好莱坞的秘密 虚拟演播室技术及应用

　　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。