廣播電視臺高清虛擬演播室的技術及應用研究

李召征

（臨清市融媒體中心，山東 聊城 252600）

導語

所謂的虛擬工作室，主要是基于高速圖形計算機和視頻彩色鍵開發的虛擬系統，在運行過程中可以通過多種方法獲取攝像機運行參數，實時地進入虛擬背景和色鍵銳器后，前景無縫合成，使整個鏡頭繪畫面孔變得更加生動，基于虛擬工作室方面開發的3D軟件，目前我國正在開發研制的多種三維動畫軟件都有廣闊的應用前景以及良好的商業變現效果。 為了更好的解決這個問題，我國還需要繼續加大資金、技術、人才等方面的支持力度。

1.簡析廣播網絡電視臺高清虛擬電視演播室特點

一般來說，大多數高清虛擬工作室都是由Orad系統提供支持的一種新的跟蹤系統，以網格跟蹤為主，輔以紅外傳感和機械傳感的新型跟蹤類系統，它在各方面的表現都是國內首屈一指的，尤其是單一的去跟蹤模式，在系統的比較中會更加明顯。 可以為攝像機提供虛擬工作室，更大的空間允許自由運動拍攝，如肩裝相機、搖桿相機，雖然相機的類型不同，但在這個工作室里它不會受到影響。[1]此外，在攝影棚內它可以實現360°無死角拍攝。 在某種程度上，它可以被看作是一個獨立的系統并且可以在更大的系統中工作。

2.高清虛擬演播室系統在電視臺中的應用效果

2.1 降低后期制作難度，改善畫面精度

電視節目的幕后制作也占據較大的制作比例。在高清虛擬演播室系統的幫助下進行后期的構圖前，需要對整體畫面的質量以及清晰度進行校準，這樣，也就能更有效地提高畫面表現的細膩精致感效果和真實感，同時還可以根據現場實際環境需要來調節畫面燈光的亮度及白天黑暗度的明暗變化，以達到更好的觀看體驗。[3]值得注意的一點是在大多數錄音制作時都采用的高清虛擬演播室系統程序是以線性的編輯方式來制作，通過PR等具有復雜處理功能的編輯軟件，實現特效合成和字幕、特效合成等多種功能，也就可以通過 綜合編輯等各種方式實現有效地拓寬后期制作技術。

3.高清虛擬演播室系統的應用技術研究

3.1 跟蹤定位系統研究

GPS跟蹤系統是高清虛擬演播室系統的（如圖1所示）一個核心系統，也是編程的重要組成部分。 在大多數情況下，也可以根據運動數據生成精確的跟蹤數據來自動調節運動頻率、鏡頭變化和參數。當然，這種類型系統中的設備系統仍須有符合其自身一定數量特性的、可作為優先實現的應用功能。依其所需要的設備系統，保證在其一定寬度范圍內能夠實現滿足其實際應用功能。[4]其次，系統一般多采用機械傳感器跟蹤裝置，這套裝置也可以考慮使它同時可以被傳感器隨時跟蹤并感知，接收到多個數據參數信號，并能夠同時將所有數據的參數信息進行組合，然后存儲起來處理并發送反饋信息到圖形工作站。筆者所在單位最近正研究用這個新方法在另一種可能存在誤差的情況下，機械傳感器可以覆蓋獲得誤差的幾乎所有垂直方向。因此，它無疑可以最有效地補償在機械傳感器水平視角方向上所存在的誤差問題，由此可以更好的提升檢測的精準度，彌補網格傳感器缺點的同時，它的本身設計還將會更加有效地來幫助提高機械物體的位置、傳感速度、位置跟蹤系統的運行效率，使得虛擬位置技術的實際應用空間得到更加有效的擴大。最后，小型的紅外傳感器系統。這個瞄準系統的優勢在于它能夠自由且靈活方便地通過控制或移動球拍來進行射擊瞄準，以進行實時紅外跟蹤并獲得紅外攝像機的紅外運動參數，從而實現對移動相機的精確定位。[5]

圖1 高清虛擬演播室系統簡圖

3.2 實時渲染平臺技術探究

實時場景渲染及處理技術平臺的特點是通過特殊方式將該應用系統自身的各種性能特點優勢與實時場景跟蹤和實時數據方面的強大性能優勢相結合，通過實現虛擬實時場景進行跟蹤渲染，文字信息、圖像信息數據的實時高速轉換及處理等各種處理方式來真正實現高速實時數字信號的渲染輸出。

3.3 虛擬場景制作技術探究

虛擬場景的創造在很大程度上依賴于3D技術。有了這個軟件技術，首先能夠完成足夠數量的第三方圖形模型的制作。建立貼圖模型，根據貼圖在打光后產生的情況來自己選擇貼圖進行三維虛擬的場景構造及制作，保存轉換為適當尺寸的格式文件。其次，考慮到模型曲面的數量，最好不要超過一萬個正四邊形。在提前進行生產建模時就應同時考慮模型不同坐標軸的對應位置，以便確保與場景模型內的坐標值有很好的匹配。與此同時，需要多做一個針對不同模型對象層數的序列架構，以便該序列構架并不會明顯影響到整個虛擬生產場景中的仿真制作效果。[6]

4.虛擬演播室系統具體技術探究

4.1 系統主要配置

整體的高清演播室的框架圖如圖2所示，對高清演播室系統的配置而言，其整體系統由四迅道松下ak—hc931所構成，并且在其中可以由一個小搖臂所搭配使用。虛擬系統的主要設備是由一套九成三的網絡網格，以及此配套的v di打碼設備與d vp網絡識別設備，其整體設備一個由固定機位的機械傳感器組成，一個由搖臂機位的小紅外跟蹤器，以及由虛擬場景功能集成為一體的HD vg實時圖像渲染工作站等來組成整體系統。[7]

圖2 虛擬演播室框架圖

4.2 虛擬演播室信號輸出流程

在虛擬演播室的系統開發當中，具體系統應用時，應該將信號的流程進行規劃總結。首先應該使用攝像機來輸出應有的信號，經過新型的v di設備，在打入標識碼之后直接切需要對整體的信號流程進行總結，這樣才能在虛擬演播室系統的開發當中，使具體的應用系統得到良好的運行。通過對攝像機的輸入輸出信號進行調整，經過新型設備v di再打入標識碼之后，就應立即切換另一臺設備進行操作。同時，利用d vp設備進行整體攝像識別以及攝像頭的切換，將整體信號通過網絡攝像機進行控制調整，對整體HDVG圖像顯示器的圖像進行渲染，同時調整每個機位的位置，使演播室內的每個機器都正對演播室。在相應關聯下進行高清臺的切換以及輔助母線信號兩路信號的視頻處理，一路信號作為輸出端對攝像機的前景信號進行輸出，將使用信號輸出送到HD vg的機器內進行處理。另一路輸出信號與攝像機HD NG相匹配，進行d vp網絡圖像實時跟蹤并進行圖像數據的時刻采集處理。通過使用對攝像機畫面中的網絡進行跟蹤信號的實時跟蹤處理，將采集到的數據與攝像機的運動軌跡進行圖像分析，并使其與攝像機鏡頭的位置變化，信號參數進行對比。以此來完成對攝像機進行定位檢測以及動態的實時跟蹤。在使用HD vg設備系統的同時，攝像系統也必須能夠自動的連接到機器，傳感器以及紅外傳感器上使直接采集到的信息，可以通過攝像機進行遠程的信號軌跡分析，實時跟蹤攝像機鏡頭位置變化而帶來的信號誤差。[8]從而來實現全方位的定位跟蹤。HD vg輸出后，產生前進信號、背景信號，以及matte信號。最后，經過色鍵器的合成后，將整體視頻送往切換臺進行最后一步的信號輸出。最后再使用HD vg所生成的虛擬場景作為整體背景視頻的信息信號填充，根據場景所需要的整體背景，再通過調色，對顏色進行微調來實現視頻與三維模擬背景視頻的完美結合。

4.3 虛擬植入技術

通過對虛擬網絡演播室系統進行合理的設計與配置，可以同時完成虛擬演播室真實場景的植入，同時也可以利用各種技術手段來對實際工程進行操作，實際上，兩種基本功能是相輔相成，相互協調，共同來完成網絡演播室系統的運行。虛擬實景的植入，在現今網絡演播室中，已經越來越廣泛地應用在電視節目錄制當中，通過在電視節目的畫面中添加一些虛擬舞臺效果，例如星光煙霧等可以豐富整個電視舞臺，增強電視整體的色彩感。

4.4 場景制作技術

制作三維虛擬燈光場景效果的三維模型可以直接下載在系統內置的三維制作設計軟件3D designer中，直接進行渲染完成，也可以通過導入到各種第三方軟件中進行創作。比如3D Studio內置的渲染軟件Max、Maya和動畫軟件Softimage等，需要在建模框和貼圖板打光用完燈光之后，將燈光中的貼圖等圖形信息烘焙制發到某一張貼圖板文件上，保存為格式通常為wrl格式的文件即可（3D designer只識別這一種格式的文件）。同時也應考慮到對模型面數的特殊要求，一般不允許超過一萬個四邊角面數（兩萬個三角面）。

結語

虛擬演播室制作已成為一種新興的數字電子技術。對電視設計工程師而言，對備件的要求相對不高，所以成本很容易控制。目前，電視臺積極制作并宣傳推廣此類電視節目。文章結合當前流行的中國高清虛擬演播室系統技術在網絡電視臺技術中的具體應用，同時深入研究分析了衛星定位及跟蹤系統技術的重要作用，通過實時圖像渲染平臺構建、虛擬演播室場景的制作技術等對高清虛擬演播室的系統平臺構建策略的探討等深入分析，希望能真正有效地提高行業檔次，從而保證行業持續平穩和快速發展。