人類(lèi)已進(jìn)入信息時(shí)代，而電視作為信息的創(chuàng)造、加工、傳輸?shù)闹饕ぞ撸陙?lái)發(fā)展迅猛，各電視臺(tái)都試圖占領(lǐng)本地區(qū)的電視傳媒市場(chǎng)。由于上星頻道增多，城市觀(guān)眾通過(guò)有線(xiàn)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(kuò)大覆蓋面等手段來(lái)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(tái)競(jìng)爭(zhēng)的最大籌碼，為此，虛擬演播室應(yīng)運(yùn)而生。虛擬演播室技術(shù)為電視制作提供了無(wú)限想象和表現(xiàn)空間，相對(duì)于傳統(tǒng)的演播室，它具有制景費(fèi)用低、制作周期短，更換布景方便，尤其是虛擬場(chǎng)景可隨意更改的特性極大地滿(mǎn)足了創(chuàng)作的需要，使創(chuàng)意不受實(shí)際場(chǎng)地與資金的局限，在有限的空間里實(shí)現(xiàn)無(wú)限的創(chuàng)意，給節(jié)目演播、制作帶來(lái)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(lái)虛擬演播室在國(guó)內(nèi)發(fā)展非常迅速，許多電視臺(tái)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(kāi)發(fā)或正在開(kāi)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(jì)上各有千秋，但其工作原理基本相同，我臺(tái)采用以色列傲威公司開(kāi)發(fā)研制的Cyberset虛擬演播室系統(tǒng)，現(xiàn)對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)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(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(lái)，然后用其他定格畫(huà)面作為背景填充蘭色部分，這樣，前景在運(yùn)動(dòng)，背景卻不能與前景相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，無(wú)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(jué)很不真實(shí)。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(jì)算機(jī)通過(guò)分析攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括位置、俯仰、平搖、推拉(變焦)等，對(duì)虛擬場(chǎng)景的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證前景、背景之間正確的透視關(guān)系，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)生成出與前景聯(lián)動(dòng)的背景信號(hào)，從而把攝像機(jī)拍攝的前景信號(hào)與計(jì)算機(jī)生成的背景信號(hào)無(wú)縫地合成在一起，主持人能深入到虛擬的三維場(chǎng)景中，并能與其中的虛擬對(duì)象實(shí)時(shí)交互，仿佛主持人置身于真實(shí)的場(chǎng)景中一樣。
二. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
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(tái)演播室過(guò)去使用的是模擬設(shè)備，包括Z-1800攝像機(jī)、日立CCU控制器、Betacam錄像機(jī)等，為了充分利用現(xiàn)有的這些模擬設(shè)備，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，采用A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到虛擬演播室系統(tǒng)，信號(hào)經(jīng)過(guò)虛擬合成后，輸出數(shù)字信號(hào)再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成模擬分量信號(hào)，送到Betacam錄像機(jī)錄制節(jié)目。
在跟蹤數(shù)據(jù)獲取上，主要采用圖形識(shí)別跟蹤方式。考慮到我臺(tái)演播室的具體情況，除了臺(tái)上的主持人和嘉賓外，為了烘托現(xiàn)場(chǎng)氣氛，突出觀(guān)眾的交流與參與，現(xiàn)場(chǎng)還有能容納100位觀(guān)眾的觀(guān)眾區(qū)，鏡頭有時(shí)需要從臺(tái)上搖移到臺(tái)下觀(guān)眾區(qū)，如果僅用圖形識(shí)別跟蹤方式，臺(tái)上可以實(shí)現(xiàn)圖形識(shí)別跟蹤，而臺(tái)下沒(méi)有蘭色網(wǎng)格，就實(shí)現(xiàn)不了跟蹤。由于機(jī)械傳感器可以實(shí)現(xiàn)360度跟蹤拍攝，我們?cè)?號(hào)攝像機(jī)上加裝了機(jī)械傳感器，通過(guò)安裝在攝像機(jī)云臺(tái)及鏡頭上的傳感器獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，有網(wǎng)格做參照物，傳感器的定位也只需要一幀時(shí)間就能完成，這套虛擬演播室系統(tǒng)采用了圖形識(shí)別和機(jī)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(tái)這套系統(tǒng)的又一個(gè)特點(diǎn)。
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(huà)系統(tǒng)以及藍(lán)箱設(shè)計(jì)等，我臺(tái)設(shè)計(jì)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(jiàn)圖1），就是利用這塊藍(lán)色網(wǎng)格幕布，實(shí)現(xiàn)圖形識(shí)別跟蹤。
我臺(tái)虛擬演播室視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
我臺(tái)這套系統(tǒng)，根據(jù)自辦節(jié)目的需要，設(shè)計(jì)有3個(gè)攝像機(jī)訊道，其中架設(shè)在觀(guān)眾區(qū)左邊的帶小搖臂的攝像機(jī)為1號(hào)機(jī)位，主要拍攝主持人和嘉賓的特寫(xiě)鏡頭；觀(guān)眾區(qū)中間的攝像機(jī)為2號(hào)機(jī)位，主要拍攝舞臺(tái)的全景；觀(guān)眾區(qū)右邊的帶機(jī)械傳感器的攝像機(jī)為3號(hào)機(jī)位，主要拍攝舞臺(tái)的中景、小全景以及拍攝觀(guān)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(jìn)的系統(tǒng)，采用該公司圖案跟蹤網(wǎng)格識(shí)別的專(zhuān)利技術(shù)，依靠攝像機(jī)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(hào)，通過(guò)數(shù)學(xué)的算法讓計(jì)算機(jī)了解攝像機(jī)究竟產(chǎn)生了怎樣的變化，并實(shí)時(shí)解析出攝像機(jī)的位置、變焦和推拉搖移等參數(shù)，將藍(lán)幕前主持人的實(shí)況電視圖像信號(hào)與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維場(chǎng)景無(wú)縫集成，具體信號(hào)流程如下：攝像機(jī)拍攝的前景圖像信號(hào)（見(jiàn)圖2），經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，送到虛擬演播室系統(tǒng)。首先前景信號(hào)經(jīng)過(guò)VDI-20給每路信號(hào)插入ID號(hào)，即疊加身份識(shí)別信號(hào)后，將帶有ID號(hào)的視頻信號(hào)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(duì)3個(gè)機(jī)位的信號(hào)進(jìn)行選擇切換，輸出信號(hào)送到數(shù)字視頻處理器DVP200中進(jìn)行處理，DVP200通過(guò)對(duì)畫(huà)面中網(wǎng)格各具的不同特征和透視關(guān)系進(jìn)行網(wǎng)格跟蹤信號(hào)的處理計(jì)算，得出有關(guān)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，然后，將處理結(jié)果通過(guò)HUB傳遞給DVGone圖形工作站，作為圖形工作站制作三維虛擬場(chǎng)景的跟蹤數(shù)據(jù)；同時(shí)，DVP200又要將前景畫(huà)面信號(hào)輸出送給DVGone中的內(nèi)置色鍵器，作為色鍵器的前景信號(hào)。色鍵器的背景信號(hào)及MATTE信號(hào)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(hào)與前景信號(hào)合成，得到合成的視頻圖象信號(hào)。
四. 虛擬演播室的應(yīng)用
我臺(tái)這套虛擬演播室系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)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(guān)眾看到的背景是通過(guò)3DS MAX建模生成的一個(gè)真三維的虛擬場(chǎng)景，整個(gè)場(chǎng)景以紅、藍(lán)兩色為主色調(diào)，場(chǎng)景建模時(shí)兼顧整體與局部、全景與近景相關(guān)照，場(chǎng)景中間是一臺(tái)可旋轉(zhuǎn)的大屏幕，可以播放外部視頻源送來(lái)的視頻信號(hào)。參賽選手在藍(lán)箱中自由表演、走動(dòng)，經(jīng)過(guò)虛擬演播室技術(shù)處理后，選手就置身于一個(gè)完全虛擬的場(chǎng)景中，背景隨著選手的運(yùn)動(dòng)而變換，圖象非常真實(shí)而逼真，這套系統(tǒng)經(jīng)過(guò)2天近20個(gè)小時(shí)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(guān)眾的反映來(lái)看，都可以說(shuō)是瀘州電視臺(tái)的一次成功嘗試。
虛擬演播室除了錄制我臺(tái)自辦的欄目如：《繽紛生活》《每日800》《歡樂(lè)在線(xiàn)》等欄目外，還可以錄制其他形式的節(jié)目如：談話(huà)類(lèi)節(jié)目、演講比賽、MTV等，不需要現(xiàn)場(chǎng)搭建場(chǎng)景，既節(jié)約資金又方便、快捷。虛擬演播室技術(shù)蘊(yùn)藏著無(wú)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(tái)電視節(jié)目服務(wù)。