李璇

摘 要 隨著新媒體時(shí)代的來臨，移動(dòng)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(diǎn)，體育視頻直播就是其中一個(gè)具有代表性的文化創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，全景攝像機(jī)也逐漸受到社會(huì)的關(guān)注，該類相機(jī)不僅可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)區(qū)域進(jìn)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(kuò)大，VR虛擬設(shè)備研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷探究幫助人們在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)虛擬世界中更加清晰地體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)、重建現(xiàn)實(shí)和改造現(xiàn)實(shí)。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(shí)給人帶來身臨其境的感覺，體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目繁多，極具表演性和觀賞性，擁有大量的受眾?；谶\(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)性的比賽與不可預(yù)測的比賽結(jié)果需要媒介給予即時(shí)、準(zhǔn)確的報(bào)道，運(yùn)動(dòng)廣泛而有力的傳播也是吸引受眾帶動(dòng)社會(huì)發(fā)展的過程。運(yùn)用360度全景成像技術(shù)可以獲得單視點(diǎn)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(zhǔn)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(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。近年來基于影像的三維可視化正成為視頻直播的熱點(diǎn)，而VR全景影像就是三維可視化的一種既經(jīng)濟(jì)又高效的表達(dá)方法。

關(guān)鍵詞 全景視頻 賽事直播 虛擬現(xiàn)實(shí)

1研究意義

全景視頻直播功能的實(shí)現(xiàn)可以將LBS平臺(tái)應(yīng)用于體育賽事直播，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程中教練員和運(yùn)動(dòng)員通過觀看直播來監(jiān)控訓(xùn)練過程。大型賽事直播花費(fèi)巨大，并不能實(shí)現(xiàn)日常的廣泛應(yīng)用，本研究基于此實(shí)現(xiàn)民用級(jí)別的全景直播研發(fā)，在LBS軌跡跟蹤平臺(tái)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(shí)現(xiàn)將提高運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的直觀性與觀賞性，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的樂趣與百姓的參與程度，同時(shí)使教練員對(duì)每位運(yùn)動(dòng)員日常運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的針對(duì)性方案制定提供了一個(gè)良好的監(jiān)控平臺(tái)及訓(xùn)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(shí)踐范例，并為促進(jìn)大眾健身行為的研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。如網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)、足球運(yùn)動(dòng)、帆船運(yùn)動(dòng)、定向越野為例，現(xiàn)場觀眾肉眼看不到的細(xì)節(jié)往往只能通過場邊的大屏幕來彌補(bǔ)，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(yàn)，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(jī)位定點(diǎn)切換觀看比賽，而現(xiàn)場機(jī)位通常追蹤的是個(gè)別成績突出的運(yùn)動(dòng)員，觀眾對(duì)觀看內(nèi)容缺乏自主選擇性。對(duì)于教練員和運(yùn)動(dòng)員而言，在實(shí)地訓(xùn)練中教練員通常采用遠(yuǎn)距離觀望指導(dǎo)，戶外運(yùn)動(dòng)、水上運(yùn)動(dòng)等的教練員則部分采取跟行的方式對(duì)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)地訓(xùn)練進(jìn)行觀察指導(dǎo)，這就導(dǎo)致在訓(xùn)練中，教練員無法同時(shí)兼顧多個(gè)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練細(xì)節(jié)不能詳細(xì)針對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)員的具體問題制定訓(xùn)練方案，運(yùn)動(dòng)員本身也無法在訓(xùn)練后對(duì)自己的訓(xùn)練進(jìn)行回顧、發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練中的問題與路線技巧改進(jìn)。本研究在軌跡追蹤功能外增加的全景視頻直播功能可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)觀賞的體驗(yàn)度與趣味性，應(yīng)用于體育運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)用全景攝像通過全景視頻直播在LBS服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)定位運(yùn)動(dòng)員位置軌跡的情況下實(shí)時(shí)查看運(yùn)動(dòng)員為原點(diǎn)視角的360度全景運(yùn)動(dòng)實(shí)況，使用戶能夠沉浸式體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)觀眾的觀賽體驗(yàn)同時(shí)使教練能夠更加直觀生動(dòng)有效的了解運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)軌跡及比賽情況，及時(shí)制定更加合理的比賽戰(zhàn)術(shù)和訓(xùn)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(biāo)志著流媒體時(shí)代的開啟。流媒體是指使用流式傳輸方式在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸播放的媒體格式，具有連續(xù)傳輸和實(shí)時(shí)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。目前互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用越來越廣泛，圖像信號(hào)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(jìn)行現(xiàn)場直播和動(dòng)態(tài)監(jiān)測都成為了現(xiàn)實(shí)并且具有相當(dāng)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(qiáng)大的傳播能力實(shí)現(xiàn)了快速地記錄并傳播現(xiàn)場狀態(tài)的功能。其對(duì)象是廣大的網(wǎng)絡(luò)用戶群，其目的是把各種現(xiàn)場活動(dòng)的場景進(jìn)行擴(kuò)散突破了地域限制完成了整個(gè)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(hào)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(huì)以及體育運(yùn)動(dòng)的直播，這些大型節(jié)目往往是先處理為電視信號(hào)，再在對(duì)應(yīng)的網(wǎng)站上進(jìn)行發(fā)布供用戶進(jìn)行點(diǎn)播。二是真正意義上的網(wǎng)絡(luò)直播，在第一時(shí)間對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行信號(hào)采集經(jīng)過一系列信號(hào)處理后通過流媒體技術(shù)進(jìn)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(jìn)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(gè)部分：視頻采集終端進(jìn)行現(xiàn)場場景的拍攝記錄對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于視頻流的存儲(chǔ)并供用戶進(jìn)行視頻點(diǎn)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(shí)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(jìn)行解碼顯示并且具有相應(yīng)的交互功能。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立人工構(gòu)造的三維虛擬環(huán)境，其主要科學(xué)問題包括建模方法、表現(xiàn)技術(shù)和人機(jī)交互三大類。增強(qiáng)虛境是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一大分支，其最直接的想法就是利用相機(jī)捕捉真實(shí)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(shí)對(duì)象的狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)響應(yīng)交互。通過視頻圖像增強(qiáng)的方法最早是在 1997 年提出的，他們認(rèn)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(gè)視頻注冊到同一個(gè)三維環(huán)境中，擴(kuò)展了用戶的視域。南加州大學(xué)闡述了增強(qiáng)虛擬環(huán)境的概念。麻省理工學(xué)院利用魚眼相機(jī)設(shè)計(jì)了一套沉浸式飛行屋，虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)技術(shù)可以結(jié)合全景視頻直播系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)沉浸式的網(wǎng)絡(luò)視頻直播體驗(yàn)。2015 年國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)視頻播放平臺(tái)愛奇藝對(duì)中國網(wǎng)球公開賽進(jìn)行了360 度全程直播。用戶可以通過電腦端、手機(jī)客戶端或者佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔進(jìn)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(shí)頭盔實(shí)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(yàn)。這代表著虛擬現(xiàn)實(shí)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(huì)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(huì)全景直播拿下兩個(gè)第一是迄今為止冬奧會(huì)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(yùn)動(dòng)的直播。利用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)就是要體驗(yàn)事件發(fā)生過程中對(duì)于結(jié)局的緊張期盼，實(shí)時(shí)沉浸式運(yùn)動(dòng)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(yàn)同時(shí)可以選擇更多不同視角進(jìn)行觀看。從1994年流媒體技術(shù)問世到今天虛擬現(xiàn)實(shí)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(xué)者對(duì)視頻直播的技術(shù)的研究從點(diǎn)到面到三維立體空間取得了巨大進(jìn)步，國內(nèi)外對(duì)體育賽事、戶外越野等項(xiàng)目的直播水平也得到了大眾認(rèn)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(shí)景拍攝這種手法完成全景拍攝的主要運(yùn)用是運(yùn)用三維實(shí)景技術(shù)實(shí)現(xiàn)也就是運(yùn)用相機(jī)對(duì)相隔一定距離的實(shí)際場景進(jìn)行多角度環(huán)視拍攝，每個(gè)場景都拼接生成 360 度影像并按照實(shí)際情況關(guān)聯(lián)每個(gè)場景讓觀眾能夠選擇在每個(gè)場景之間進(jìn)行切換游覽。而在實(shí)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(duì)街道圖像進(jìn)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(biāo)點(diǎn)擊游覽器中前后左右的箭頭號(hào)進(jìn)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(shí)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(xué)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(biāo)

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(diǎn)與功能，基于位置服務(wù)LBS運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)時(shí)跟蹤服務(wù)平臺(tái)實(shí)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(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)軌跡同時(shí)還能直觀的觀看到比賽的全景實(shí)況。全景直播功能的實(shí)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(yùn)動(dòng)的直播也可應(yīng)用于日常運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的訓(xùn)練監(jiān)控，教練員可以通過全景視頻的展示對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練進(jìn)行更好的跟進(jìn)觀察、技術(shù)剖析、具有針對(duì)性的訓(xùn)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(jìn)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(tái)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(shí)時(shí)傳輸協(xié)議以及webGL開發(fā)，在LBS 服務(wù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)全景視頻的直播功能同時(shí)預(yù)留VR設(shè)備接入端口。結(jié)合平臺(tái)原有數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備所采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及運(yùn)動(dòng)軌跡相結(jié)合實(shí)現(xiàn)全景視頻實(shí)時(shí)在線服務(wù)的研究與應(yīng)用，用戶在運(yùn)動(dòng)直播過程中通過LBS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定點(diǎn)觀看運(yùn)動(dòng)全程全景視頻。

通過對(duì)市面上的全景攝像設(shè)備進(jìn)行對(duì)比分析從需求、穩(wěn)定性、適用性、便攜性、價(jià)格等幾個(gè)方面對(duì)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(gè)面向企業(yè)級(jí)的360度全景相機(jī)可拍攝4K級(jí)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(dòng)等多個(gè)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(yàn)。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(tái)的研發(fā)中也更加適合于將攝像頭與原運(yùn)動(dòng)采集硬件設(shè)備集成一個(gè)集：采集軌跡、采集運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)通過對(duì)其SDK二次開發(fā)以及平臺(tái)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(tái)實(shí)現(xiàn)全景視頻拍攝內(nèi)容指向LBS平臺(tái)的實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)時(shí)性高一般能做到3秒之內(nèi)。LBS平臺(tái)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(gè)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(tái)上的播放展示相較于普通視頻而言在電腦端可以對(duì)全景場景進(jìn)行鼠標(biāo)縮放與360度拖拉旋轉(zhuǎn)觀看，手機(jī)端可通過手指以及轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī)本身進(jìn)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(shí)現(xiàn)是一種繪圖協(xié)議，程序開發(fā)時(shí)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(dòng)畫的兩個(gè)問題：第一它通過腳本本身實(shí)現(xiàn)交互式三維動(dòng)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(jìn)行的圖形渲染是通過統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的、跨平臺(tái)的接口實(shí)現(xiàn)的。

5研究成果

全景視頻直播功能的實(shí)現(xiàn)將實(shí)現(xiàn)平臺(tái)應(yīng)用于各大賽事全景直播，服務(wù)于賽事直播和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練監(jiān)控；可以進(jìn)行多項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的實(shí)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(yùn)動(dòng)項(xiàng)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(gè)運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程中的位置改變、動(dòng)作技巧細(xì)節(jié)并有助于教練員及時(shí)提出訓(xùn)練建議以及戰(zhàn)術(shù)分析，便于教練員針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)員制定更合理的訓(xùn)練方案，提高訓(xùn)練的效率和指導(dǎo)性。