高清虛擬演播室系統(tǒng)在電視臺的應(yīng)用

【摘要】高清晰度虛擬錄播是目前城市電視臺發(fā)展的一種重要方式。本文從多個方面對虛擬錄播系統(tǒng)的應(yīng)用情況進行了探討，其中包括：定位跟蹤系統(tǒng)的合理使用、平臺實時渲染、虛擬場景的優(yōu)化。希望為有關(guān)部門的工作提供借鑒，并推動城市電視臺的穩(wěn)步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】高清虛擬演播室系統(tǒng)；電視臺；定位追蹤系統(tǒng)；虛擬場景

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.08.019

高清晰度虛擬演播室融合了計算機電子技術(shù)、圖像處理技術(shù)等技術(shù)類型，將高清晰度的背景和基本的影像相結(jié)合，并能將實景技術(shù)運用到實際場景中，提高錄播的工作效率和制作效果。與傳統(tǒng)的電視節(jié)目相比，高清晰度的虛擬演播室能夠更好地融合嘉賓和主持人，提高觀眾的觀賞性。

1. 高清虛擬演播室系統(tǒng)組成及特點

1.1 系統(tǒng)組成

在現(xiàn)代新媒介技術(shù)的支撐下，高清晰度虛擬演播室系統(tǒng)應(yīng)運而生。背景圖片是根據(jù)真實的攝影機拍攝的影像，使其與節(jié)目主持人的形象更加真實自然，不會讓觀眾產(chǎn)生不自然、不真實的感覺。一套完整的高清虛擬演播室系統(tǒng)一般包括：虛擬實境圖文包裝顯示系統(tǒng)、攝像機跟蹤系統(tǒng)、高清切換器、高清色鍵器、演播室攝像機等。高清晰度虛擬演播廳的形成背景大多是電腦設(shè)計，能迅速而高效地改變，因此設(shè)計場景的成本相對較低。它的無窮魅力和不可預(yù)知的發(fā)展前景，引起了越來越多的電視節(jié)目制作者的注意。

1.2 系統(tǒng)特點

近年來，隨著計算機技術(shù)和色鍵技術(shù)的發(fā)展，高清晰度虛擬錄像機已成為近年來電視節(jié)目制作中不可缺少的一部分。在高清晰度虛擬演播室中，通過向圖像工作站傳輸有關(guān)相機的工作狀況，由計算機獲得與相機的距離及相對位置，計算出最優(yōu)的虛擬場景大小和位置，并在必要時計算并產(chǎn)生虛擬場景的3D模型。實時影像利用色鍵的原理，將演播者放在背景屏幕上，然后利用色鍵的作用，將演播者和背景區(qū)隔離開來，最理想的情況是，電腦生成的三維背景與所要播放的內(nèi)容相結(jié)合。這樣，就能創(chuàng)造出一個新的虛擬環(huán)境和氣氛，使其在電視熒幕上的工作室中發(fā)揮重要的作用，而且最后還能很容易地得到真人和虛擬的畫面，讓觀眾更加直觀、自然。

2. 高清虛擬演播室系統(tǒng)在電視臺的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 畫面生動自然，視覺體驗良好

高清的虛擬演播室，可以將主持人的每一個側(cè)面都完美地呈現(xiàn)出來（如果主持人一動不動），隨著虛擬攝像機的視角變化，可以自動調(diào)節(jié)主持人的方向，防止主持人的影像像是一張紙一樣粘在了屏幕上?，F(xiàn)場產(chǎn)生的投影、影子、陰影、角度等都可以通過軟件自動調(diào)節(jié)，使之與虛擬場景中的燈光、氛圍相匹配。因為高清晰度的虛擬實境系統(tǒng)是真實的三維實體，同時也是虛擬現(xiàn)實中各個對象之間的立體透視關(guān)系。這樣，一個照相機就可以實現(xiàn)多信號的錄音棚的效果?？稍谌S場景中提供任何近距離鏡頭和全景鏡頭。該系統(tǒng)能支持多種不同的虛擬攝像機位，并能在多臺攝影機間進行快速切換、遠(yuǎn)、近推、左右擺動、傾斜、慢動作的轉(zhuǎn)換，從而生成搖擺式的移動攝影效果，并且可以定制和調(diào)整攝影機的移動時間。整個虛擬場景等多種虛擬節(jié)目要素可以在同一畫面中進行切換，保證了多臺場景的同步，畫面平滑，不抖動，不撕裂。它可以模擬現(xiàn)實中的多個攝像頭，可以在任意一個機位上進行任意的位置和方向的選擇，并且可以在不同的位置和角度上進行一次流暢的操作，從而保證了制作者的鏡頭語言。對觀眾而言，這是一種更為真實、直接的視覺體驗，可以讓人身臨其境，有一種耳目一新的感覺。這一點，在央視及各省的實踐中已被實際驗證，對提升廣播電視的影響力有很大的借鑒作用。

2.2 降低后期制作難度，提升畫面精度

電視節(jié)目的后期制作在電視節(jié)目的編制中占有很大的比例，也是最耗費時間的一項。如果使用傳統(tǒng)的實景拍攝技術(shù)，為了獲得理想的播放效果，必然要經(jīng)過很多的后期加工。但是，若有高清晰度的虛擬錄影系統(tǒng)，則可以先把背景調(diào)至理想的水準(zhǔn)，然后再進行合成。這樣可以提高畫面的質(zhì)感，并且還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光的亮度，從而達到最佳的視覺效果。在使用高清虛擬錄播系統(tǒng)的時候，大部分的錄播節(jié)目都是使用線性剪輯，利用復(fù)雜的PR等功能，比如字幕、特技等，再加上后期合成，可以有效地擴大技術(shù)的應(yīng)用范圍，減少后期制作的工作量，在簡單的制作之后，就可以得到滿意的效果。

2.3 減少空間時間限制，降低演播成本

一般來講，推廣和應(yīng)用高清虛擬演播室的成本都很高，但隨著新媒介技術(shù)的發(fā)展，高清晰度虛擬錄播設(shè)備廠商的不斷創(chuàng)新，使得高清晰度虛擬錄播設(shè)備的成本都在下降，而一套高清虛擬錄像機的壽命更長，后期的維護和更新技術(shù)也相對簡化，由電視臺員工自己操作，大大降低了后期的維護和更新成本。按照以上的說明，高清晰度的虛擬演播室可以在不受空間和時間限制的情況下，迅速地更換和建立電子場景，從而節(jié)約人力、物力、財力，縮短制作時間，從而極大地提高虛擬實境的效果?？梢?，在電視臺中使用和推廣高清虛擬錄播系統(tǒng)是非常有意義的。

3. 高清虛擬演播室系統(tǒng)在電視臺中的應(yīng)用問題及解決辦法

3.1 攝像機定位不準(zhǔn)

攝像機定位不準(zhǔn)，可能是由于下面兩個原因引起的，其一，攝像機對于網(wǎng)格的處理不正確，解決辦法請參見虛擬操作手冊第三頁的攝像機定位；其二是攝像機光圈太大、過低或演播室布光不均導(dǎo)致DVP識別的網(wǎng)格邊緣線不夠全面。攝像機的光圈可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)燈光，降低場所高亮域，解決了攝像機位置不準(zhǔn)確等問題。

3.2 虛擬場景抖動

在使用網(wǎng)格的時候，一定要注意相機不能全部搖出網(wǎng)格，在拍攝的時候，盡量讓相機的尋向器上有5條5豎網(wǎng)格線。而虛擬場景則會產(chǎn)生抖動，這主要是因為攝影棚中的前景或者對象的光線不均勻，使得 DVP將未柵格區(qū)域作為網(wǎng)格線對相機進行追蹤時，會產(chǎn)生虛擬場景的抖動。在此情形下，可采用減少誤差的方式加以解決。在相機捕捉到網(wǎng)格過少時，會出現(xiàn)跟蹤丟失，而在網(wǎng)格過少的閾值下，則不會丟失追蹤。但在這個時候，畫面也會發(fā)生晃動。相機在拍攝時的抖動速度太快，導(dǎo)致 DVP不能正確地對計算網(wǎng)格進行識別，從而導(dǎo)致場景的跟蹤丟失。因此，相機的速度要盡可能地慢。

3.3 摳像問題

色鍵效應(yīng)對整個虛擬工作室的效果有很大的影響，色彩向量處理是最好的。這種方法的基本原理是，將被抽取的色彩向量與圖像中的每個像素點的色彩向量相結(jié)合，從而實現(xiàn)對圖像的消色和色彩的補充，從而使得整個圖像看起來更加逼真。很多時候，主持人都會穿著粉色、藍色、深紫色的服裝，這樣的服裝很容易讓人產(chǎn)生“摳”的現(xiàn)象，這時候就需要在色鍵上選擇“Flare”，來調(diào)整主持人的服裝與現(xiàn)場的色調(diào)。

3.4 燈光問題

在虛擬工作室中，正確的照明布局對于實現(xiàn)真實影像的綜合是至關(guān)重要的。不正確的照明布局，會使合成影像失真，嚴(yán)重時會使調(diào)色按鍵無法正確地進行。虛擬工作室布光與一般工作室布光時有很大的差別。主持人的位置一般都比較靠后，而不是站在中間。這樣會讓整個照明系統(tǒng)的位置變得更好。整個演播室的布光要均勻，且頂光與逆光要有足夠大的范圍，這樣才能保證主持人的活動范圍，否則會導(dǎo)致?lián)覆桓蓛?，對?jié)目的效果造成很大的影響。如果主持人穿著輕薄的衣服、亮片的腰帶、反光的首飾，就會反射箱子的光線，導(dǎo)致反光的地方也會被挖出來。此時，我們要做的，就是調(diào)整特定的燈光亮度，調(diào)整色鍵，盡量減少反射。

4. 高清虛擬演播室系統(tǒng)在電視臺中的具體應(yīng)用策略

4.1 合理運用定位追蹤系統(tǒng)

在高清虛擬演播室中，定位與追蹤是其中的一個關(guān)鍵部分，也是節(jié)目編排和方案設(shè)計的關(guān)鍵。通常情況下，為了達到定位與追蹤的目的，必須使用各種不同的虛擬記錄技術(shù)。首先，它的優(yōu)點是快速定位，可以在很短的時間內(nèi)完成全部的位置，無需額外的設(shè)備，因此投資比機械傳感器要少得多。在大部分情況下，都可以直接產(chǎn)生精確的軌跡，并可以根據(jù)運動頻率、鏡頭的變化和參數(shù)的變化來進行調(diào)節(jié)。當(dāng)然，這種裝置的使用也有一個前提，就是必須要將它的作用維持在一個特定的區(qū)域。其次，該系統(tǒng)使用了一種機械傳感器追蹤設(shè)備，該設(shè)備可以實時地檢測出各種數(shù)據(jù)的參數(shù)，并將其反饋給圖像工作站。在使用該功能的時候，它可以從各個方面收集到大量的信息，從而解決了機械傳感器的橫向視角問題，提高了采集的效率和效率。該方法既能彌補傳統(tǒng)的柵極傳感器的不足，又能提高機械傳感的跟蹤效率，擴大了其應(yīng)用范圍。最后是一個小型的紅外傳感器。它的優(yōu)點是可以進行自由移動和交叉掃描，既可以接收到攝像機上的紅外攝像頭的信號，又可以將攝像機的動作進行實時采集，并將其傳輸?shù)綌z像機的位置。采用三種不同的追蹤與定位方法，可以有效地解決單個追蹤的不足，并在很短的時間內(nèi)快速地進行定位。和以往的錄制相比，這一次的轉(zhuǎn)播，只有兩三分鐘的時間。另外，由于動態(tài)相關(guān)性高，本技術(shù)在拍攝自由拍攝、特寫等方面表現(xiàn)出了更好的拍攝效果，能夠滿足各種不同的拍攝需求。

4.2 實時渲染平臺

高清虛擬演播室系統(tǒng)運用過程中，城市電視臺要實時渲染平臺。為此，需要將相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)作為支撐。其中，在平臺上進行渲染，必須用信息處理技術(shù)和基于數(shù)據(jù)跟蹤技術(shù)，同時，需搭建計算機軟件處理平臺。該軟件系統(tǒng)具有良好的交互性能，可以通過軟件交互來完成對畫面內(nèi)容的調(diào)整以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置?；诖?，能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)所具有的優(yōu)點，在演播廳虛擬場景的基礎(chǔ)上，進行圖文信息的快速變換、實時渲染其他技術(shù)，實現(xiàn)了對應(yīng)數(shù)據(jù)信號輸出。此外，還需要借助圖形工作站和計算機仿真器來搭建軟件程序平臺，從而保證整個視頻圖像的實時性以及真實性。相對于傳統(tǒng)電視節(jié)目制作流程而言，該平臺的實時渲染，可以在專業(yè)圖形渲染卡的前提下實現(xiàn)，達到渲染目的。通過將該圖形渲染卡接入到實際的軟件系統(tǒng)中，就能完成相關(guān)工作任務(wù)，從而達到優(yōu)化效果。由于這種圖形渲染卡具有較強的處理能力，因此能夠較好地適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境，甚至可以滿足復(fù)雜，多變場景需要。因此，在未來，通過運用該系統(tǒng)，能夠使電視節(jié)目得到更為真實和豐富的呈現(xiàn)方式。在此基礎(chǔ)上，對高清虛擬演播室系統(tǒng)環(huán)節(jié)進行了應(yīng)用研究，電視節(jié)目制作人員也能得到更加優(yōu)質(zhì)的資料，借此有效地提升了節(jié)目的整體質(zhì)感。此外，通過將高清虛擬演播室技術(shù)融入到電視節(jié)目制作當(dāng)中，不僅能夠極大地提升工作效率和質(zhì)量，而且也能夠進一步推動整個行業(yè)發(fā)展進程。同時基于高清的虛擬演播室系統(tǒng)，也可以極大程度地增加場景本身的通透性。因此，對于電視臺而言，通過使用該系統(tǒng)對電視節(jié)目畫面進行模擬和播放，就能達到提升電視節(jié)目品質(zhì)的效果。不僅如此，員工還能使用內(nèi)置色鍵和線性鍵，實時處理電視臺高清虛擬演播室生成的畫面，則可達到疊加輸出，加強總體拓展性。此外，通過將數(shù)字媒體技術(shù)與高清虛擬演播室相結(jié)合，還能進一步提升電視節(jié)目制作水平。依托電視臺實時渲染平臺，也能夠加強高清虛擬演播室系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，達到了處理微小延時現(xiàn)象。

4.3 虛擬場景制作

虛擬場景主要靠3Ddesigner軟件完成。通過此類軟件，能完成第三方圖文模型，首先要建模，依據(jù)貼圖打光的狀態(tài)，選擇貼圖信息處理方式，將其保存到對應(yīng)格式文件中。二是考慮模型的面數(shù)，最好不超過一萬個四邊，同時，在生產(chǎn)時，應(yīng)考慮不同坐標(biāo)下的定位，保證場景內(nèi)各坐標(biāo)值匹配效果好，與此同時，還需對不同物體層作好順序架構(gòu)工作，不發(fā)生相互影響、遮擋時保證虛擬場景制作效果。另外，為了保證后期播放過程中畫面的流暢度，要對每一個鏡頭都作詳細(xì)的分析，避免因為某個細(xì)節(jié)而影響整個畫面質(zhì)量。最終決定在3Ddesigner場景制作基本結(jié)束之后，然后導(dǎo)入到軟件里進行檢驗，其中以擁有動畫為主進行剪輯、視頻開窗處理和實際站位測試等內(nèi)容，同時，判斷場景效果是否滿足預(yù)期目標(biāo)之后，然后保存存量模板，測試合格后方可進入最終播出。

5. 結(jié)束語

虛擬演播室因為它依靠電腦，不需要太多的設(shè)備，因此可以很好地控制成本，并且可以很好地適應(yīng)電視節(jié)目的制作，這也是當(dāng)前電視節(jié)目制作和提高節(jié)目質(zhì)量的一種重要手段。本文從定位跟蹤系統(tǒng)、實時渲染平臺、虛擬場景制作三個方面分析了目前國內(nèi)各地區(qū)電視臺在使用高清虛擬演播室系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況，以期在一定程度上提高技術(shù)的應(yīng)用，保證產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定、快速發(fā)展。

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作者簡介：畢杜娟，貴州省遵義市人，中級，研究方向：演播室的管理及維護.