基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统及方法 技术领域 本发明涉及电子游戏操作技术领域， 特别涉及体感游戏操作技术领域， 具体是指 一种基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统及方法。
背景技术 目前专业游戏市场正在崛起一种创新的玩法。随着索尼公司推出用 PS2 的 USB 摄 像头游戏系列 EyeToy， 当玩家把 EyeToy 插到 PS2 主机上， PS2 就可以感应玩家的影像与动 作， 让玩家进入游戏画面来控制游戏的进行。 例如棒球游戏中， 玩家只需要做出挥舞棒球棍 的样子， 就可以看到在游戏中击中了飞来的球。由于 EyeToy 创新的游戏方式， 使得相关游 戏在世界各地都大受欢迎， 并陆续推出了多款游戏， 游戏方式也不断推陈出新。 而这类非传 统的输入控制方式， 也被纳入下一代游戏主机标准输入装置的考虑范围内。特别是微软公 司正式对 XBOX360 体感周边外设正式发布名为 Kinect 的 3D 摄像头设备， 彻底颠覆了游戏 的单一操作。使人机互动的理念更加彻底的展现出来。此时， 最棒的遥控器就是玩家自己， 玩家可以用脚踢仅存在于屏幕中的足球， 并用伸手设法拦阻进球。 而在驾驶游戏中， 玩家转 动想象中的方向盘来操控电视游戏中的赛车。 能够这样操作的游戏被称为体感游戏。 但是， 目前所有专业体感游戏机都需要购置专用的硬件设备， 这就使体感游戏的硬件成本很高， 普及较为困难。
机顶盒 (Set Top Box)， 从广义上说， 是与电视机连接的网络终端设备。基于有 线电视网络的模拟频道增补器、 模拟频道解码器， 到将电话线与电视机连接在一起的 “维拉 斯” 上网机顶盒、 数字卫星的综合接收解码器 (IRD)、 数字地面机顶盒以及有线电视数字机 顶盒都可称为机顶盒。从狭义上说， 如果只说数字设备的话， 按标准分为数字卫星机顶盒 (DVB-S)、 欧标数字地面机顶盒 (DVB-T)、 国标数字地面机顶盒 (DMB-TH)、 有线电视数字机 顶盒 (DVB-C)。按照功能来分的话， 可以分为单向机顶盒、 双向机顶盒、 IPTV 机顶盒。
数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目， 同时具有所有广播和交互式多 媒体应用功能， 如：
(1) 电子节目指南 (EPG)。给用户提供一个容易使用、 界面友好、 可以快速访问想 看节目的一种方式， 用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放 的电视节目 ；
(2) 高速数据广播。 能给用户提供股市行情、 票务信息、 电子报纸、 热门网站等各种 消息 ；
(3) 软件在线升级。软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务 器按 DVB 数据广播标准将升级软件广播下来， 机顶盒能识别该软件的版本号， 在版本不同 时接收该软件， 并对保存在存储器中的软件进行更新 ；
(4) 因特网接入和电子邮件。数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实 现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网， 发送电子邮件。同时机顶盒 也可以提供各种接口与 PC 相连， 用 PC 与因特网连接 ；
(5) 有条件接收。 有条件接收的核心是加扰和加密， 数字机顶盒应具有解扰和解密 功能。总之， 到目前为止， 围绕数字机顶盒的数字视频、 数字信息与交互式应用三大核心功 能开发了多种增值业务。
随着数字电视的普及， 机顶盒的应用也逐步走进千家万户。体感游戏也成了机顶 盒服务的一项内容， 这将意味着使用机顶盒的用户可以通过机顶盒在家游玩体感游戏， 大 大丰富了客厅娱乐的内涵！传统的游戏需要通过 PC 平台或者游戏机平台来运行， 用户游 玩必须购买电脑或者游戏机， 搭载机顶盒的技术优势在于摆脱传统游戏平台的限制， 充分 利用机顶盒平台资源， 消费者不需要单独购买电脑或者游戏机， 只需有该类型的机顶盒就 可以玩体感游戏， 使用方便的同时节约了成本。但是基于机顶盒的体感游戏仍然需要采用 机顶盒专用遥控器或专用的硬件游戏遥控器， 这也增加了体感游戏的成本， 对体感游戏在 机顶盒平台上的推广形成制约。 发明内容 本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点， 提供一种能够通过普通的机顶盒 和常规的聊天摄像头使用户能够获得专业的体感游戏体验、 大幅降低体感游戏的硬件成 本、 结构简单、 工作性能稳定可靠、 应用范围较为广泛的基于电视机顶盒实现体感游戏操控 的系统及方法。
为了实现上述的目的， 本发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统具有如 下构成 ：
该系统包括摄像装置和内置于电视机顶盒中的游戏操控模块， 所述的摄像装置连 接于所述的游戏操控模块。
该基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统中， 所述的游戏操控模块包括图像处 理单元和游戏操控信号处理及生成单元， 所述的图像处理单元分别连接所述的摄像装置和 游戏操控信号处理及生成单元。其中， 所述的图像处理单元为图像处理芯片。
该基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统中， 所述的游戏操控信号处理及生成 单元通过电视机顶盒中内置的网络连接器及网络与一外部的内置有体感游戏软件系统的 游戏服务器相连接。 。
本发明还提供一种利用所述的系统实现基于电视机顶盒的体感游戏操控方法， 该 方法包括用户动作识别操作， 该用户动作识别操作包括以下步骤 ：
(1) 所述的摄像装置连续拍摄用户图像， 并将图像发送至所述的电视机顶盒的游 戏操控模块 ；
(2) 所述的游戏操控模块对前后获取的图像进行比较， 判断用户的动作， 并获得用 户动作描述图像 ；
(3) 所述的游戏操控模块将所述的用户动作描述图像作为体感游戏操控信息。
该基于电视机顶盒的体感游戏操控方法中， 所述的步骤 (1) 具体包括以下步骤 ：
(11) 所述的摄像装置连续拍摄用户图像， 并将图像发送至所述的图像处理单元 ；
(12) 所述的图像处理单元对所获得的图像进行二值化处理， 获得当次二值化处理 图像 ；
(13) 所述的图像处理单元将所述的当次二值化处理图像发送至所述的存储器中
储存。
其中， 所述的步骤 (2) 具体包括以下步骤 ： (21) 所述的图像处理单元从所述的存储器中读取前一次存储的二值化处理图像； (22) 所述的图像处理单元前次二次化处理图像与所述的当次二次化处理图像进 行差值操作， 获得差异图像 ；
(23) 所述的图像处理单元以所述的差异图像作为用户动作描述图像。
所述的步骤 (3) 具体包括以下步骤 ：
(31) 所述的图像处理单元将所述的用户动作描述图像发送至所述的游戏操控信 号处理及生成单元 ；
(32) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的用户动作描述图像作为体感 游戏操控信息。
该基于电视机顶盒的体感游戏操控方法中， 所述的游戏操控信号处理及生成单元 通过电视机顶盒中内置的网络连接器及网络连接一外部游戏服务器， 所述的游戏服务器存 储有体感游戏程序， 所述的方法还包括体感游戏运行操作， 所述的体感游戏运行操作包括 以下步骤 ：
(5) 所述的游戏操控信号处理及生成单元根据所运行的游戏判断当前游戏图像中 的感兴趣区域 ；
(6) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的感兴趣区域与所述的用户动作 描述图像中的对应区域进行归一化处理， 获得感兴趣区域的运动度表现值 ；
(7) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的运动度表现值作为游戏运行参 数；
(8) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的游戏运行数据发送至所述的游 戏服务器。
该基于电视机顶盒的体感游戏操控方法中， 所述的步骤 (5) 具体是指 ： 所述的游 戏操控信号处理及生成单元将当前游戏图像中的可操作对象所在的区域作为感兴趣区域。 且所述的步骤 (6) 具体包括以下步骤 ：
(61) 所述的游戏操控信号处理及生成单元在所述的用户动作描述图像中找到与 所述的感兴趣区域对应的区域 ；
(62) 所述的游戏操控信号处理及生成单元计算所述的用户动作描述图像对应区 域中运动点占该区域全部点的百分比 ；
(63) 所述的游戏操控信号处理及生成单元判断所述的百分比是否超出预设的阈 值， 若超过， 则感兴趣区域的运动度表现值为有运动， 若未超过， 则感兴趣区域的运动度表 现值为没有运动。
该基于电视机顶盒的体感游戏操控方法中， 在所述的步骤 (63) 之后还包括以下 步骤 ：
(64) 在感兴趣区域的运动度表现值为有运动的情况下， 所述的游戏操控信号处理 及生成单元将所述的用户动作描述图像对应区域中运动点占该区域全部点的百分比作为 运动幅度参数。
采用了该发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统， 其包括摄像装置和内 置于电视机顶盒中的游戏操控模块， 所述的摄像装置连接于所述的游戏操控模块。在应用 该系统进行体感游戏操作时， 摄像装置将连续拍摄的用户图像发送至电视机顶盒的游戏操 控模块 ； 然后游戏操控模块对前后获取的图像进行比较， 判断用户的动作， 并获得用户动作 描述图像 ； 最后将所述的用户动作描述图像作为体感游戏操控信息， 实现对于体感游戏的 操控。本发明的系统及方法的实现无需购置体感游戏专用的硬件设备， 而仅需通过普通的 机顶盒和常规的聊天摄像头， 即可使用户能够获得专业的体感游戏体验， 从而大幅降低体 感游戏的硬件成本， 为用户提供了一个简单、 方便、 自然、 非接触、 且极富吸引力的、 全新的 多媒体交互设备。 本发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统及方法， 其结构简单， 应用范围较为广泛。 附图说明
图 1 为本发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统的结构示意图。
图 2 为本发明的基于电视机顶盒的体感游戏操控方法中的用户动作识别操作的 步骤流程图。
图 3 为本发明的基于电视机顶盒的体感游戏操控方法在实际应用中的流程示意图。 图 4 为玩家利用本发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统进行体感游 戏操作的示意图。
图 5 为玩家利用本发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统进行 “足球守 门” 体感游戏操作的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容， 特举以下实施例详细说明。
请参阅图 1 所示， 为本发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统的结构示 意图。
在一种实施方式中， 所述的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统包括摄像装 置和内置于电视机顶盒中的游戏操控模块， 所述的摄像装置连接于所述的游戏操控模块。
采用该实施方式的系统实现基于电视机顶盒的体感游戏操控方法包括用户动作 识别操作， 该用户动作识别操作， 如图 2 所示， 包括以下步骤 ：
(1) 所述的摄像装置连续拍摄用户图像， 并将图像发送至所述的电视机顶盒的游 戏操控模块 ；
(2) 所述的游戏操控模块对前后获取的图像进行比较， 判断用户的动作， 并获得用 户动作描述图像 ；
(3) 所述的游戏操控模块将所述的用户动作描述图像作为体感游戏操控信息。
在一种较优选的实施方式中， 所述的游戏操控模块包括图像处理单元和游戏操控 信号处理及生成单元， 所述的图像处理单元分别连接所述的摄像装置、 游戏操控信号处理 及生成单元以及所述的电视机顶盒固有的存储器。其中， 所述的图像处理单元为图像处理 芯片。在采用该实施方式的系统实现基于电视机顶盒的体感游戏操控方法， 所述的步骤 (1) 具体包括以下步骤 ：
(11) 所述的摄像装置连续拍摄用户图像， 并将图像发送至所述的图像处理单元 ；
(12) 所述的图像处理单元对所获得的图像进行二值化处理， 获得当次二值化处理 图像 ；
(13) 所述的图像处理单元将所述的当次二值化处理图像发送至所述的存储器中 储存。
所述的步骤 (2) 具体包括以下步骤 ：
(21) 所述的图像处理单元从所述的存储器中读取前一次存储的二值化处理图 像；
(22) 所述的图像处理单元前次二次化处理图像与所述的当次二次化处理图像进 行差值操作， 获得差异图像 ；
(23) 所述的图像处理单元以所述的差异图像作为用户动作描述图像。
且所述的步骤 (3) 具体包括以下步骤 ：
(31) 所述的图像处理单元将所述的用户动作描述图像发送至所述的游戏操控信 号处理及生成单元 ； (32) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的用户动作描述图像作为体感 游戏操控信息。
在进一步优选的实施方式中， 所述的游戏操控信号处理及生成单元通过电视机顶 盒中内置的网络连接器及网络连接一外部游戏服务器， 所述的游戏服务器内置有体感游戏 软件系统。
采用该实施方式的系统实现基于电视机顶盒的体感游戏操控方法还包括体感游 戏运行操作， 所述的体感游戏运行操作包括以下步骤 ：
(5) 所述的游戏操控信号处理及生成单元根据所运行的游戏判断当前游戏图像中 的感兴趣区域 ；
(6) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的感兴趣区域与所述的用户动作 描述图像中的对应区域进行归一化处理， 获得感兴趣区域的运动度表现值 ；
(7) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的运动度表现值作为游戏运行参 数；
(8) 所述的游戏操控信号处理及生成单元将所述的游戏运行数据发送至所述的游 戏服务器。
在更进一步优选的实施方式中， 所述的步骤 (5) 具体是指 ： 所述的游戏操控信号 处理及生成单元将当前游戏图像中的可操作对象所在的区域作为感兴趣区域。 且所述的步 骤 (6) 具体包括以下步骤 ：
(61) 所述的游戏操控信号处理及生成单元在所述的用户动作描述图像中找到与 所述的感兴趣区域对应的区域 ；
(62) 所述的游戏操控信号处理及生成单元计算所述的用户动作描述图像对应区 域中运动点占该区域全部点的百分比 ；
(63) 所述的游戏操控信号处理及生成单元判断所述的百分比是否超出预设的阈
值， 若超过， 则感兴趣区域的运动度表现值为有运动， 若未超过， 则感兴趣区域的运动度表 现值为没有运动。
其中， 所述的阈值的可选择范围为 0 ～ 100％， 相应的取值具体取决于体感游戏本 身的要求， 可以根据体感游戏开发者的具体需求灵活进行调整。
在更优选的实施方式中， 在所述的步骤 (63) 之后还包括以下步骤 ：
(64) 在感兴趣区域的运动度表现值为有运动的情况下， 所述的游戏操控信号处理 及生成单元将所述的用户动作描述图像对应区域中运动点占该区域全部点的百分比作为 运动幅度参数。
在本发明的应用中， 机顶盒获取摄像头传来的视频图片后， 由于其性能所限， 需要 采取一种简单的区域运动识别方法。其具体操作流程如图 3 所示， 包括如下步骤 ：
1) 对获取的图片， 交由机顶盒的中央处理器和内存进行计算处理， 把图片二值化 以便后面的继续处理。因为二值化只需要亮度信息就足够， 摄像头输入的图像格式不必须 采用 RGB 格式， 也可以是 YUV 格式即可。
2) 保留本次二值化的图片在机顶盒的内存中， 并通过机顶盒的中央处理器和上次 保留在机顶盒内存中的二值化图片做差值操作， 得到差异图片并保留在机顶盒内存中。该 差异图片反映出二次图片之间外界运动的情况。注意普通摄像头的分辨率是 VGA 的， 大小 为 640×480， 二值化信息只要 0 和 1 表示， 保存一副二值化的图片需要的空间非常小， 仅为 38.4K 字节， 普通机顶盒可以存放多幅二值化图片信息。
3) 根据体感游戏的需要而设定的感兴趣区域， 例如顶气球游戏， 需要判定的是当 前图片中气球区域是否有运动。 那么气球位置就是感兴趣区域， 为了计算方便， 可以用一个 矩形来近似表示该气球区域。体感游戏以左上角坐标加上矩形大小给出该区域范围。机顶 盒中央处理器在内存中保留的差值图片中裁剪出该区域的部分， 做归一化运算。归一化的 计算是裁剪出来区域中有运动点的数目除以该区域全部点的数目。
4) 这种归一化运行的结果是这个感兴趣区域的运动度体现。0 表示完全没有运 动， 1 表示完全的运动。该数值可以用来控制体感游戏的进行。比如设置阀值为 3％， 如果 气球区域归一化的计算结果小于 3％， 则这些变化可能是图像处理过程中噪音所致， 可以忽 略这些变化， 相应的， 在体感游戏中让气球下降 ； 否则如果气球区域归一化的计算结果大于 3％， 意味着气球位置上有超过 3％的部分被碰触到， 体感游戏可以让气球上升， 甚至气球上 升的速度可以和归一化的数字成比例。
在实际应用中， 本发明的机顶盒可以采用中兴通讯 IPTV 机顶盒 B700。 ZXV10 B700 机顶盒是中兴通讯推出的嵌入式视音频解码设备， 提供优异的高清解码能力， 是一款高清 机顶盒产品。 ZXV10 B700 机顶盒具有强大的功能扩展性， 除为用户提供 LiveTV、 VOD、 网页浏 览等基本业务外， 同时提供 JVM 支持能力， 支持游戏、 证券等各种丰富的增值业务应用。摄 像头聊天是 B700 本身具备的功能， 进行游戏必需的图片显示和音效等本身也具备， 在这些 B700 本身具备的条件之下， 无需采用任何额外的硬件设备， 使用本实现方法使得 B700 成为 一款玩家身体控制的体感游戏机。如图 1 所示， 是本发明的系统的硬件环境示意图， 其中机 顶盒直接连接在电视机上， 并安装了聊天用摄像头。体感游戏包括 “足球守门” 、 “打篮球” 、 “打网球” 、 “跳舞” 、 “钓鱼” 等几十款游戏， 这些游戏全部采用玩家身体控制， 无需任何额外控 制设备。图 4 为机顶盒摄像头游戏玩家的游戏示意图， 玩家运动身体， 这些连续的运动身体的图像被摄像头拍摄后经过本文描述的方法进行处理， 控制游戏进行。图 5 为机顶盒摄像 头游戏的实现示意图， 其表现的是 “足球守门” 游戏， 电视机上展现给玩家的包括摄像头拍 摄到的玩家身体和体感游戏产生的虚拟足球和门框等。
采用了该发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统， 其包括摄像装置和内 置于电视机顶盒中的游戏操控模块， 所述的摄像装置连接于所述的游戏操控模块。在应用 该系统进行体感游戏操作时， 摄像装置将连续拍摄的用户图像发送至电视机顶盒的游戏操 控模块 ； 然后游戏操控模块对前后获取的图像进行比较， 判断用户的动作， 并获得用户动作 描述图像 ； 最后将所述的用户动作描述图像作为体感游戏操控信息， 实现对于体感游戏的 操控。本发明的系统及方法的实现无需购置体感游戏专用的硬件设备， 而仅需通过普通的 机顶盒和常规的聊天摄像头， 即可使用户能够获得专业的体感游戏体验， 从而大幅降低体 感游戏的硬件成本， 为用户提供了一个简单、 方便、 自然、 非接触、 且极富吸引力的、 全新的 多媒体交互设备。 本发明的基于电视机顶盒实现体感游戏操控的系统及方法， 其结构简单， 应用范围较为广泛。
在此说明书中， 本发明已参照其特定的实施例作了描述。 但是， 很显然仍可以作出 各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此， 说明书和附图应被认为是说明性的 而非限制性的。