"虚拟演播室技术及应用"等几个昔日考研学习笔记 - 达人(庄子)

2005/09/27 | "虚拟演播室技术及应用"等几个昔日考研学习笔记
类别(电视节目编导与制作TV ) | 评论(1) | 阅读(349) | 发表于 18:36: "虚拟演播室技术及应用"等几个昔日考研学习笔记
1，JPEG是"Joint Photographic Expert Group"的略称。

是最常用的文件形式，数码照相机拍摄的静止画多数采用 JPEG 方法记录。

能有效地压缩风景或人体相片数据等。是可缩小文件大小的保存格式。

2，白平衡（White Balance）

在不同光源下，因色温不同，拍摄出来的相片会偏色。如色温低时光线中的红，黄色光含量较多，所拍的照片色调会偏红，黄色调，色文高时光线中的蓝、绿色较多，照片会偏蓝、绿色调。此时便需要利用白平衡功能来作修正，其原理是控制光线中红，绿及蓝三元色的明亮度，使影像中最大光位达到纯白，便能令其它色彩准确。

3，CCD (Charge Coupling Device 电荷耦合器件)

　　现在家用摄录机的摄录部件都是CCD片，也就是一般说的CCD影像感应器。镜头和CCD的质量是影响小型摄录机图像的极为重要的因素。采用多少片CCD，尺寸是多少，像素是多少，都直接影响着图像的质量。

4，3CCD:

SONY的DCR-VX2000E及DCR-TRV900E内设三菱镜把光源分为三原色光(红、绿与蓝色)，分别经过三块独立CCD影像感应器(每块高达450,000像素)处理，确保达到高解像度及精确的色彩重现效果,因为数码摄录机内设有三棱镜，此三棱镜把光源分为三原色光(红色、绿色与蓝色)，三原色光分别经过三块独立CCD影像感应器处理，颜色的准确程度及影像质量比使用一块CCD影像感应器有很大改善。

另外，CCD影像感应器的每一个像素都有一个很大的光线采集区域，因此使摄录机具有很高的信噪比，极好的敏感度以及很宽的动态范围。而且，倍密度的像素分布和无缝的双色棱镜可以获得极为锐利的图像和非常逼真的色彩，即使是在细微的? 差别处，例如在鲜红色及更深一点的红色之间，能够清楚地分辨出来。

4，清晰度＆分解力

清晰度，一般是从录像机角度出发，通过看重放图像的清晰程度来比较图像质量，所以常用清晰度一词。　　

而摄像机一般使用分解力一词来衡量它"分解被摄景物细节"的能力。单位是"电视行(TVLine)"也称线。意思是从水平方向上看，相当于将每行扫描线竖立起来，然后乘上4/3(宽高比)，构成水平方向的总线，称水平分解力。它会随CCD象素数的多少、和视频带宽而变化，象素愈多、带宽愈宽，分解力就愈高。PAL制电视机625行是标称垂直分解力，除去逆程的50行外，实际的有效垂直分解力为575线。水平分解力最高可达575x4/3=766线。但是限制线数的主要因素之一还有带宽。经验数据表明可用80线/MHz来计算能再现的电视行(线数)。如6MHz带宽可通过水平分解力为480线的图像质量。低档家用录像机，如VHS，最多能有240线的清晰度，高档家用摄录机，如S-V而数码摄录机的记录方式是数码信号的格式，清晰度在500线以上。（普通电视的清晰度大约280线，VCD的清晰度是230线）。

分辨率（解析度）http://forum.chinavisual.com/viewtopic.php?t=87104《数字色彩》专业文章

5，

虚拟演播室技术及应用

徐成袁静

　　人类已进入信息时代，而电视作为信息的创造、加工、传输的主要工具，近十年来发展迅猛，各电视台都试图占领本地区的电视传媒市场。由于上星频道增多，一般大、中城市观众通过有线电视网都能接收到数十套电视节目，因而仅仅依靠增加频道、增设栏目和扩大覆盖面等手段来提高收视率已远远不够。提高电视节目质量、降低电视节目制作成本将成为各电视台竞争的最大筹码。为电视制作提供无限想象和表现空间的虚拟演播室技术，适应这一需求，应运而生。

　　一、从传统演播室到虚拟演播室

　　在传统的电视节目制作中，为有一个美观多样的演播室布景，制作人员必须精心设计和搭建表演区和场景，需要耗费大量的人力、财力用在道具的购买、场景的布置和维护上，如价格昂贵又难以维护的大屏幕电视墙等，而且置成的场景无法即时更新和变换，如要改换只能重建，资源利用率低且工作周期长，即使如此，许多场景、舞台效果仍无法实现。

　　色键制作技术是用摄像机拍摄均匀蓝色幕布之前的人物或道具（前景），然后通过色键设备把蓝背景抠掉，换成其它背景图像。显然，前景和背景只是简单地叠加在一起。为保证色键效果的真实性，要求拍摄前景的摄像机不能移动、变化，因为背景不能随之跟踪变换；当然也不能完成摄像机之间的切换，因为背景不能保持恰当的透视效果；如果背景是活动画面，即使保持拍摄前景的摄像机不变化，仍会产生主持人好象在背景上飘浮的感觉，缺乏真实感，可见色键制作技术是有很大局限性的。

　　为了产生出逼真视觉的场景效果，用计算机场景工作站生成的三维图像代替简单的二维图像作为演播室的“虚拟”背景，并跟踪摄像机运动实时调整和“移动”该背景，使之与拍摄的主持人图像（前景）同步变换，实现三维场景的移动变换与真实摄像机相一致的模拟效果，这就是三维图形学、人工智能、模式识别与计算机图形图像处理相结合的虚拟演播室技术。

　　一般虚拟演播室系统的组成框图如图1所示。摄像机拍摄的主持人在带识别标志的蓝屏前表演的视频图像一路送数字图像处理部分，实时获取运动摄像的内外参数，另一路送视频延时器，以保证前景与虚拟背景在合成时严格同步；其输出送数字色键器，从带识别标志的主持人图像中去掉识别标志和蓝背景部分，并给出描述前景与虚拟背景融合比例的键信号。三维虚拟场景制作、发生工作站既能根据节目需要制作虚拟场景，又能借助三维加速卡在摄像机运动参数控制下实现变换场景；视频源1送入虚拟场景发生器，显示在虚拟场景中的虚拟大屏幕电视墙上，视频源2送入多层图像合成器，可以制作出众多的特殊效果。从以上系统结构中可以看出，虚拟演播室主要包括三个部分：摄像机运动参数的获取和实时计算、实时色键计算、三维虚拟场景实时生成和输出。

图1 通用虚拟演播室系统结构框图

　　二、以跟踪方式区分的虚拟演播室两大类别

　　虚拟演播室中的一项关键技术是如何判断摄像机、主持人、计算机“虚拟”背景之间的相对位置关系，使之实现“同步”。实现“同步”的关键是连续跟踪获得摄像机的运动参数。这些参数包括镜头运动参数（变焦、聚焦、光圈）、机头运动参数（摇移、俯仰）及空间位置参数（地面位置X、Y和高度Z）等。目前，成熟的跟踪技术主要有图形识别（Pattern Recognition）和以传感器为基础的跟踪系统（Sensor-based Camera Tracking System）两种方式。同时这也是虚拟演播室两大类别的主要区别之处。

　　图形识别方式需要一个画有特殊网格的蓝色背景幕布（见图2），它将摄像机所拍摄的画面送到数字视频处理器（DVP）中进行处理，通过对该画面中网格各具的不同特征和透视关系进行计算，得出有关摄像机的运动参数，机械传感器方式则是通过安装在摄像机云台及镜头上的传感器获得有关参数。两种方式各有其优缺点。图形识别方式的优点是对摄像机不加限制，也给予摄像师最大的自由度。缺点是要对所拍画面进行复杂的大量的数据计算，会造成较大的延时；由于只有当被摄画面包含一定数量的网格时才能进行测量计算，使主持人的活动范围受到一定的限制；为了精确跟踪计算，必须保持用于识别背景网格始终清晰，这使得摄像机景深范围受到限制，无法拍摄特写镜头；由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求比较严格，而且要使用较高质量的色键进行抠像。机械传感的方式可以弥补图形识别方式的不足，但其缺点是摄像机位置必须固定，每换一个位置都要重新进行定位调整，需要投入更多的资金购置额外的设备。为给用户提供更大的选择余地，在以某种跟踪方式为主的同时还融入了另外一种。

　　三、两个典型的虚拟演播室系统

　　虚拟演播室是一个具有高技术含量、高附加值和广阔市场前景的产品。据报道，自1991年日本广播公司（NHK）开发了一套图像合成系统以来，国外很多有实力的公司一直致力于这一技术的研究开发。但真正推出成熟产品还是1996年后，次年开始打入中国市场。目前可以了解到的已经商品化的虚拟演播室系统生产厂商13个，其中RT-SET和Orad两家公司在大陆的业务活动比较活跃，其产品也具有相当的代表性。

　　RT-SET公司的Larus、lbis虚拟演播室系统

　　以色列RT—SET（实时合成娱乐技术公司）的虚拟演播室技术处于世界领先地位，可为实况转播、后期制作和其它电视节目制作提供高质量、全集成的虚拟演播室系统。其Larus虚拟演播室系统框图如图3所示。其跟踪系统采用安装在基座上的精密光电旋转编码器和镜头上的特殊编码器实时获取摄像机位置和镜头视角参数，通过快速通信单元计算和传输至作为虚拟场景产生和实时变换的SGI Oynx图形工作站上，由系统应用软件根据这些参数控制三维虚拟场景在节目拍摄期间实时地持续更新，并按照演播室摄像机的运动的位置，总是以正确的透视角度出现，其一个显著优点在于，摄像机运动，包括摇移、俯仰、快速变焦、3D运动和透视改变，不受限制；由一个计算机装置控制和管理无限量的摄像机，而在控制室里连续显示集成的摄像机视图。但该系统的价格昂贵，同时由于采用精密的机械—光学传感器，增加了系统维护和操作的复杂程度。

　　Ibis是一种低价位、易于维护的虚拟演播室系统，图4为其系统结构示意图。此系统的虚拟背景不由3D建模工具产生，而是可以从任何标准的图形图像处理软件得到位图，最大尺寸为4096*4096象素，但位图仍跟随摄像机的运动而变化，满足正确的透视关系。由于没有复杂的三维图形处理，降低了对图形工作站计算速度的要求，从而降低了系统成本。

　　ORAD公司的Cyberset虚拟演播室系统

Orad公司的Cyberset虚拟演播室系统是目前全世界公认的最先进的系统，也是当前唯一基于图案识别的虚拟布景系统，它的工作流程与RT-SET系统相似，但独特之处在于采用该公司图案跟踪识别的专利技术，利用电视图像信号本身来实时计算析取摄像机移动参数，而不需要采用在摄像机上安装光学——机械传感器来测量摄像机和镜头的参数，因此可在直接使用原有的演播室摄像机和装置单元而不加装传感头的环境下，将在蓝幕前的主持人的实况电视图像信号与计算机产生的三维场景无缝集成，由于不需要以传感器为基础的系统中的摄像机安装方式、数据记忆头的设置、摄像机的自身控制以及相关的较正程序、预热时间或无效行程（空回）等问题，因此具有较高的稳定性和精确度，系统所需维护工作也较少。

　　四、虚拟演播室概念外延很广功能可塑性很强

　　虚拟演播室系统非但能把在蓝背景中的主持人与计算机生成的三维虚拟场景完善融合在一起，还可以用建模软件控制合适的贴图、灯光、模型等参数，给场景中的物体贴画，加光影和润色，使其更具真实感。在虚拟场景中，主持人可以来回走动，场景中的虚拟物体可以实时的移动和处理，电视窗口能显示外部视频源送来的视频信号。主持人不仅能在虚拟物体的前面或后面，并且能隐藏在物体的里面，主持人之间还可以进行异地对话。可见，虚拟演播室给制作人员更新、更广阔的创作空间，它很好的迎合了电视节目制作创新的需要。但其价格昂贵，国内只有少数有实力的电视台购买，如中央电视台、广东有线台、上海有线台、北京电视台等，对大多数电视台而言，只能是望而却步。

　　导致虚拟演播室价格昂贵的主要原因是，使用了高档的图形生成硬件。此外为了实现摄像机运动跟踪，如果采用机械传感方式，则需要多个传感器；如果采用图形识别方式，则需要专用图像处理器，并会产生时间延迟，为解决之便需要延时器，所有这些都会造成系统成本的上升。然而，在现有节目，尤其是新闻串联、访谈等节目的制作中，极少使用镜头摇移、俯仰、变焦等操作。在此应用场合，虚拟演播室中那些花费昂贵代价而得到的功能几乎没有用武之地。国内一些技术实力雄厚的计算机集团、数字视频产品公司开发了虚拟布景系统，以镜头切换代替镜头的实时跟踪，这就无需实时生成背景，而可以采用高质量的绘制算法，大大降低了成本。这样的虚拟布景系统，能提供一套完整的视频制作方案，可实现从三维虚拟布景的建造、材质的选择、灯光和摄像机位的设置、背景图像的渲染，到色键抠像、视频合成与输出。虚拟布景用途很多，对小型演播室应特别有吸引力。

　　虚拟演播室技术无疑是电视节目制作技术的一种革命性飞跃，充分体现了电视技术对当代最新的数字技术、计算机技术兼容并蓄的特点，作为电视技术人员应该了解、关注和跟踪这一新技术的发展。

　

虚拟演播室又称为虚拟布景。演员只要在蓝色背景的环境中进行演出，布景由计算机自动生成。利用虚拟演播室技术制作电视节目，可以极大地节省节目的制作经费，加快节目的制作进度，实在是多快好省地制作电视节目的方法。非常适合于中小型电视台使用。

最近，虚拟演播室技术又有了提高，例如，采用深度键技术，计算机可以根据演员所在的位置，采用多层特技的方法，分别叠加前景信号和背景信号。因此，尽管摄制现场除了演员和蓝色背景以外空无一物，显示的效果却是，演员可以从前景走到背景中去，也可以从背景中走出来。虚拟演播室的最大特色是，能够制作现实生活中难以实现的，离奇古怪的场景，可以让虚拟演员和真实演员同台演出。虚拟演播室技术给编创人员提供了极为优良的创作条件。因此，应该在适当的时候，及时引进虚拟演播室设备。 6.网络视频随着计算机技术的发展，呈现出一种计算机技术向电视技术渗透，融合的倾向，给电视节目的制作和播出状况带来根本性的变化。计算机在电视台中的应用日益广泛。最后，电视台的节目制作和播出系统朝向网络化的方向发展将成为必然的趋势。在电视台中应用的计算机网络必须着重注意以下问题：

(1)安全性计算机联网，特别是和大型计算机网络联网时，安全性的问题显得特别重要。在网络中的计算机系统遭受“黑客”入侵的情况，在国外并不是新鲜的事。由于电视台众所周知的重要性，保证不出问题是至关重要的。

(2)可靠性即不丢失数据。网络中的数据信息往往存放在硬盘中。如果不小心，没有采取必要的措施，导致信息丢失，将产生无法弥补的损失。为了提高可靠性，对于关键性的设备必须具有备份，重要的计算机数据应该异地存放。

(3)可扩展性选择绝对可靠安全，带宽可扩展性，实用性，分布式的平台结构，多CPU处理方式，在本地的CPU上进行及时处理，尽可能不占用总线的带宽资源。可扩展性包含硬件的扩展性和软件的可扩展性两个方面。升级扩充只需要增加模块，为将来的综合应用打下基础。

(4)容错性具备自动检错和纠错功能。即使出现错误，也不影响主机工作。应该采取足够有效的方式进行纠错，容错性是可靠性的保证。现在，优秀的计算机具有非常优异的容错性能。

(5)易操作性提高工作效率，良好，直观的人机界面，特别是应该考虑电视工作者原有的操作习惯，尽可能做到不要经过专业训练就能够进行使用。

(6)易管理性实现分级管理，授权服务的原则，采取防火墙技术进行隔离，设置程序管理员，对于不同的级别使用进行合理的管理。

(7)易维护性系统平台包含硬件平台和软件平台两个方面。平台的一致性要强，以便于维护。必须具备自诊断功能，并且，生产厂家应该提供良好的售后服务。系统网络结构应遵循先进性和实用性相结合的原则，世界上现在存在许多不同的流派，各流派都具有自己的倾向特征，应把握国际的主流方向，充分满足应用的需要，而且系统的技术水平应领先于实际业务的需求。; 0

http://zhuanghy1.5d.cn/

评论Comments