新闻演播室虚拟植入包装技术应用

张向荣

内蒙古广播电视台　内蒙古　呼和浩特市　010050

1　应用情况

随着媒体和信息技术的不断发展，新闻节目的制作标准不断提高，增加信息量、提高可读可视性、加强与观众的沟通互动成了新闻节目制作的重要工作之一。内蒙古广播电视台300m2新闻演播室和全国“两会”报道北京演播室中引入了虚拟植入（虚拟前景）包装技术。在全国“两会”报道北京演播室中虚拟植入（虚拟前景）包装设备的使用，为新闻节目能够顺利搬迁至新演播室制作进行了探索和铺垫。

2　演播室虚拟包装系统的设计和使用

为了更好地做好“全国两会”的新闻报道工作，从2014年在北京演播室中开始引入虚拟包装系统，并配置了大屏的包装播放系统和交互点评系统。

虚拟植入（虚拟前景）系统采用双机位单通道架构，两个跟踪通道使用一个渲染服务器进行渲染，把虚拟元素以节目需要的表现形式精准地显示在节目要求的位置上，这些虚拟元素按照节目预先设计的动作随着节目播放，精准解读、展示节目内容。虚拟植入（虚拟前景）技术的最大优势就是无色键抠像，不受传统蓝箱限制，能够保留演播室实景，并能与实景做到充分融合，利用跟踪系统，能够充分展现摄像机视角内的虚拟元素和实景的完美融合。如图1所示。

图1　虚拟植入系统架构

虚拟植入（虚拟前景）技术之所能够完美地把虚拟元素以3D模型或动画的形式和实景完美结合，得益于虚拟跟踪技术和图形图像处理技术两项核心技术的快速发展，能够支撑大数据量的运算。虚拟跟踪设备在获取摄像机、三脚架和摇臂的动作参数数据后，提供给渲染引擎计算生成与摄像机拍摄真实场景对应的三维场景动画进行合成，生成的信号传给切换台作为一路信号使用。

2.1　虚拟跟踪技术

虚拟跟踪系统在摄像机动作过程中要精确获取摄像机的动作和位置，以此来计算出摄像机拍摄的背景信号和计算机生成的虚拟前景信号的位置关系，并且在摄像机移动时，实时锁定背景与虚拟前景的位置。近几年虚拟跟踪技术快速发展，从获取摄像机镜头运动参数和云台俯仰与水平转动角度参数的二维跟踪发展到增加了摄像机位置参数的三维跟踪系统。

跟踪的原理就是通过传感设备采集获取摄像机镜头和云台等运动参数，传递给数据盒生成支持相应协议下的串行数据信号传给计算机，计算机根据采集到的参数生成相应的前景信号。现在常用的跟踪设备组件和功能如图2所示。

图2　跟踪设备的组件和功能

镜头参数编码器、摄像机云台、摇臂云台获取的参数变化传递给数据盒，数据盒计算后生成数据通过RS-422协议传给渲染引擎（HDVG），生成虚拟场景。跟踪设备的数据传输如图3所示。

图3　跟踪设备的数据传输示意图

无论是专用的虚拟摄像机云台还是虚拟摇臂云台，所获取的水平角度（Pan）和俯仰角度（Tilt）的参数数据与镜头编码器所获取的镜头焦距参数（Focus）镜头推拉参数（Zoom）通过数据盒计算后传递给渲染引擎（HDVG），生成虚拟前景。数据盒除了接收以上数据，还需要BB信号锁定，这个BB信号取自系统同步设备。由于本案同步设备距离摄像机比较近（小于30米），故此同步从视分直接取BB信号拉视频线送给数据盒。工作中如果遇到摄像机上携带的数据盒距离同步设备较远的时候，可以考虑下面的解决方案：把BB信号通过摄像机CCU的Prompter口（Sony）或者QTV口（Ikegami）接入，通过摄像机光缆传到摄像机机头，从相应的接口输出BB信号给此机位的数据盒。这样借助摄像机光缆长距离传输BB信号省去了布线的麻烦，也安全可靠。数据盒工作时需要供给12V直流电源。

2.2　图形图像处理技术

图形图像的处理主要由渲染工作站（HDVG）来完成，要求渲染工作站具备大数据量的处理能力和高强度的渲染运算能力。虚拟植入元素要求贴图质感、光效要和演播室实景能够高度一致，对这些虚拟的元素和模型的处理需要强大的计算和渲染资源，尤其在摄像机或摇臂运动过程中，虚拟元素必须随着摄像机的运动实时计算出在场景中的空间位置、大小比例、光感变化等且能够实时渲染输出。如果处理能力达不到要求，就会出现运动画面卡顿、3D虚拟元素与场景脱节等情况，达不到虚拟包装的效果。在这种情况下，只能降低3D虚拟元素的贴图质感，减少虚拟元素的数量，减少虚拟元素的动画效果，减少或者放慢摄像机的运动来弥补图形图像处理系统的不足，就不能真正做到实时渲染输出了。我们使用一套渲染系统支撑两个摄像机通道的数据运算和场景渲染，如果有大量摄像机运动和多层虚拟元素渲染的需求，应该在每一个摄像机通道中配备一套渲染引擎，或者使用集群渲染技术来支撑大数据量的运算和渲染。

在全国“两会”报道北京演播室使用虚拟植入（虚拟前景）包装中，通过虚拟包装技术，把演播室和虚拟元素有机结合，使观众在看新闻时身临其境，把复杂枯燥的大数据解读赋予了直观的图形图标，让图形表现数据，让数据展现新闻，让观众产生情感共鸣，提高节目的感染力。如图4所示。

图4　全国“两会”报道北京演播室使用虚拟植入包装技术

结束语

在新闻节目中应用虚拟植入包装系统，能够把枯燥的数据、难懂的产业结构、经济发展等话题用观众喜闻乐见的虚拟元素展现在屏幕上，拉近了与观众的距离，显著提升了新闻节目的整体包装效果，极大地提高了新闻节目的可视性，增强了节目的感染力和传播力。