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从雅典奥运会的转播看虚拟演播室的系统构架

2004-12-30 王大纲 徐驰 中央电视台技术制作中心 依马狮网


    CCTV-5体育频道继在2001年广州九运会和2002年釜山亚运会的转播中,成功使用虚拟演播室之后,2004年雅典奥运,CCTV前方报道组再次搭建虚拟演播室用于实况转播。

    雅典奥运会转播中使用的虚拟演播室构架及其优势
    我们选用的是新奥特NASET三维虚拟演播室系统。NASET的功能和特点符合体育频道的使用需求:⑴ 基于OPEN-GL图形平台的真三维虚拟演播室系统,可用3DS MAX、Maya等主流三维建模软件制作的三维场景,具备完整的三维属性和三维模型处理能力,具有Z轴方向景深和深度键处理能力,可以实现体育频道为奥运直播而设计的丰富多变的虚拟环境与三维特效;⑵ NASET系统支持多个虚拟大屏幕和多路活动视频输入,可以满足比赛直播和体育新闻中多路视频开窗和虚拟大屏的需求;⑶ 提供多个摄像机讯道,可以提供活动机位;⑷ 比起国外同类别的系统,使用成本低。
    除此之外,最令人感兴趣的是NASET系统所采用的一对一独立通道化的设计构架方式。通道设备一般包括:摄像机传感定位系统、延时器、图形工作站、色键器等设备。在雅典,独立通道的结构为我们解决了直播应用中的一些棘手问题,我们来逐一分析:
    1. 预监系统问题
    节目的预监系统对于直播来讲非常重要。当前,一般主流虚拟演播室系统多采用多通道共用式构架,这种构架的标准配置只提供一台图形工作站和一套色键合成系统。这种情况下,一个多机位的虚拟演播室系统中,仅有作为主输出的一台摄像机的摄像师能够看到前景与虚拟背景合成的节目图像,而其它机位的摄像师只能看到前景直通信号。由于不能随时监看前景和虚拟背景的合成信号,摄像师不能很好地进行拍摄构图。而且在导控室中,导演和其助手们也无法监看所有机位的画面合成情况,为调机和切换带来了一定的困难。
    多通道共用式构架系统中,为了实现所有机位的预监功能,需在系统中添加额外的设备。从理论上讲,要实现一个预监通道,就需要配备一套完整的虚拟演播室系统,包括为相应机位提供虚拟背景的图形处理设备和色键合成设备。虽然预监系统只是作为信号监看,所采用的硬件设备可以是相对廉价的,但是无论如何都将增加系统的复杂性和成本!
    采用独立通道构架的NASET系统,很好地解决预监和摄像机返送信号的问题,可以为每个机位提供独立的预监合成信号,使导演和摄像师如同实景拍摄一样,自由调机和拍摄。完整的预监系统大大增加了直播安全系数。
    2. 切换台的使用习惯
    在多通道共用式构架系统中,只配备一套色键抠像系统,仅有一路合成好的信号,输入到主切换台。合成信号在进入主切换台前,通常使用专用虚拟系统切换设备进行多讯道切换。这种方式,并不是每个切换导演都熟悉并轻松适应的。而且,使用虚拟切换台切换时,前景和背景要求同时变化,图形工作站在背景变换时,由于需要时间运算,会产生延时。复杂的三维场景,需要相对长的运算时间。前景的变换不存在延时问题,所以,前景的变换要根据背景的变化情况相应动作,稍有不同步就会产生加帧等错误。这对软件控制有了更高的要求。
    独立通道构架的系统由于每台摄像机所在通道都产生相应的三维背景,输出一路合成信号,切换台的连接和操作与传统的实景方式完全一样。另外,由于省去了虚拟切换系统,信号处理上简化了,方便了导演,避免出错。
    3. 叠画
    叠画是在直播中最常用的功能之一,但是在虚拟演播室系统中,叠画却一直是个不易处理的问题。目前,虚拟演播室系统实现叠画的唯一方式,就是采用独立通道构架。采用多通道共用式构架的虚拟演播室系统,通常是用双系统并行方式来解决这个问题。双系统并行,其实质和独立通道是一样的。在雅典奥运会转播期间,体育频道使用的新奥特NASET三维虚拟演播室系统完全支持叠画和扫画等操作。
    4. 抠像
    “跟光圈”是我们在演播室工作中,经常会进行的一项操作,在某些类型的节目制作中,甚至可以设成一个专门的工作岗位。在虚拟演播室中,应该也设立一个类似的岗位,那就是“跟色键”。演播室录像中,灯光是变数最大的一个因素,灯光的变化、摄像机光圈的变化、道具的颜色和反光、人物的衣服颜色等变化都会对抠像的效果造成影响。另外,多机位拍摄到的画面有很大的差别,景别的不同也会影响到色键的参数调整。然而,这么多变化的因素,如果只有一个色键器,就需要频繁对其进行调整,“跟色键”以适应各种变化。
    采用独立通道构架的系统,可以通过监看预监,针对每个机位分别调整色键参数,把合成画面调整到最佳状态。这不仅大大减少了“跟色键”的工作量,而且可以使每个机位都获得较好的合成效果。
    5. 直播的应急备份
    采用多通道共用式构架的系统,在直播应用中,多采用克隆备份的方式,主系统在使用的时候,备系统进行热备份。这种克隆备份的成本较高。而采用独立通道构架的系统,在应急备份这个问题上会让人感觉很有趣。独立通道分别独立运行,相互之间没有干扰,所以独立通道两两间可以互为备份,而一个通道发生故障,不会影响到其它通道。
    我们在雅典奥运转播应用的是三迅道独立通道构架,如果不增加额外设备,三迅道可互为备份。但是一旦出险,比如其中一个通道的设备出现问题导致不能产生合成画面信号,那么将会在播出中损失一个机位。虽然其它机位仍能使用,但是在故障修复前,系统将不能保持完整,影响到播出的效果。如果给每一个通道都配备备份,也就是完全克隆备份的方式,这种做法最安全,但是成本过高而且并不明智。最合理的方式是在现有通道数量保持不变的基础上,增加一到两个备份通道。在实际操作中,我们把系统做成了三加一的结构。其中备份通道通过连线和软件配合,可以方便地在三个机位间切换,虽然这种切换非实时,但是作为应急已足够了。实践证明,这种应急备份方式是安全和高效的,而且系统成本增加也较少。
    另外,采用独立通道构架的系统在某种意义上,将系统风险也进行了分散,降低了核心部件出现问题的风险。

从雅典奥运会的转播看虚拟演播室的系统构架
二迅道独立通道构架虚拟演播室系统

    独立通道构架的不足之处
    通过雅典奥运会虚拟演播室的转播应用,我们看到了采用独立通道构架系统在直播和节目制作中的优势,但是,这种构架并不能一统天下,实际应用它也存在着一些明显的不足和有待改善的地方:
    1. 系统构成相对繁琐
    此三讯道虚拟演播室系统三个机位均采用机械传感定位方式,需要专用云台和配套的三角架,两个常规固定机位可以进行聚焦、变焦、俯仰、摇等拍摄动作,在拍摄的过程中不能移动和升降。另外一个机位架在了可以任意在演播厅地面上铺设路径的软滑轨上,可以保证摄像机在演播室中进行水平平移的拍摄。
    除了三讯道的三套独立通道外,还有主备控制工作站等大量周边设备和一套备份通道,设备较多,系统构成相对复杂。特别是要搭建在雅典前方的IBC中,全部设备打包装箱进行海运,到达雅典IBC后,再对几十台设备进行安装连接,需要大量时间。而且前方人手相对紧张,几天的安装和连接更是显得费时费力。
    无论是采用什么构架的系统,都应在系统的集成和产品化上多下功夫,尽量系统整合,提高工艺和人性化设计,最大限度地提高产品的易用性。
    2. 成本相对较高
    一般采用多通道共用式构架的系统可以有效控制设备数量和价格,既可搭建廉价入门级产品,也可搭建功能强大的高级别产品。而采用独立通道构架的系统目前在这方面并无优势,特别是多讯道系统,由于高质量的色键器、视频转换器价格都较

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