虛擬演播室系統設計及關鍵技術研究

張有瑞

（吉林廣播電視臺 吉林 長春 130000）

1 引言

節目錄制需要在演播室內進行，這是新聞傳播的重要場所之一。電視臺的日常錄制中，演播室一般分為實景、虛景兩種，每一種都是非常重要的。虛擬演播室可以實現演播室資源合理有效的利用，可以降低造景、裝拆成本，減少人員、資金的投入，很多節目都會利用一套演播系統進行節目錄制，有效地降低成本，提高錄制的效率。電視節目制作環節，虛擬演播室可以更好地保證錄制的順利開展，即使天馬行空的想法也能夠實現，并且不會受到時間、空間的限制，使得創作人員有更加廣闊的空間，突破了時間、空間的限制，也不會受到道具的限制，可以發揮出人們的想象力，任何先進技術都能在虛擬演播室內實現，這種錄制方式，非常方便，也會為電視節目制作提供新的形式。

2 三機位單通道單跟蹤虛擬演播室系統設計

TOP3Dset系統的主要運行系統為機械跟蹤，根據要求在系統內設置必要的跟蹤設備，沒有采取任何測量工作，就可以快速完成定位，穩定性好、數據精度高、反應速度快[1]。流媒體渲染服務器可以進行實時渲染處理，特技操作效果是非常有效的，虛擬場景和現實場景是非常相似的，基本看不出任何差別，且可以構建出功能龐大的虛擬演播室系統，能夠達到任何節目錄制要求。軟件和硬件運行都有非常高的穩定性，系統軟件功能性強大，播出控制能夠進行編輯，各個虛擬參數信息都能夠全面掌握。這些特點使得節目錄制順利進行，讓錄制活動有效開展[2]。

電視臺結合自身需要創建虛擬演播室系統，目的是實現演播室利用，消除實景演播室數量不夠的缺陷，因此，在設計方案確定的過程中，應該綜合分析建設的系統可以滿足不同節目錄制要求。綜合分析實際應用要求，設計為三機位通道的全數字虛擬演播室系統，配置完成的節目錄制場景轉變系統，3個機位可以達到訪談類節目的需要，分別對主持人、嘉賓、全景進行錄制，滿足節目制作需要。虛擬演播室的組成見圖1。

圖1 虛擬演播室的組成

3 虛擬演播室系統的關鍵技術

3.1 運動跟蹤技術

虛擬演播室跟實景演播室差異明顯，科技的發展，跟蹤技術水平得到提升，節目制作中，攝像機狀態信息明確是非常關鍵的[3]。虛擬演播室內應用的攝像機是專業攝像機，通常都會設置跟蹤器完成實時監測和跟蹤。跟蹤器可以隨時進行攝像機高度、位置以及鏡頭數據等相關的信息確定。從目前應用情況分析，虛擬演播室的跟蹤技術主要包含以下幾種。

機械傳感跟蹤系統：把跟蹤器設置到攝像機內，利用該設備可以快速地掌握攝像機的全部數據信息。攝像師按照不同的錄制要求做出必要改進，可以利用變焦環、聚焦環、機頭部位進行確定，運動數據編碼器根據要求實現各項數據確定，且可以了解各項運動經過串口傳輸到渲染計算機內完成處理，與前景背景符合協調性的要求，視覺效果也會得到提升[4]。該跟蹤方式的應用范圍比較廣，技術比較成熟，但是攝影機是固定不動的，所以應用還有一定的局限性。

圖像識別跟蹤系統：其是目前應用較為常見的形式之一，但是與機械傳感跟蹤方式對比，其對于藍箱的要求是比較高的，要將具備精確性的網格圖案直接使用了各項數據信息，在藍箱背景墻使用，能夠獲取相關的網格圖案信息，隨時做出跟蹤和控制，考慮到不同圖案的差異，了解全部的數據信息，且能夠及時傳輸到跟蹤系統內，按照要求獲取必要的初始數據信息，以實現數據信息分解和利用。計算確定每個圖像內運動所產生的水平轉動參數，各項數據都會有一定的變化，然后傳輸到工作站內，通過計算機可以準確掌握位置數據以明確攝像機的運動狀態，可以達到透視性的要求。該跟蹤方式應用效果較好，且沒有任何的裝置會產生干擾和影響，按照要求隨機進行攝像機移動以獲取不同場景和畫面，這是機械跟蹤方式沒有的特點[5]，見圖2。

圖2 系統工作流程圖

3.2 攝像機的鎖定

和實景演播室有著一定的差異，虛擬演播室按照錄制的要求進行攝像機的調整，且并不具備特殊的要求，能夠結合具體的情況做出必要的取景改變，而很多情況下虛擬攝像機位置都是相對固定的[6]。根據不同節目錄制要求，確定兩臺或者更多的攝像機，合理確定安裝位置，保證人物和場景都是固定不變的，一旦發生改變就會導致演播室內的畫面發生變化，視覺上難以達到真實性的感覺。因此，需要應用多機位的拍攝時，需要確定虛擬攝像機位置，確保虛擬攝像機間距和真實攝像機間距是完全一致的，且推拉搖移初始量和實際的攝像機是完全一致的，從而可以使得機位調整就能夠達到背景一致性的要求，以此就能夠規避穿幫問題。

3.3 色鍵技術

在黑白電視發展過程中，色鍵的基礎技術就已經全面地應用到節目制作中。亮鍵技術的合理使用可以讓觀看者準確地掌握圖像亮度的差異，結合操作的要求進行亮度相同部位摳除，替換為背景圖像，進而可以實現摳像處理，形成符合人們觀看要求的畫面。色鍵技術是以亮鍵技術作為根本研發的，主要是利用畫面內色彩的組合方面的差異，了解到視頻和圖像方面的不同狀態，實現各個圖像的摳出處理，就可以完成計算和應用，圖像和背景可以有效地分離和應用。

3.4 藍箱

虛擬演播室系統全部技術都是在某個基礎演播室內進行的，這種環境內對于裝飾設計的要求比較低，只要是有一定的空間可以搭設純色箱體即可完成[7]。箱體顏色一般都是采用藍色或者綠色的形式，歐美等國家希望選擇綠色形式，而亞洲地區則主要是應用藍色，通過藍色繪制箱體地面與墻壁，就是人們所說的藍箱。摳像應用藍色的原因如下：摳像時藍色和亞洲皮膚黃色是互補的，扣出操作極為方便；綠色和藍色對比，其更加容易溢出，前景物體邊緣職能應用輕微藍色浸染，這樣可以保證摳像符合要求。

3.5 計算機圖形技術

虛擬演播室內應用計算機圖形技術進行渲染、包裝以及圖形設計方面，保證最終節目制作效果都是依賴于計算機圖形技術實現的[8]。虛擬演播室在選擇時，背景大多都是圖像或者視頻，這樣可以使得整個演播節目的制作更加順暢，操作也會更加方便快捷。虛擬場景設計環節，利用計算機完成圖像的制作，經過各項必要的制作工作之后，制作人員結合要求制作成為節目需要的虛擬演播場景，并且利用計算機完成修改和調整，提高節目的質量[9-10]，見圖3。

圖3 虛擬演播室系統工作原理圖

4 結語

虛擬演播室系統建設完成之后，節目形式更加多樣化，畫面質量水平也得到很大的提升，有非常強烈的科技感[11]。虛擬演播室的合理使用，讓演播室的錄制節目效率和質量有了很大的提升，不同板塊的節目可以用計算機制作完成，場景切換自如，同時能夠降低設備、室內布置的成本，效果非常好，是未來電視領域的主要發展方向之一[12]。