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

隨著計算機應(yīng)用系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，在各個領(lǐng)域產(chǎn)生了海量實時多媒體數(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值。而對海量信息的利用離不開底層對數(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)在運行過程中資源消耗需求量越來越大，運行效率明顯降低，而隨著時間的推移，難度也在增大。例如體育賽事技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，隨著大型賽事的增多。在比賽過程中，教練員需要根據(jù)場上數(shù)據(jù)和技術(shù)統(tǒng)計結(jié)果對人員和策略進行及時調(diào)整，從而控制比賽節(jié)奏，贏取比賽勝利。傳統(tǒng)的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析，采用以實驗者為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計后處理方法，通過錄像分析，以每個實驗者為單點模型，構(gòu)建單點互聯(lián)系統(tǒng)，基于統(tǒng)計軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，無法保證實時性，分析誤差大。

對于海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析，國內(nèi)許多學(xué)者進行了相關(guān)研究，取得了一定成果，但同時也存在一些問題。文獻中提出了一種采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方法，實現(xiàn)海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析，通過大帶寬數(shù)據(jù)鏈，首先實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，以此為基礎(chǔ)，采用數(shù)據(jù)融合的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合后處理，在各分布式的節(jié)點獲取數(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)一的計算機上進行處理，設(shè)計中側(cè)重數(shù)據(jù)鏈，而對于數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計的研究較少。文獻中提出一種基于實時異構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的海量實時多媒體數(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，實時性較差，所以無法實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計。文獻中提出一種基于Android系統(tǒng)下基于自組網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析方法，采用嵌入式的實時陛優(yōu)點，融合自組網(wǎng)的數(shù)據(jù)特性，對數(shù)據(jù)進行實時組網(wǎng)與處理，但涉及分析和統(tǒng)計的技術(shù)參數(shù)均為最原始的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，沒有對數(shù)據(jù)進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。

本文在文獻研究工作的基礎(chǔ)上，提出一種基于DSP的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)了微型一體化的海量實時多媒體數(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，對實驗者進行多點建模，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，實現(xiàn)海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析。

1 基于DSP多媒體數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)

1.1 微型一體化核心系統(tǒng)

數(shù)字信號處理器(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。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)計和信息技術(shù)領(lǐng)域，DSP最小系統(tǒng)設(shè)計包括專用硬件設(shè)計和配套軟件設(shè)計兩方面。硬件設(shè)計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訪問存儲器中設(shè)置外擴存儲器電路、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)計低功耗的微型一體化系統(tǒng)，所以對系統(tǒng)的電源設(shè)計、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，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

海量實時多媒體數(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)計結(jié)果準(zhǔn)確性提供保證。

以大型足球賽事實時技術(shù)統(tǒng)計的微型一體化實現(xiàn)為例，進行方法的敘述。假設(shè)球員A與球員B進行配合，則在傳球時，A隨機選擇傳球方向，其配合過程為：

通過對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海量實時數(shù)據(jù)分析實驗

實驗對象是大型足球賽事實時技術(shù)統(tǒng)計，用于進行基于DSP的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析實驗。對于各種參數(shù)的統(tǒng)計分析有助于教練員對賽場態(tài)勢做出實時調(diào)整，達到控制比賽的目的。

2.1 海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析內(nèi)容

對于大型足球賽事的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析主要分為兩大類：一是對于整體球隊的技術(shù)統(tǒng)計;二是對于每個運動員的技術(shù)統(tǒng)計。全隊的技術(shù)統(tǒng)計主要為：交戰(zhàn)雙方的進球數(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)、全隊犯規(guī)數(shù)、全隊越位數(shù)、紅牌數(shù)、黃牌數(shù)、換人次數(shù)、控制球時間比率、雙方搶斷成功率、傳球成功率、頭球成功率等，均會進行詳細的技術(shù)統(tǒng)計。而個人技術(shù)統(tǒng)計方面，除了射門次數(shù)、犯規(guī)次數(shù)、鏟斷次數(shù)、紅黃牌等基本項目外，還包括運動員的傳球數(shù)、跑動距離、活動區(qū)域半徑等關(guān)鍵技術(shù)統(tǒng)計。尤其是傳球的技術(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，細化到分為長傳、中傳、短傳的次數(shù)和成功率。

2.2 海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析意義

對海量實時多媒體參數(shù)進行分析，可以對每個運動員及全隊情況進行總結(jié)，為戰(zhàn)術(shù)制定提供良好的指導(dǎo)幫助。

采用評價方法對基于技術(shù)統(tǒng)計的分析指導(dǎo)結(jié)果進行評判，足球技術(shù)統(tǒng)計評價內(nèi)容的不斷擴展，要求將多種評價方式綜合運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)計評價效果也各有差異。因此，足球技術(shù)統(tǒng)計評價的內(nèi)容將越來越注重多元評價，包括足球運動員的認知能力、運動技術(shù)技能和場上情感等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)水平考評或一種球場態(tài)勢的測驗，而對于足球運動員的情感態(tài)度評價則會影響到其水平的積極發(fā)揮。在以往的足球技術(shù)統(tǒng)計評價中，比較注重足球技術(shù)統(tǒng)計的終結(jié)性評價，即每個半場或全場的表現(xiàn)，由于這種方法存在較長的時間跨度，因而失去了實時評價，進而實時反饋調(diào)整的功能，對激勵球員水平，提高比賽效果以及改進戰(zhàn)術(shù)意義不大。應(yīng)改變單純的足球技術(shù)統(tǒng)計終結(jié)評價方式，而是采取足球技術(shù)統(tǒng)計的診斷性、形成性和終結(jié)性評價相結(jié)合的評價方法，足球技術(shù)統(tǒng)計的診斷性評價則主要解決球員當(dāng)前的競技狀態(tài)，以確定最佳使用方法;形成性評價即在足球技術(shù)統(tǒng)計工作中及時發(fā)現(xiàn)問題，對問題診斷，及時解決問題，提出對策;足球技術(shù)統(tǒng)計的終結(jié)性評價采用換人方法，戰(zhàn)術(shù)及時調(diào)整，對對方進攻進行限制、終止，降低威脅自家球門的概率，從而達到贏取比賽的目的。

3 實驗結(jié)果與分析

實驗采用山東魯能與天津泰達的一場中超比賽進行海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析，分別對整個球隊的技術(shù)統(tǒng)計和每個運動員的技術(shù)統(tǒng)計進行總結(jié)，以此為依據(jù)，對教練提供基于分析結(jié)果的賽場態(tài)勢幫助。對戰(zhàn)雙方全隊實時多媒體數(shù)據(jù)分析，如表1所示。

球隊單個球員的實時多媒體數(shù)據(jù)分析，如表2和表3所示。

對戰(zhàn)雙方實時多媒體數(shù)據(jù)分析，如表4所示。

守門員實時多媒體數(shù)據(jù)分析如表5所示。

經(jīng)過海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析，最佳進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。通過對于全隊技術(shù)統(tǒng)計進球數(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，實時將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)教嫜a席，以便于教練參考，為決策調(diào)整提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

對海量實時多媒體數(shù)據(jù)進行分析，是做出正確決策的重要基礎(chǔ)。海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)的難點在于無法在微型系統(tǒng)下實時對全方位的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，而高效的分析系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，在現(xiàn)場使用困難。傳統(tǒng)的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析采用以實驗者為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計后處理方法，通過錄像分析，以每個實驗者為單點模型，構(gòu)建單點互聯(lián)系統(tǒng)，基于統(tǒng)計軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，無法保證實時性，分析誤差大。提出基于DSP的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)了微型一體化的海量實時多媒體數(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，對實驗者進行多點建模，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，實現(xiàn)海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析。實驗結(jié)果表明，以一場中超聯(lián)賽為樣本記性測試分析，采用基于DSP的海量實時多媒體數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)了對于進球、射門次數(shù)、射正次數(shù)、遠射、控球率、角球、控球時間、最佳傳球組合，最佳進攻組合等多項關(guān)鍵參數(shù)的實時統(tǒng)計分析，對教練員實現(xiàn)正確調(diào)整對策具有有效幫助。