齐当前播放帧号。

本发明的有益效果是，一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，这种系统与具体的运动器材的品牌没有耦合关系，增加了运动器材的选择范围，降低了器材成本；并可使用性价比高的大屏幕电视作为视频显示装置，提升了感受，降低了显示成本。另一方面，由于该系统与具体运动器材没有耦合关系，增加了随意组合的灵活性，降低了运动设施的整体成本

附图说明

图1是本发明一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统结构示意图。

图中，1.摄像视频捕捉单元，2.图像分析处理单元，3.控制单元，4.交互操作单元，5.视频播放单元，6.运动数据库单元，7.显示屏，8.视频文件存储介质。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，结构如图1所示，包括设置于健身器材上方附近的摄像视频捕捉单元1，摄像视频捕捉单元1依次与图像分析处理单元2、控制单元3和运动数据库单元6连接，控制单元3还和多个视频播放单元5连接，视频播放单元5分别和视频文件存储介质8、显示屏7连接，控制单元3还和设置于健身器材跟前的交互操作单元4连接。

图像分析处理单元2和控制单元3均采用RK3288/RK3399芯片实现相应功能，视频文件存储介质8为大容量硬盘。

图像分析处理单元2，对获取的人员运动图像进行预处理，通过图像预处理，获取运动人员的人脸、轮廓和身高数据，并利用连续图像数据分析，计算出运动人员起伏的频率，进而结合身高计算出运动速度，传递给控制单元3，此过程在人员的运动过程中持续进行，一直到人员停止运动，离开器材。

控制单元3，根据图像分析处理单元2传送的人员图像信息和速度信息，确认运动人员是首次使用该器材，还是曾经使用过该器材的老客户，通过交互操作单元4完成对运动人员的欢迎词，以及运动路线的选择和运动起始点的选择，一方面将用户相关信息保存到运动数据库中，一方面将运动路线和起始点信息发送给视频播放单元。特别是当客户选择从上次运动停止点继续运动时，控制单元3从运动数据库单元6中读取该客户上次运动结束后保存的运动路线及停止点信息，发送给视频播放单元5；并在人员运动过程中，通过图像分析处理单元2传送的运动人员的实时运动速度，向多个视频播放单元5发送运动速度信息。在图像分析处理单元2传送人员已经停止运动后，向视频播放单元5获取视频播放的终止点信息，并保存到运运动数据库单元6中，以备下次运动时可以调出。特别的，为了增强运动人员身临其境的感受，支持多个显示装置对同一场景进行多屏播放，控制单元3需要根据人员运动速度，指示视频播放单元5在播放速度上的同步。

交互操作单元4，根据控制单元3下发的命令，针对新客户和老客户发送不同的欢迎词，并请用户进行运动路线和运动起始点的选择，并将相应信息发送给控制单元3。

视频播放单元5，根据控制单元3下发的运动路线和起始点信息，从视频文件存储介质8中读取相应的视频文件，从相应的起始点开始播放。并在运动过程中，接收控制单元3传送的运动速度信息，根据不同的速度，控制视频播放的速度，以匹配运动人员的运动速度，使运动人员观察到的视频场景变化和自己的运动速度匹配，使运动人员有置身场景之中的感受。当视频播放单元5接收到控制单元3传送的人员停止运动的信息后，将当前的运动路线和停止点信息发送给控制单元3，以便保存。为增加客户运动身临其境的感受，支持4K视频的播放，同时根据控制单元3下发的同步信息，支持多个屏幕同步播放同一场景的不同区域。

运动数据库单元6，保存客户的基本信息，性别，身高(以便计算速度)，跑步路线的选择和上次运动的停止点信息，供控制单元查询和保存最新数据。

显示屏7，选择4K大屏幕电视，支持4K播放，多个电视拼接成一个完整图像。

一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、安装健身器材，首次安装时进行标高处理，确定人员在运动器材上的静止高度数据作为基本身高数据，以备后续其他人员的身高计算，然后通过摄像视频捕捉单元1获取健身器材上的实时人体运动图像，图像分析处理单元2对人体运动图像连续帧通过差分法获取人体运动图像波形，通过波峰波谷计算变化频率f，进而得出当前人体运动速度V，

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、视频流获取，读取连续三帧n，n+1，n+2；

步骤1.2、然后进行RGB图像灰度化处理和二值处理；

步骤1.3、通过边缘检测法，获取运动人员边缘图像的最高点：即将n+1、n及n+2、n+1帧两两相减，将两两相减的结果再相减，得到轮廓，以这样的方式连续计算一定时间内的连续图片，得到m个获取运动人员轮廓图像，计算每幅图像像素点最高点的坐标；

步骤1.4、通过确定时间内连续帧之间运动人员最高点坐标上下波动变化的计算，获取运动人员最高点坐标上下起伏的频率和幅度，幅度以像素数计量；

步骤1.5、根据运动人员的最高点与最开始得到的基本身高数据的比较，获取运动人员的身高数据；

步骤1.6、根据优化的身高-频率算法计算运动人员的运动速度；

步骤1.6具体如下：

首先根据运动最高点的数据与身高数据的比较，判断是否是低速运动，对于低速运动，假设低速速度为V0；对于非低速运动，根据如下公式计算相应的速度值：

V＝k*h*f

其中，V表示非低速运动速度，h表示运动人员的身高，f表示运动人员最高点上下起伏的频率，k是修正系数，k与上下起伏的幅度变化有关，以像素数表示，具体对应关系如下：

式中，3≤f₀≤6，

13≤f₁≤16，

23≤f₂≤27，

33≤f₃≤37，

0.1≤k₁≤0.3，

0.25≤k₂≤0.45，

0.35≤k₃≤0.55，

0.42≤k₄≤0.62；

在上述范围内，k的具体值根据实际测试确定；

步骤2、控制单元3根据用户在交互操作单元4选取的运动项目选项确定视频文件和相应的播放起点，然后控制单元3给各视频播放单元5下发播放路线和起始点信息；

步骤3、控制单元3根据步骤1得到的运动速度给各视频播放单元5下发播放速度，各视频播放单元5根据当前人体运动速度V以相应的速度频率播放视频文件，通过显示屏7显示，具体如下：

控制单元3将步骤1.6得到的运动速度定期发送到视频播放单元5，并判断当前视频播放速度与控制单元3发送至视频播放单元5的速度是否相等，如果相等，选择相应播放速度刷新当前速度，如果两者速度不相等，则控制单元3定期发送帧同步信号，使视频播放单元5与帧同步信号对齐当前播放帧号。

本发明一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，通过识别人们运动的速度，实时控制多个视频播放单元同步播放同一场景的不同区域，为人们使用运动器材健身提供了一种和运动速度相匹配的真实场景的播放方法，消除人们运动时的枯燥感受，增加运动乐趣。同时，这种系统与具体的运动器材的品牌没有耦合关系，增加了运动器材的选择范围，降低了器材成本；并可使用性价比高的大屏幕电视作为视频显示装置，提升了感受，降低了显示成本。另一方面，由于该系统与具体运动器材没有耦合关系，增加了随意组合的灵活性，降低了运动设施的整体成本。

Claims (6)

1.一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，其特征在于，包括设置于健身器材上方附近的摄像视频捕捉单元(1)，摄像视频捕捉单元(1)依次与图像分析处理单元(2)、控制单元(3)和运动数据库单元(6)连接，控制单元(3)还和多个视频播放单元(5)连接，视频播放单元(5)分别和视频文件存储介质(8)、显示屏(7)连接，所述控制单元(3)还和设置于健身器材跟前的交互操作单元(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，其特征在于，所述图像分析处理单元(2)和控制单元(3)均采用RK3288/RK3399芯片实现相应功能，视频文件存储介质(8)为大容量硬盘。

3.一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放系统，具体按照以下步骤实施：

步骤1、安装健身器材，首次安装时进行标高处理，确定人员在运动器材上的静止高度数据作为基本身高数据，以备后续其他人员的身高计算，然后通过摄像视频捕捉单元(1)获取健身器材上的实时人体运动图像，图像分析处理单元(2)对人体运动图像连续帧通过差分法获取人体运动图像波形，通过波峰波谷计算变化频率f，进而得出当前人体运动速度V；

步骤2、控制单元(3)根据用户在交互操作单元(4)选取的运动项目选项确定视频文件和相应的播放起点，然后控制单元(3)给各视频播放单元(5)下发播放路线和起始点信息；

步骤3、控制单元(3)根据步骤1得到的运动速度给各视频播放单元(5)下发播放速度，各视频播放单元(5)根据当前人体运动速度V以相应的速度频率播放视频文件，通过显示屏(7)显示。

4.根据权利要求3所述的一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、视频流获取，读取连续三帧n，n+1，n+2；

步骤1.2、然后进行RGB图像灰度化处理和二值处理；

步骤1.3、通过边缘检测法，获取运动人员边缘图像的最高点：即将n+1、n及n+2、n+1帧两两相减，将两两相减的结果再相减，得到轮廓，以这样的方式连续计算一定时间内的连续图片，得到m个获取运动人员轮廓图像，计算每幅图像像素点最高点的坐标；

步骤1.4、通过确定时间内连续帧之间运动人员最高点坐标上下波动变化的计算，获取运动人员最高点坐标上下起伏的频率和幅度，幅度以像素数计量；

步骤1.5、根据运动人员的最高点与最开始得到的基本身高数据的比较，获取运动人员的身高数据；

步骤1.6、根据优化的身高-频率算法计算运动人员的运动速度。

5.根据权利要求4所述的一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，其特征在于，所述步骤1.6具体如下：

首先根据运动最高点的数据与身高数据的比较，判断是否是低速运动，对于低速运动，假设低速速度为V0；对于非低速运动，根据如下公式计算相应的速度值：

V＝k*h*f

其中，V表示非低速运动速度，h表示运动人员的身高，f表示运动人员最高点上下起伏的频率，k是修正系数，k与上下起伏的幅度变化有关，以像素数表示，具体对应关系如下：

式中，3≤f₀≤6，

13≤f₁≤16，

23≤f₂≤27，

33≤f₃≤37，

0.1≤k₁≤0.3，

0.25≤k₂≤0.45，

0.35≤k₃≤0.55，

0.42≤k₄≤0.62。

6.根据权利要求3所述的一种和运动速度相匹配的实景运动视频播放控制方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：

控制单元(3)将所述步骤1.6得到的运动速度定期发送到视频播放单元(5)，并判断当前视频播放速度与控制单元(3)发送至视频播放单元(5)的速度是否相等，如果相等，选择相应播放速度刷新当前速度，如果两者速度不相等，则控制单元(3)定期发送帧同步信号，使视频播放单元(5)与帧同步信号对齐当前播放帧号。