基于DSP的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，在各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)。這些海量數(shù)據(jù)可能已不被應(yīng)用系統(tǒng)直接引用，但存在著大量的查詢和分析價(jià)值。而對(duì)海量信息的利用離不開底層對(duì)數(shù)據(jù)的操作。然而，數(shù)據(jù)不斷膨脹往往給應(yīng)用系統(tǒng)帶來一些難以忍受的后果，最典型的是系統(tǒng)在運(yùn)行過程中資源消耗需求量越來越大，運(yùn)行效率明顯降低，而隨著時(shí)間的推移，難度也在增大。例如體育賽事技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨著大型賽事的增多。在比賽過程中，教練員需要根據(jù)場(chǎng)上數(shù)據(jù)和技術(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)人員和策略進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而控制比賽節(jié)奏，贏取比賽勝利。傳統(tǒng)的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，采用以實(shí)驗(yàn)者為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后處理方法，通過錄像分析，以每個(gè)實(shí)驗(yàn)者為單點(diǎn)模型，構(gòu)建單點(diǎn)互聯(lián)系統(tǒng)，基于統(tǒng)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，無法保證實(shí)時(shí)性，分析誤差大。

對(duì)于海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，國內(nèi)許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，取得了一定成果，但同時(shí)也存在一些問題。文獻(xiàn)中提出了一種采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方法，實(shí)現(xiàn)海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，通過大帶寬數(shù)據(jù)鏈，首先實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，以此為基礎(chǔ)，采用數(shù)據(jù)融合的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合后處理，在各分布式的節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)后，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇y(tǒng)一的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)中側(cè)重?cái)?shù)據(jù)鏈，而對(duì)于數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)的研究較少。文獻(xiàn)中提出一種基于實(shí)時(shí)異構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析方法，采用嵌入式系統(tǒng)的多任務(wù)調(diào)度特性，設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)度算法，算法主要是啟發(fā)式任務(wù)調(diào)度算法，實(shí)時(shí)性較差，所以無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。文獻(xiàn)中提出一種基于Android系統(tǒng)下基于自組網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計(jì)的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析方法，采用嵌入式的實(shí)時(shí)陛優(yōu)點(diǎn)，融合自組網(wǎng)的數(shù)據(jù)特性，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)組網(wǎng)與處理，但涉及分析和統(tǒng)計(jì)的技術(shù)參數(shù)均為最原始的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，沒有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次特征融合分析，且分析的參量少，具有一定的局限性。

本文在文獻(xiàn)研究工作的基礎(chǔ)上，提出一種基于DSP的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)現(xiàn)了微型一體化的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，以高速DSP為核心架構(gòu)，輔助以專用數(shù)據(jù)冗余分析單元，對(duì)實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行多點(diǎn)建模，并以模型關(guān)聯(lián)特性作為分析基礎(chǔ)，以多關(guān)聯(lián)度完成數(shù)據(jù)提取與融合處理，實(shí)現(xiàn)海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析。

1 基于DSP多媒體數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)

1.1 微型一體化核心系統(tǒng)

數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)是一種專用的數(shù)字處理芯片，一般采用經(jīng)典的哈佛結(jié)構(gòu)，形成專用的處理芯片。由于DSP是專用于處理數(shù)字信號(hào)的，具有數(shù)據(jù)處理精確、可靠性好、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著DSP制造工藝的提高，其應(yīng)用范圍遍及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和信息技術(shù)領(lǐng)域，DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括專用硬件設(shè)計(jì)和配套軟件設(shè)計(jì)兩方面。硬件設(shè)計(jì)部分的主要工作是選擇合適的DSP芯片，在以芯片為核心的基礎(chǔ)上，輔助以其他的外圍配套設(shè)備芯片、數(shù)據(jù)采集芯片、系統(tǒng)電源電路、系統(tǒng)芯片復(fù)位電路，并在DSP訪問存儲(chǔ)器中設(shè)置外擴(kuò)存儲(chǔ)器電路、芯片工作晶振電路、仿真連接電路等，搭建DSP最小系統(tǒng)。選用經(jīng)典的TMS320C5502為核心處理器，構(gòu)建DSP最小系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

系統(tǒng)中，由于需要設(shè)計(jì)低功耗的微型一體化系統(tǒng)，所以對(duì)系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)、電源功耗和體積提出了更高要求，本文采用TI的專用電源芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源供給，原圖如圖2所示。

從圖2可以看出，采用專用電源芯片設(shè)計(jì)，可以滿足系統(tǒng)微型一體化的需求。

1.2 海量數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)特性與關(guān)聯(lián)度分析

海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)特性與關(guān)聯(lián)度分析體現(xiàn)在在原始數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)的深度分析，提取出數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)特性，為統(tǒng)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確性提供保證。

以大型足球賽事實(shí)時(shí)技術(shù)統(tǒng)計(jì)的微型一體化實(shí)現(xiàn)為例，進(jìn)行方法的敘述。假設(shè)球員A與球員B進(jìn)行配合，則在傳球時(shí)，A隨機(jī)選擇傳球方向，其配合過程為：

通過對(duì)于球員之間的相互配合協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)度分析，可以深入分析出最佳傳球組合、進(jìn)攻組合和防守組合等，為教練換人提供依據(jù)。

2 基于DSP海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)對(duì)象是大型足球賽事實(shí)時(shí)技術(shù)統(tǒng)計(jì)，用于進(jìn)行基于DSP的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)。對(duì)于各種參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析有助于教練員對(duì)賽場(chǎng)態(tài)勢(shì)做出實(shí)時(shí)調(diào)整，達(dá)到控制比賽的目的。

2.1 海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析內(nèi)容

對(duì)于大型足球賽事的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析主要分為兩大類：一是對(duì)于整體球隊(duì)的技術(shù)統(tǒng)計(jì);二是對(duì)于每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)統(tǒng)計(jì)。全隊(duì)的技術(shù)統(tǒng)計(jì)主要為：交戰(zhàn)雙方的進(jìn)球數(shù)、射門次數(shù)、射正次數(shù)、撲救次數(shù)、任意球數(shù)、角球數(shù)、界外球數(shù)、全隊(duì)犯規(guī)數(shù)、全隊(duì)越位數(shù)、紅牌數(shù)、黃牌數(shù)、換人次數(shù)、控制球時(shí)間比率、雙方搶斷成功率、傳球成功率、頭球成功率等，均會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)統(tǒng)計(jì)。而個(gè)人技術(shù)統(tǒng)計(jì)方面，除了射門次數(shù)、犯規(guī)次數(shù)、鏟斷次數(shù)、紅黃牌等基本項(xiàng)目外，還包括運(yùn)動(dòng)員的傳球數(shù)、跑動(dòng)距離、活動(dòng)區(qū)域半徑等關(guān)鍵技術(shù)統(tǒng)計(jì)。尤其是傳球的技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，細(xì)化到分為長傳、中傳、短傳的次數(shù)和成功率。

2.2 海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析意義

對(duì)海量實(shí)時(shí)多媒體參數(shù)進(jìn)行分析，可以對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)員及全隊(duì)情況進(jìn)行總結(jié)，為戰(zhàn)術(shù)制定提供良好的指導(dǎo)幫助。

采用評(píng)價(jià)方法對(duì)基于技術(shù)統(tǒng)計(jì)的分析指導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)內(nèi)容的不斷擴(kuò)展，要求將多種評(píng)價(jià)方式綜合運(yùn)用到目前的大型足球比賽中，提供全面的指導(dǎo)分析，大型足球賽事的目標(biāo)多種多樣，足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)效果也各有差異。因此，足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容將越來越注重多元評(píng)價(jià)，包括足球運(yùn)動(dòng)員的認(rèn)知能力、運(yùn)動(dòng)技術(shù)技能和場(chǎng)上情感等3方面內(nèi)容，而不是單一的足球技術(shù)技能或當(dāng)前狀態(tài)水平考評(píng)或一種球場(chǎng)態(tài)勢(shì)的測(cè)驗(yàn)，而對(duì)于足球運(yùn)動(dòng)員的情感態(tài)度評(píng)價(jià)則會(huì)影響到其水平的積極發(fā)揮。在以往的足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)中，比較注重足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)的終結(jié)性評(píng)價(jià)，即每個(gè)半場(chǎng)或全場(chǎng)的表現(xiàn)，由于這種方法存在較長的時(shí)間跨度，因而失去了實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，進(jìn)而實(shí)時(shí)反饋調(diào)整的功能，對(duì)激勵(lì)球員水平，提高比賽效果以及改進(jìn)戰(zhàn)術(shù)意義不大。應(yīng)改變單純的足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)終結(jié)評(píng)價(jià)方式，而是采取足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)的診斷性、形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)的診斷性評(píng)價(jià)則主要解決球員當(dāng)前的競(jìng)技狀態(tài)，以確定最佳使用方法;形成性評(píng)價(jià)即在足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)問題診斷，及時(shí)解決問題，提出對(duì)策;足球技術(shù)統(tǒng)計(jì)的終結(jié)性評(píng)價(jià)采用換人方法，戰(zhàn)術(shù)及時(shí)調(diào)整，對(duì)對(duì)方進(jìn)攻進(jìn)行限制、終止，降低威脅自家球門的概率，從而達(dá)到贏取比賽的目的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)采用山東魯能與天津泰達(dá)的一場(chǎng)中超比賽進(jìn)行海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，分別對(duì)整個(gè)球隊(duì)的技術(shù)統(tǒng)計(jì)和每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，以此為依據(jù)，對(duì)教練提供基于分析結(jié)果的賽場(chǎng)態(tài)勢(shì)幫助。對(duì)戰(zhàn)雙方全隊(duì)實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，如表1所示。

球隊(duì)單個(gè)球員的實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，如表2和表3所示。

對(duì)戰(zhàn)雙方實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，如表4所示。

守門員實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析如表5所示。

經(jīng)過海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，最佳進(jìn)攻組合為桑德羅和安塔爾，最佳傳球組合為安塔爾和苑維瑋。通過對(duì)于全隊(duì)技術(shù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)球數(shù)、射門次數(shù)、射正次數(shù)、撲救次數(shù)、雙方搶斷成功率、傳球成功率、頭球成功率等，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)教嫜a(bǔ)席，以便于教練參考，為決策調(diào)整提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

對(duì)海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是做出正確決策的重要基礎(chǔ)。海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于無法在微型系統(tǒng)下實(shí)時(shí)對(duì)全方位的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而高效的分析系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)使用困難。傳統(tǒng)的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析采用以實(shí)驗(yàn)者為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后處理方法，通過錄像分析，以每個(gè)實(shí)驗(yàn)者為單點(diǎn)模型，構(gòu)建單點(diǎn)互聯(lián)系統(tǒng)，基于統(tǒng)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，無法保證實(shí)時(shí)性，分析誤差大。提出基于DSP的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)現(xiàn)了微型一體化的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析，以高速DSP為核心架構(gòu)，輔助以專用數(shù)據(jù)冗余分析單元，對(duì)實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行多點(diǎn)建模，并以模型關(guān)聯(lián)特性作為分析基礎(chǔ)，以多關(guān)聯(lián)度完成數(shù)據(jù)提取與融合處理，實(shí)現(xiàn)海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以一場(chǎng)中超聯(lián)賽為樣本記性測(cè)試分析，采用基于DSP的海量實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于進(jìn)球、射門次數(shù)、射正次數(shù)、遠(yuǎn)射、控球率、角球、控球時(shí)間、最佳傳球組合，最佳進(jìn)攻組合等多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)教練員實(shí)現(xiàn)正確調(diào)整對(duì)策具有有效幫助。