高清虚拟演播室系统在电视台的应用

【摘要】高清晰度虚拟录播是目前城市电视台发展的一种重要方式。本文从多个方面对虚拟录播系统的应用情况进行了探讨，其中包括：定位跟踪系统的合理使用、平台实时渲染、虚拟场景的优化。希望为有关部门的工作提供借鉴，并推动城市电视台的稳步发展。

【关键词】高清虚拟演播室系统；电视台；定位追踪系统；虚拟场景

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                             DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.08.019

高清晰度虚拟演播室融合了计算机电子技术、图像处理技术等技术类型，将高清晰度的背景和基本的影像相结合，并能将实景技术运用到实际场景中，提高录播的工作效率和制作效果。与传统的电视节目相比，高清晰度的虚拟演播室能够更好地融合嘉宾和主持人，提高观众的观赏性。

1. 高清虚拟演播室系统组成及特点

1.1 系统组成

在现代新媒介技术的支撑下，高清晰度虚拟演播室系统应运而生。背景图片是根据真实的摄影机拍摄的影像，使其与节目主持人的形象更加真实自然，不会让观众产生不自然、不真实的感觉。一套完整的高清虚拟演播室系统一般包括：虚拟实境图文包装显示系统、摄像机跟踪系统、高清切换器、高清色键器、演播室摄像机等。高清晰度虚拟演播厅的形成背景大多是电脑设计，能迅速而高效地改变，因此设计场景的成本相对较低。它的无穷魅力和不可预知的发展前景，引起了越来越多的电视节目制作者的注意。

1.2 系统特点

近年来，随着计算机技术和色键技术的发展，高清晰度虚拟录像机已成为近年来电视节目制作中不可缺少的一部分。在高清晰度虚拟演播室中，通过向图像工作站传输有关相机的工作状况，由计算机获得与相机的距离及相对位置，计算出最优的虚拟场景大小和位置，并在必要时计算并产生虚拟场景的3D模型。实时影像利用色键的原理，将演播者放在背景屏幕上，然后利用色键的作用，将演播者和背景区隔离开来，最理想的情况是，电脑生成的三维背景与所要播放的内容相结合。这样，就能创造出一个新的虚拟环境和气氛，使其在电视荧幕上的工作室中发挥重要的作用，而且最后还能很容易地得到真人和虚拟的画面，让观众更加直观、自然。

2. 高清虚拟演播室系统在电视台的应用优势

2.1 画面生动自然，视觉体验良好

高清的虚拟演播室，可以将主持人的每一个侧面都完美地呈现出来（如果主持人一动不动），随着虚拟摄像机的视角变化，可以自动调节主持人的方向，防止主持人的影像像是一张纸一样粘在了屏幕上。现场产生的投影、影子、阴影、角度等都可以通过软件自动调节，使之与虚拟场景中的灯光、氛围相匹配。因为高清晰度的虚拟实境系统是真实的三维实体，同时也是虚拟现实中各个对象之间的立体透视关系。这样，一个照相机就可以实现多信号的录音棚的效果。可在三维场景中提供任何近距离镜头和全景镜头。该系统能支持多种不同的虚拟摄像机位，并能在多台摄影机间进行快速切换、远、近推、左右摆动、倾斜、慢动作的转换，从而生成摇摆式的移动摄影效果，并且可以定制和调整摄影机的移动时间。整个虚拟场景等多种虚拟节目要素可以在同一画面中进行切换，保证了多台场景的同步，画面平滑，不抖动，不撕裂。它可以模拟现实中的多个摄像头，可以在任意一个机位上进行任意的位置和方向的选择，并且可以在不同的位置和角度上进行一次流畅的操作，从而保证了制作者的镜头语言。对观众而言，这是一种更为真实、直接的视觉体验，可以让人身临其境，有一种耳目一新的感觉。这一点，在央视及各省的实践中已被实际验证，对提升广播电视的影响力有很大的借鉴作用。

2.2 降低后期制作难度，提升画面精度

电视节目的后期制作在电视节目的编制中占有很大的比例，也是最耗费时间的一项。如果使用传统的实景拍摄技术，为了获得理想的播放效果，必然要经过很多的后期加工。但是，若有高清晰度的虚拟录影系统，则可以先把背景调至理想的水准，然后再进行合成。这样可以提高画面的质感，并且还可以根据需要调节灯光的亮度，从而达到最佳的视觉效果。在使用高清虚拟录播系统的时候，大部分的录播节目都是使用线性剪辑，利用复杂的PR等功能，比如字幕、特技等，再加上后期合成，可以有效地扩大技术的应用范围，减少后期制作的工作量，在简单的制作之后，就可以得到满意的效果。

2.3 减少空间时间限制，降低演播成本

一般来讲，推广和应用高清虚拟演播室的成本都很高，但随着新媒介技术的发展，高清晰度虚拟录播设备厂商的不断创新，使得高清晰度虚拟录播设备的成本都在下降，而一套高清虚拟录像机的寿命更长，后期的维护和更新技术也相对简化，由电视台员工自己操作，大大降低了后期的维护和更新成本。按照以上的说明，高清晰度的虚拟演播室可以在不受空间和时间限制的情况下，迅速地更换和建立电子场景，从而节約人力、物力、财力，缩短制作时间，从而极大地提高虚拟实境的效果。可见，在电视台中使用和推广高清虚拟录播系统是非常有意义的。

3. 高清虚拟演播室系统在电视台中的应用问题及解决办法

3.1 摄像机定位不准

摄像机定位不准，可能是由于下面两个原因引起的，其一，摄像机对于网格的处理不正确，解决办法请参见虚拟操作手册第三页的摄像机定位；其二是摄像机光圈太大、过低或演播室布光不均导致DVP识别的网格边缘线不够全面。摄像机的光圈可以适当地调节、调节灯光，降低场所高亮域，解决了摄像机位置不准确等问题。

3.2 虚拟场景抖动

在使用网格的时候，一定要注意相机不能全部摇出网格，在拍摄的时候，尽量让相机的寻向器上有5条5竖网格线。而虚拟场景则会产生抖动，这主要是因为摄影棚中的前景或者对象的光线不均匀，使得 DVP将未栅格区域作为网格线对相机进行追踪时，会产生虚拟场景的抖动。在此情形下，可采用减少误差的方式加以解决。在相机捕捉到网格过少时，会出现跟踪丢失，而在网格过少的阈值下，则不会丢失追踪。但在这个时候，画面也会发生晃动。相机在拍摄时的抖动速度太快，导致 DVP不能正确地对计算网格进行识别，从而导致场景的跟踪丢失。因此，相机的速度要尽可能地慢。

3.3 抠像问题

色键效应对整个虚拟工作室的效果有很大的影响，色彩向量处理是最好的。这种方法的基本原理是，将被抽取的色彩向量与图像中的每个像素点的色彩向量相结合，从而实现对图像的消色和色彩的补充，从而使得整个图像看起来更加逼真。很多时候，主持人都会穿着粉色、蓝色、深紫色的服装，这样的服装很容易让人产生“抠”的现象，这时候就需要在色键上选择“Flare”，来调整主持人的服装与现场的色调。

3.4 灯光问题

在虚拟工作室中，正确的照明布局对于实现真实影像的综合是至关重要的。不正确的照明布局，会使合成影像失真，严重时会使调色按键无法正确地进行。虚拟工作室布光与一般工作室布光时有很大的差别。主持人的位置一般都比较靠后，而不是站在中间。这样会让整个照明系统的位置变得更好。整个演播室的布光要均匀，且顶光与逆光要有足够大的范围，这样才能保证主持人的活动范围，否则会导致抠不干净，对节目的效果造成很大的影响。如果主持人穿着轻薄的衣服、亮片的腰带、反光的首饰，就会反射箱子的光线，导致反光的地方也会被挖出来。此时，我们要做的，就是调整特定的灯光亮度，调整色键，尽量减少反射。

4. 高清虚拟演播室系统在电视台中的具体应用策略

4.1 合理运用定位追踪系统

在高清虚拟演播室中，定位与追踪是其中的一个关键部分，也是节目编排和方案设计的关键。通常情况下，为了达到定位与追踪的目的，必须使用各种不同的虚拟记录技术。首先，它的优点是快速定位，可以在很短的时间内完成全部的位置，无需额外的设备，因此投资比机械传感器要少得多。在大部分情况下，都可以直接产生精确的轨迹，并可以根据运动频率、镜头的变化和参数的变化来进行调节。当然，这种装置的使用也有一个前提，就是必须要将它的作用维持在一个特定的区域。其次，该系统使用了一种机械传感器追踪设备，该设备可以实时地检测出各种数据的参数，并将其反馈给图像工作站。在使用该功能的时候，它可以从各个方面收集到大量的信息，从而解决了机械传感器的横向视角问题，提高了采集的效率和效率。该方法既能弥补传统的栅极传感器的不足，又能提高机械传感的跟踪效率，扩大了其应用范围。最后是一个小型的红外传感器。它的优点是可以进行自由移动和交叉扫描，既可以接收到摄像机上的红外摄像头的信号，又可以将摄像机的动作进行实时采集，并将其传输到摄像机的位置。采用三种不同的追踪与定位方法，可以有效地解决单个追踪的不足，并在很短的时间内快速地进行定位。和以往的录制相比，这一次的转播，只有两三分钟的时间。另外，由于动态相关性高，本技术在拍摄自由拍摄、特写等方面表现出了更好的拍摄效果，能够满足各种不同的拍摄需求。

4.2 实时渲染平台

高清虚拟演播室系统运用过程中，城市电视台要实时渲染平台。为此，需要将相关的关键技术作为支撑。其中，在平台上进行渲染，必须用信息处理技术和基于数据跟踪技术，同时，需搭建计算机软件处理平台。该软件系统具有良好的交互性能，可以通过软件交互来完成对画面内容的调整以及相关参数的设置。基于此，能充分发挥数据跟踪系统所具有的优点，在演播厅虚拟场景的基础上，进行图文信息的快速变换、实时渲染其他技术，实现了对应数据信号输出。此外，还需要借助图形工作站和计算机仿真器来搭建软件程序平台，从而保证整个视频图像的实时性以及真实性。相对于传统电视节目制作流程而言，该平台的实时渲染，可以在专业图形渲染卡的前提下实现，达到渲染目的。通过将该图形渲染卡接入到实际的软件系统中，就能完成相关工作任务，从而达到优化效果。由于这种图形渲染卡具有较强的处理能力，因此能够较好地适应应用环境，甚至可以满足复杂，多变场景需要。因此，在未来，通过运用该系统，能够使电视节目得到更为真实和丰富的呈现方式。在此基础上，对高清虚拟演播室系统环节进行了应用研究，电视节目制作人员也能得到更加优质的资料，借此有效地提升了节目的整体质感。此外，通过将高清虚拟演播室技术融入到电视节目制作当中，不仅能够极大地提升工作效率和质量，而且也能够进一步推动整个行业发展进程。同时基于高清的虚拟演播室系统，也可以极大程度地增加场景本身的通透性。因此，对于电视台而言，通过使用该系统对电视节目画面进行模拟和播放，就能达到提升电视节目品质的效果。不仅如此，员工还能使用内置色键和线性键，实时处理电视台高清虚拟演播室生成的画面，则可达到叠加输出，加强总体拓展性。此外，通过将数字媒体技术与高清虚拟演播室相结合，还能进一步提升电视节目制作水平。依托电视台实时渲染平台，也能够加强高清虚拟演播室系统运行的稳定性，达到了处理微小延时现象。

4.3 虚拟场景制作

虚拟场景主要靠3Ddesigner软件完成。通过此类软件，能完成第三方图文模型，首先要建模，依据贴图打光的状态，选择贴图信息处理方式，将其保存到对应格式文件中。二是考虑模型的面数，最好不超过一万个四边，同时，在生产时，应考虑不同坐标下的定位，保证场景内各坐标值匹配效果好，与此同时，还需对不同物体层作好顺序架构工作，不发生相互影响、遮挡时保证虚拟场景制作效果。另外，为了保证后期播放过程中画面的流畅度，要对每一个镜头都作详细的分析，避免因为某个细节而影响整个画面质量。最终决定在3Ddesigner场景制作基本结束之后，然后导入到软件里进行检验，其中以拥有动画为主进行剪辑、视频开窗处理和实际站位测试等内容，同时，判断场景效果是否满足预期目标之后，然后保存存量模板，测试合格后方可进入最终播出。

5. 结束语

虚拟演播室因为它依靠电脑，不需要太多的设备，因此可以很好地控制成本，并且可以很好地适应电视节目的制作，这也是当前电视节目制作和提高节目质量的一种重要手段。本文从定位跟踪系统、实时渲染平台、虚拟场景制作三个方面分析了目前国内各地区电视台在使用高清虚拟演播室系统的实际应用情况，以期在一定程度上提高技术的应用，保证产业的稳定、快速发展。

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作者简介：毕杜娟，贵州省遵义市人，中级，研究方向：演播室的管理及维护.