李璇

摘 要 隨著新媒體時代的來臨，移動互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)成為了市場上的焦點，體育視頻直播就是其中一個具有代表性的文化創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，全景攝像機也逐漸受到社會的關(guān)注，該類相機不僅可以對運動的整個區(qū)域進行全面的把握和掌控還能真正意義上做到全方位無死角的場景觀測。隨著VR技術(shù)的快速發(fā)展市場的不斷擴大，VR虛擬設(shè)備研發(fā)團隊不斷探究幫助人們在網(wǎng)絡(luò)和計算機虛擬世界中更加清晰地體驗現(xiàn)實、重建現(xiàn)實和改造現(xiàn)實。VR技術(shù)使大場景難以觀看的體育全景重現(xiàn)更加全面真實給人帶來身臨其境的感覺，體育運動項目繁多，極具表演性和觀賞性，擁有大量的受眾?；谶\動實時性的比賽與不可預(yù)測的比賽結(jié)果需要媒介給予即時、準確的報道，運動廣泛而有力的傳播也是吸引受眾帶動社會發(fā)展的過程。運用360度全景成像技術(shù)可以獲得單視點在周圍360度觀察方向上的比賽場景信息使得觀看比賽的觀眾能夠更快更準確的感知周圍場景的變化，比以往傳統(tǒng)的視頻圖像處理技術(shù)有著實質(zhì)性的進步。近年來基于影像的三維可視化正成為視頻直播的熱點，而VR全景影像就是三維可視化的一種既經(jīng)濟又高效的表達方法。

關(guān)鍵詞 全景視頻 賽事直播 虛擬現(xiàn)實

1研究意義

全景視頻直播功能的實現(xiàn)可以將LBS平臺應(yīng)用于體育賽事直播，運動訓練過程中教練員和運動員通過觀看直播來監(jiān)控訓練過程。大型賽事直播花費巨大，并不能實現(xiàn)日常的廣泛應(yīng)用，本研究基于此實現(xiàn)民用級別的全景直播研發(fā)，在LBS軌跡跟蹤平臺的軌跡跟蹤功能基礎(chǔ)上增加了全景視頻直播功能，它的實現(xiàn)將提高運動項目的直觀性與觀賞性，促進運動項目的樂趣與百姓的參與程度，同時使教練員對每位運動員日常運動訓練的針對性方案制定提供了一個良好的監(jiān)控平臺及訓練保障，為全民健身開啟互聯(lián)新模式，為互聯(lián)網(wǎng)+體育提供實踐范例，并為促進大眾健身行為的研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。如網(wǎng)球運動、足球運動、帆船運動、定向越野為例，現(xiàn)場觀眾肉眼看不到的細節(jié)往往只能通過場邊的大屏幕來彌補，而大屏幕所展示的賽況畫面有限往往滿足不了觀眾的觀賽友好度體驗，通過網(wǎng)絡(luò)觀看直播的觀眾也只能通過現(xiàn)場的固定攝像機位定點切換觀看比賽，而現(xiàn)場機位通常追蹤的是個別成績突出的運動員，觀眾對觀看內(nèi)容缺乏自主選擇性。對于教練員和運動員而言，在實地訓練中教練員通常采用遠距離觀望指導(dǎo)，戶外運動、水上運動等的教練員則部分采取跟行的方式對運動員的實地訓練進行觀察指導(dǎo)，這就導(dǎo)致在訓練中，教練員無法同時兼顧多個運動員的訓練細節(jié)不能詳細針對每一個運動員的具體問題制定訓練方案，運動員本身也無法在訓練后對自己的訓練進行回顧、發(fā)現(xiàn)訓練中的問題與路線技巧改進。本研究在軌跡追蹤功能外增加的全景視頻直播功能可實現(xiàn)運動觀賞的體驗度與趣味性，應(yīng)用于體育運動時運用全景攝像通過全景視頻直播在LBS服務(wù)平臺實時定位運動員位置軌跡的情況下實時查看運動員為原點視角的360度全景運動實況，使用戶能夠沉浸式體驗運動，增強觀眾的觀賽體驗同時使教練能夠更加直觀生動有效的了解運動員的運動軌跡及比賽情況，及時制定更加合理的比賽戰(zhàn)術(shù)和訓練方法。

2全景直播的發(fā)展現(xiàn)狀

流媒體技術(shù)具有悠久的歷史。1994年流媒體技術(shù)正式在互聯(lián)網(wǎng)上亮相，1997 年該公司發(fā)布了應(yīng)用廣泛的流媒體播放器之后微軟也開始推出了自己全新格式的流媒體產(chǎn)品，標志著流媒體時代的開啟。流媒體是指使用流式傳輸方式在網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸播放的媒體格式，具有連續(xù)傳輸和實時傳輸?shù)奶攸c。目前互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用越來越廣泛，圖像信號的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸已經(jīng)非常普遍，利用數(shù)字圖像技術(shù)進行現(xiàn)場直播和動態(tài)監(jiān)測都成為了現(xiàn)實并且具有相當高的可靠性和靈敏度。網(wǎng)絡(luò)視頻直播是流媒體與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物它憑借著互聯(lián)網(wǎng)強大的傳播能力實現(xiàn)了快速地記錄并傳播現(xiàn)場狀態(tài)的功能。其對象是廣大的網(wǎng)絡(luò)用戶群，其目的是把各種現(xiàn)場活動的場景進行擴散突破了地域限制完成了整個現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)直播。在國內(nèi)視頻直播可以劃分為兩類，一類是制作好的電視視頻信號再通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供資源?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上可以看到許多晚會以及體育運動的直播，這些大型節(jié)目往往是先處理為電視信號，再在對應(yīng)的網(wǎng)站上進行發(fā)布供用戶進行點播。二是真正意義上的網(wǎng)絡(luò)直播，在第一時間對現(xiàn)場進行信號采集經(jīng)過一系列信號處理后通過流媒體技術(shù)進行轉(zhuǎn)發(fā)最終用戶可以在各種終端設(shè)備上通過網(wǎng)絡(luò)進行視頻播放。網(wǎng)絡(luò)視頻直播系統(tǒng)以綜合調(diào)度服務(wù)器為中心主要分為五個部分：視頻采集終端進行現(xiàn)場場景的拍攝記錄對采集后的數(shù)據(jù)進行壓縮編碼、封裝并發(fā)送給綜合調(diào)度服務(wù)器；綜合調(diào)度服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)后分發(fā)到視頻服務(wù)器提供直播或者通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行存儲；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于視頻流的存儲并供用戶進行視頻點播；視頻服務(wù)器主要通過互聯(lián)網(wǎng)等傳輸媒介向播放終端發(fā)送視頻流同時響應(yīng)播放終端的操作請求；播放終端獲取來自視頻服務(wù)器發(fā)送的視頻流進行解碼顯示并且具有相應(yīng)的交互功能。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立人工構(gòu)造的三維虛擬環(huán)境，其主要科學問題包括建模方法、表現(xiàn)技術(shù)和人機交互三大類。增強虛境是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一大分支，其最直接的想法就是利用相機捕捉真實圖像或者三維場景將圖像或者場景注冊到虛擬環(huán)境中使虛擬環(huán)境能夠表現(xiàn)真實對象的狀態(tài)和實現(xiàn)響應(yīng)交互。通過視頻圖像增強的方法最早是在 1997 年提出的，他們認為視頻信息可以用來創(chuàng)造沉浸式的虛擬環(huán)境，如可以變換虛擬視角的虛擬場景。美國嘗試將多個視頻注冊到同一個三維環(huán)境中，擴展了用戶的視域。南加州大學闡述了增強虛擬環(huán)境的概念。麻省理工學院利用魚眼相機設(shè)計了一套沉浸式飛行屋，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在航天航空領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)了虛擬火箭的發(fā)射過程；在游戲領(lǐng)域大量 3D 游戲的產(chǎn)生為虛擬現(xiàn)實的發(fā)展注入了新鮮血液；在視頻直播領(lǐng)域中虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以結(jié)合全景視頻直播系統(tǒng)來實現(xiàn)沉浸式的網(wǎng)絡(luò)視頻直播體驗。2015 年國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)視頻播放平臺愛奇藝對中國網(wǎng)球公開賽進行了360 度全程直播。用戶可以通過電腦端、手機客戶端或者佩戴虛擬現(xiàn)實頭盔進行觀看，身臨其境地感受現(xiàn)場氛圍。通過將全景視頻與市面上的虛擬現(xiàn)實頭盔實現(xiàn)適配用戶還可以自主選擇觀看視角，帶來沉浸式地觀賽體驗。這代表著虛擬現(xiàn)實直播應(yīng)用的問世，在不久的將來沉浸式的全景直播方式將會代替?zhèn)鹘y(tǒng)的視頻直播方式成為網(wǎng)絡(luò)視頻直播的主流。2018年平昌冬奧會全景直播拿下兩個第一是迄今為止冬奧會的第一次VR現(xiàn)場直播也是迄今為止最大規(guī)模的全景體育運動的直播。利用虛擬現(xiàn)實進行體育運動直播可以保證比賽的現(xiàn)場同步性也讓比賽播出的不可預(yù)見性更富有懸念。觀眾收看直播運動就是要體驗事件發(fā)生過程中對于結(jié)局的緊張期盼，實時沉浸式運動直播使觀眾產(chǎn)生一種緊張的期待感，帶來身臨比賽現(xiàn)場的體驗同時可以選擇更多不同視角進行觀看。從1994年流媒體技術(shù)問世到今天虛擬現(xiàn)實技術(shù)廣泛應(yīng)用在電視網(wǎng)絡(luò)直播中國內(nèi)外專家學者對視頻直播的技術(shù)的研究從點到面到三維立體空間取得了巨大進步，國內(nèi)外對體育賽事、戶外越野等項目的直播水平也得到了大眾認可但是在視頻直播輸出顯示的問題上還存在視頻畫面不穩(wěn)定以及交互性差的問題亟待解決。目前國內(nèi)外基于實景拍攝這種手法完成全景拍攝的主要運用是運用三維實景技術(shù)實現(xiàn)也就是運用相機對相隔一定距離的實際場景進行多角度環(huán)視拍攝，每個場景都拼接生成 360 度影像并按照實際情況關(guān)聯(lián)每個場景讓觀眾能夠選擇在每個場景之間進行切換游覽。而在實景展示上谷歌在 2007 年推出的谷歌街景就是在原有的谷歌地圖的基礎(chǔ)上加入了全景功能，做法就是在一輛車的車頂上擺放一組全景圖像采集的攝影器材，讓這輛車在大街上行駛按照一定密度對街道圖像進行采集并且生成的全景圖像在游覽程序中可以 360 度觀看并且通過鼠標點擊游覽器中前后左右的箭頭號進行場景切換游覽。國內(nèi)的百度地圖也推出了類似的全景地圖功能把真實的場景搬到了用戶面前，起到很好的路線指導(dǎo)作用為用戶出行提供方便。類似的還有博物館和展覽館也都有了類似的虛擬觀看系統(tǒng)。國內(nèi)也有學者在這方面做了研究，比如 2007 年楊琳等把全景拍攝技術(shù)應(yīng)用到虛擬校園上，2013 年馮建平等提出的基于全景圖像構(gòu)建三維全景系統(tǒng)，唐俊等在 2003 年就開始基于魚眼鏡頭的全景視頻模型的研究，而近年來基于魚眼鏡頭然后用圖像繪制技術(shù)去構(gòu)建全景視頻拍攝的研究也屢屢出現(xiàn)。

3研究目標

本研究綜合商用及已有民用賽事直播服務(wù)設(shè)備的特點與功能，基于位置服務(wù)LBS運動軌跡實時跟蹤服務(wù)平臺實現(xiàn)全景視頻直播的功能，用戶通過軌跡跟蹤服務(wù)與全景視頻直播功能的結(jié)合不僅可以看到運動員的運動軌跡同時還能直觀的觀看到比賽的全景實況。全景直播功能的實現(xiàn)不僅可應(yīng)用于網(wǎng)球、足球、帆船帆板、定向越野、滑雪、騎行等體育運動的直播也可應(yīng)用于日常運動訓練中的訓練監(jiān)控，教練員可以通過全景視頻的展示對每個運動員的運動訓練進行更好的跟進觀察、技術(shù)剖析、具有針對性的訓練方案制定。全景直播功能通過全景視頻錄制設(shè)備系列產(chǎn)品進行全景視頻的拍攝及視頻處理，防抖性能更高使全景影像更加清晰穩(wěn)定易編輯，使用成本也較低提高了在大眾健身中應(yīng)用的普及度。

4研究內(nèi)容

通過需求分析確定研究內(nèi)容基于平臺主要實現(xiàn)運動的全景視頻跟蹤服務(wù)功能。將拍攝和處理好的全景視頻通過實時傳輸協(xié)議以及webGL開發(fā)，在LBS 服務(wù)平臺上實現(xiàn)全景視頻的直播功能同時預(yù)留VR設(shè)備接入端口。結(jié)合平臺原有數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備所采集的運動數(shù)據(jù)以及運動軌跡相結(jié)合實現(xiàn)全景視頻實時在線服務(wù)的研究與應(yīng)用，用戶在運動直播過程中通過LBS平臺實現(xiàn)實時定點觀看運動全程全景視頻。

通過對市面上的全景攝像設(shè)備進行對比分析從需求、穩(wěn)定性、適用性、便攜性、價格等幾個方面對比之后，全景攝像設(shè)備選擇insta 360系列攝像設(shè)備是全球首個面向企業(yè)級的360度全景相機可拍攝4K級全景視頻和全景照片。廣泛應(yīng)用于旅游、房地產(chǎn)、新聞、體育賽事、大型活動等多個領(lǐng)域，突破傳統(tǒng)視頻固有限制給用戶360度全空間視角、顛覆性的視覺體驗。相比較市面上同類型的全景攝像設(shè)備在戶外全景視頻的使用更加便攜和適用，而在后期LBS平臺的研發(fā)中也更加適合于將攝像頭與原運動采集硬件設(shè)備集成一個集：采集軌跡、采集運動數(shù)據(jù)、采集全景視頻功能于一體的集成度高的硬件設(shè)備。

全景視頻直播功能的實現(xiàn)通過對其SDK二次開發(fā)以及平臺適配，拍攝的全景視頻通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到其服務(wù)器再通過其推流功能可上傳至LBS服務(wù)平臺實現(xiàn)全景視頻拍攝內(nèi)容指向LBS平臺的實時傳輸。直播的整體流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)傳輸、解碼數(shù)據(jù)、播放顯示整個流程。

流媒體指以流方式在網(wǎng)絡(luò)中傳送音頻、視頻和多媒體文件的媒體形式。直播常用到的流媒體協(xié)議RTMP協(xié)議，它的實時性高一般能做到3秒之內(nèi)。LBS平臺的直播屬于大中型集群分發(fā)選擇穩(wěn)定性高的協(xié)議是一定必要的。一個單一的連接可以通過不同的通道傳輸多路網(wǎng)絡(luò)流，這些通道中的包都是按照固定大小的包傳輸?shù)?。全景視頻在LBS平臺上的播放展示相較于普通視頻而言在電腦端可以對全景場景進行鼠標縮放與360度拖拉旋轉(zhuǎn)觀看，手機端可通過手指以及轉(zhuǎn)動手機本身進行全景視頻的觀看角度控制，全景視頻的交互觀看需要通過WebGL編程實現(xiàn)是一種繪圖協(xié)議，程序開發(fā)時就可以借助系統(tǒng)顯卡來在瀏覽器里更流暢地展示（下轉(zhuǎn)第263頁）（上接第261頁）3D場景和模型了還能創(chuàng)建復(fù)雜的導(dǎo)航和數(shù)據(jù)視覺化。完美地解決了現(xiàn)有的交互式三維動畫的兩個問題：第一它通過腳本本身實現(xiàn)交互式三維動畫的制作無需任何瀏覽器插件支持；第二它利用底層的圖形硬件加速功能進行的圖形渲染是通過統(tǒng)一的、標準的、跨平臺的接口實現(xiàn)的。

5研究成果

全景視頻直播功能的實現(xiàn)將實現(xiàn)平臺應(yīng)用于各大賽事全景直播，服務(wù)于賽事直播和運動訓練監(jiān)控；可以進行多項體育運動訓練的實地測試以及全程視頻觀看監(jiān)測。通過全景直播服務(wù)，提高各類運動項目的直觀性、觀賞性以及用戶參與程度。將全景視頻與位置軌跡追蹤服務(wù)相結(jié)合，使教練員可以更清晰直接的了解每一個運動員在運動訓練過程中的位置改變、動作技巧細節(jié)并有助于教練員及時提出訓練建議以及戰(zhàn)術(shù)分析，便于教練員針對不同運動員制定更合理的訓練方案，提高訓練的效率和指導(dǎo)性。