人類已進入信息時代，而電視作為信息的創(chuàng)造、加工、傳輸?shù)闹饕ぞ撸陙戆l(fā)展迅猛，各電視臺都試圖占領(lǐng)本地區(qū)的電視傳媒市場。由于上星頻道增多，城市觀眾通過有線電視網(wǎng)都能接收到幾十套電視節(jié)目，因而僅僅依靠增加頻道、增設(shè)欄目和擴大覆蓋面等手段來提高收視率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，提高電視節(jié)目質(zhì)量、降低節(jié)目制作成本將成為各電視臺競爭的最大籌碼，為此，虛擬演播室應(yīng)運而生。虛擬演播室技術(shù)為電視制作提供了無限想象和表現(xiàn)空間，相對于傳統(tǒng)的演播室，它具有制景費用低、制作周期短，更換布景方便，尤其是虛擬場景可隨意更改的特性極大地滿足了創(chuàng)作的需要，使創(chuàng)意不受實際場地與資金的局限，在有限的空間里實現(xiàn)無限的創(chuàng)意，給節(jié)目演播、制作帶來了深刻的變革和廣闊的應(yīng)用前景，而且虛擬演播室的視頻指標(biāo)極高，近幾年來虛擬演播室在國內(nèi)發(fā)展非常迅速，許多電視臺都采用了虛擬演播室制作節(jié)目。
目前世界上有數(shù)十家公司已開發(fā)或正在開發(fā)這一全新的電視節(jié)目制作系統(tǒng)，雖然這些虛擬演播室系統(tǒng)在硬件配置及軟件設(shè)計上各有千秋，但其工作原理基本相同，我臺采用以色列傲威公司開發(fā)研制的Cyberset虛擬演播室系統(tǒng)，現(xiàn)對這套系統(tǒng)進行技術(shù)分析：
一. 虛擬演播室基本工作原理
虛擬演播室技術(shù)是在傳統(tǒng)色鍵技術(shù)與計算機圖形處理技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)色鍵技術(shù)的原理是將主持人或演員置身于蘭色背景幕布前表演，利用色鍵合成器將前景圖象摳像，使得主持人從蘭色背景中分離出來，然后用其他定格畫面作為背景填充蘭色部分，這樣，前景在運動，背景卻不能與前景相應(yīng)運動，無法保持正確的透視關(guān)系，看上去前景像漂浮在背景上一樣，不能“溶入”到背景中，給人感覺很不真實。虛擬演播室采用了傳統(tǒng)的色鍵合成技術(shù)，但突破了傳統(tǒng)色鍵系統(tǒng)的限制，采用了跟蹤技術(shù)，計算機通過分析攝像機的運動參數(shù)，包括位置、俯仰、平搖、推拉(變焦)等，對虛擬場景的相應(yīng)參數(shù)進行調(diào)整，保證前景、背景之間正確的透視關(guān)系，計算機實時生成出與前景聯(lián)動的背景信號，從而把攝像機拍攝的前景信號與計算機生成的背景信號無縫地合成在一起，主持人能深入到虛擬的三維場景中，并能與其中的虛擬對象實時交互，仿佛主持人置身于真實的場景中一樣。
二. 系統(tǒng)設(shè)計特點
虛擬演播室系統(tǒng)是一套全數(shù)字系統(tǒng)，與其配套的外圍設(shè)備都是數(shù)字設(shè)備。由于我臺演播室過去使用的是模擬設(shè)備，包括Z-1800攝像機、日立CCU控制器、Betacam錄像機等，為了充分利用現(xiàn)有的這些模擬設(shè)備，在設(shè)計系統(tǒng)的時候，采用A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到虛擬演播室系統(tǒng)，信號經(jīng)過虛擬合成后，輸出數(shù)字信號再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成模擬分量信號，送到Betacam錄像機錄制節(jié)目。
在跟蹤數(shù)據(jù)獲取上，主要采用圖形識別跟蹤方式。考慮到我臺演播室的具體情況，除了臺上的主持人和嘉賓外，為了烘托現(xiàn)場氣氛，突出觀眾的交流與參與，現(xiàn)場還有能容納100位觀眾的觀眾區(qū)，鏡頭有時需要從臺上搖移到臺下觀眾區(qū)，如果僅用圖形識別跟蹤方式，臺上可以實現(xiàn)圖形識別跟蹤，而臺下沒有蘭色網(wǎng)格，就實現(xiàn)不了跟蹤。由于機械傳感器可以實現(xiàn)360度跟蹤拍攝，我們在3號攝像機上加裝了機械傳感器，通過安裝在攝像機云臺及鏡頭上的傳感器獲得有關(guān)運動參數(shù)，有網(wǎng)格做參照物，傳感器的定位也只需要一幀時間就能完成，這套虛擬演播室系統(tǒng)采用了圖形識別和機械傳感器相結(jié)合的跟蹤方式獲取跟蹤數(shù)據(jù)，這也是我臺這套系統(tǒng)的又一個特點。
三. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
虛擬演播室系統(tǒng)包括視頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、通話系統(tǒng)以及藍(lán)箱設(shè)計等，我臺設(shè)計的藍(lán)箱寬10米、高5米、深5米，藍(lán)箱的背景幕布上有一塊特殊的藍(lán)色網(wǎng)格幕布（見圖1），就是利用這塊藍(lán)色網(wǎng)格幕布，實現(xiàn)圖形識別跟蹤。
我臺虛擬演播室視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
我臺這套系統(tǒng)，根據(jù)自辦節(jié)目的需要，設(shè)計有3個攝像機訊道，其中架設(shè)在觀眾區(qū)左邊的帶小搖臂的攝像機為1號機位，主要拍攝主持人和嘉賓的特寫鏡頭；觀眾區(qū)中間的攝像機為2號機位，主要拍攝舞臺的全景；觀眾區(qū)右邊的帶機械傳感器的攝像機為3號機位，主要拍攝舞臺的中景、小全景以及拍攝觀眾的反映鏡頭。
這套虛擬演播室系統(tǒng)，是選用傲威公司的Cyberset NT系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前全世界公認(rèn)的最先進的系統(tǒng)，采用該公司圖案跟蹤網(wǎng)格識別的專利技術(shù)，依靠攝像機拍攝下的帶有不同數(shù)目和不同形狀的網(wǎng)格的視頻圖象信號，通過數(shù)學(xué)的算法讓計算機了解攝像機究竟產(chǎn)生了怎樣的變化，并實時解析出攝像機的位置、變焦和推拉搖移等參數(shù)，將藍(lán)幕前主持人的實況電視圖像信號與計算機產(chǎn)生的三維場景無縫集成，具體信號流程如下：攝像機拍攝的前景圖像信號（見圖2），經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，送到虛擬演播室系統(tǒng)。首先前景信號經(jīng)過VDI-20給每路信號插入ID號，即疊加身份識別信號后，將帶有ID號的視頻信號送給16×2數(shù)字視頻切換矩陣VD1602CP，導(dǎo)播根據(jù)節(jié)目需要對3個機位的信號進行選擇切換，輸出信號送到數(shù)字視頻處理器DVP200中進行處理，DVP200通過對畫面中網(wǎng)格各具的不同特征和透視關(guān)系進行網(wǎng)格跟蹤信號的處理計算，得出有關(guān)攝像機的運動參數(shù)，然后，將處理結(jié)果通過HUB傳遞給DVGone圖形工作站，作為圖形工作站制作三維虛擬場景的跟蹤數(shù)據(jù)；同時，DVP200又要將前景畫面信號輸出送給DVGone中的內(nèi)置色鍵器，作為色鍵器的前景信號。色鍵器的背景信號及MATTE信號全部由虛擬系統(tǒng)的圖形工作站DVGone產(chǎn)生，在色鍵器中，虛擬背景信號與前景信號合成，得到合成的視頻圖象信號。
四. 虛擬演播室的應(yīng)用
我臺這套虛擬演播室系統(tǒng)，經(jīng)過技術(shù)部工程師們的共同努力，于2005年5月中旬安裝調(diào)試完成并如期投入使用，瀘州市青少年電視歌手大賽復(fù)賽，就是首次使用這套系統(tǒng)。電視觀眾看到的背景是通過3DS MAX建模生成的一個真三維的虛擬場景，整個場景以紅、藍(lán)兩色為主色調(diào)，場景建模時兼顧整體與局部、全景與近景相關(guān)照，場景中間是一臺可旋轉(zhuǎn)的大屏幕，可以播放外部視頻源送來的視頻信號。參賽選手在藍(lán)箱中自由表演、走動，經(jīng)過虛擬演播室技術(shù)處理后，選手就置身于一個完全虛擬的場景中，背景隨著選手的運動而變換，圖象非常真實而逼真，這套系統(tǒng)經(jīng)過2天近20個小時的連續(xù)使用，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、圖象質(zhì)量較好，這次節(jié)目從播出效果和觀眾的反映來看，都可以說是瀘州電視臺的一次成功嘗試。
虛擬演播室除了錄制我臺自辦的欄目如：《繽紛生活》《每日800》《歡樂在線》等欄目外，還可以錄制其他形式的節(jié)目如：談話類節(jié)目、演講比賽、MTV等，不需要現(xiàn)場搭建場景，既節(jié)約資金又方便、快捷。虛擬演播室技術(shù)蘊藏著無窮的潛力和神奇的魅力，還有待我們的導(dǎo)演和技術(shù)人員共同努力，使虛擬演播室在節(jié)目制作中充分發(fā)揮作用，更好地為豐富我臺電視節(jié)目服務(wù)。