虚拟演播室系统设计及关键技术研究

张有瑞

（吉林广播电视台 吉林 长春 130000）

1 引言

节目录制需要在演播室内进行，这是新闻传播的重要场所之一。电视台的日常录制中，演播室一般分为实景、虚景两种，每一种都是非常重要的。虚拟演播室可以实现演播室资源合理有效的利用，可以降低造景、装拆成本，减少人员、资金的投入，很多节目都会利用一套演播系统进行节目录制，有效地降低成本，提高录制的效率。电视节目制作环节，虚拟演播室可以更好地保证录制的顺利开展，即使天马行空的想法也能够实现，并且不会受到时间、空间的限制，使得创作人员有更加广阔的空间，突破了时间、空间的限制，也不会受到道具的限制，可以发挥出人们的想象力，任何先进技术都能在虚拟演播室内实现，这种录制方式，非常方便，也会为电视节目制作提供新的形式。

2 三机位单通道单跟踪虚拟演播室系统设计

TOP3Dset系统的主要运行系统为机械跟踪，根据要求在系统内设置必要的跟踪设备，没有采取任何测量工作，就可以快速完成定位，稳定性好、数据精度高、反应速度快[1]。流媒体渲染服务器可以进行实时渲染处理，特技操作效果是非常有效的，虚拟场景和现实场景是非常相似的，基本看不出任何差别，且可以构建出功能庞大的虚拟演播室系统，能够达到任何节目录制要求。软件和硬件运行都有非常高的稳定性，系统软件功能性强大，播出控制能够进行编辑，各个虚拟参数信息都能够全面掌握。这些特点使得节目录制顺利进行，让录制活动有效开展[2]。

电视台结合自身需要创建虚拟演播室系统，目的是实现演播室利用，消除实景演播室数量不够的缺陷，因此，在设计方案确定的过程中，应该综合分析建设的系统可以满足不同节目录制要求。综合分析实际应用要求，设计为三机位通道的全数字虚拟演播室系统，配置完成的节目录制场景转变系统，3个机位可以达到访谈类节目的需要，分别对主持人、嘉宾、全景进行录制，满足节目制作需要。虚拟演播室的组成见图1。

图1 虚拟演播室的组成

3 虚拟演播室系统的关键技术

3.1 运动跟踪技术

虚拟演播室跟实景演播室差异明显，科技的发展，跟踪技术水平得到提升，节目制作中，摄像机状态信息明确是非常关键的[3]。虚拟演播室内应用的摄像机是专业摄像机，通常都会设置跟踪器完成实时监测和跟踪。跟踪器可以随时进行摄像机高度、位置以及镜头数据等相关的信息确定。从目前应用情况分析，虚拟演播室的跟踪技术主要包含以下几种。

机械传感跟踪系统：把跟踪器设置到摄像机内，利用该设备可以快速地掌握摄像机的全部数据信息。摄像师按照不同的录制要求做出必要改进，可以利用变焦环、聚焦环、机头部位进行确定，运动数据编码器根据要求实现各项数据确定，且可以了解各项运动经过串口传输到渲染计算机内完成处理，与前景背景符合协调性的要求，视觉效果也会得到提升[4]。该跟踪方式的应用范围比较广，技术比较成熟，但是摄影机是固定不动的，所以应用还有一定的局限性。

图像识别跟踪系统：其是目前应用较为常见的形式之一，但是与机械传感跟踪方式对比，其对于蓝箱的要求是比较高的，要将具备精确性的网格图案直接使用了各项数据信息，在蓝箱背景墙使用，能够获取相关的网格图案信息，随时做出跟踪和控制，考虑到不同图案的差异，了解全部的数据信息，且能够及时传输到跟踪系统内，按照要求获取必要的初始数据信息，以实现数据信息分解和利用。计算确定每个图像内运动所产生的水平转动参数，各项数据都会有一定的变化，然后传输到工作站内，通过计算机可以准确掌握位置数据以明确摄像机的运动状态，可以达到透视性的要求。该跟踪方式应用效果较好，且没有任何的装置会产生干扰和影响，按照要求随机进行摄像机移动以获取不同场景和画面，这是机械跟踪方式没有的特点[5]，见图2。

图2 系统工作流程图

3.2 摄像机的锁定

和实景演播室有着一定的差异，虚拟演播室按照录制的要求进行摄像机的调整，且并不具备特殊的要求，能够结合具体的情况做出必要的取景改变，而很多情况下虚拟摄像机位置都是相对固定的[6]。根据不同节目录制要求，确定两台或者更多的摄像机，合理确定安装位置，保证人物和场景都是固定不变的，一旦发生改变就会导致演播室内的画面发生变化，视觉上难以达到真实性的感觉。因此，需要应用多机位的拍摄时，需要确定虚拟摄像机位置，确保虚拟摄像机间距和真实摄像机间距是完全一致的，且推拉摇移初始量和实际的摄像机是完全一致的，从而可以使得机位调整就能够达到背景一致性的要求，以此就能够规避穿帮问题。

3.3 色键技术

在黑白电视发展过程中，色键的基础技术就已经全面地应用到节目制作中。亮键技术的合理使用可以让观看者准确地掌握图像亮度的差异，结合操作的要求进行亮度相同部位抠除，替换为背景图像，进而可以实现抠像处理，形成符合人们观看要求的画面。色键技术是以亮键技术作为根本研发的，主要是利用画面内色彩的组合方面的差异，了解到视频和图像方面的不同状态，实现各个图像的抠出处理，就可以完成计算和应用，图像和背景可以有效地分离和应用。

3.4 蓝箱

虚拟演播室系统全部技术都是在某个基础演播室内进行的，这种环境内对于装饰设计的要求比较低，只要是有一定的空间可以搭设纯色箱体即可完成[7]。箱体颜色一般都是采用蓝色或者绿色的形式，欧美等国家希望选择绿色形式，而亚洲地区则主要是应用蓝色，通过蓝色绘制箱体地面与墙壁，就是人们所说的蓝箱。抠像应用蓝色的原因如下：抠像时蓝色和亚洲皮肤黄色是互补的，扣出操作极为方便；绿色和蓝色对比，其更加容易溢出，前景物体边缘职能应用轻微蓝色浸染，这样可以保证抠像符合要求。

3.5 计算机图形技术

虚拟演播室内应用计算机图形技术进行渲染、包装以及图形设计方面，保证最终节目制作效果都是依赖于计算机图形技术实现的[8]。虚拟演播室在选择时，背景大多都是图像或者视频，这样可以使得整个演播节目的制作更加顺畅，操作也会更加方便快捷。虚拟场景设计环节，利用计算机完成图像的制作，经过各项必要的制作工作之后，制作人员结合要求制作成为节目需要的虚拟演播场景，并且利用计算机完成修改和调整，提高节目的质量[9-10]，见图3。

图3 虚拟演播室系统工作原理图

4 结语

虚拟演播室系统建设完成之后，节目形式更加多样化，画面质量水平也得到很大的提升，有非常强烈的科技感[11]。虚拟演播室的合理使用，让演播室的录制节目效率和质量有了很大的提升，不同板块的节目可以用计算机制作完成，场景切换自如，同时能够降低设备、室内布置的成本，效果非常好，是未来电视领域的主要发展方向之一[12]。