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，城市观众通过有线电视网都能接收到几十套电视节目，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、降低节目制作成本将成为各电视台竞争的最大筹码，为此，虚拟演播室应运而生。虚拟演播室技术为电视制作提供了无限想象和表现空间，相对于传统的演播室，它具有制景费用低、制作周期短，更换布景方便，尤其是虚拟场景可随意更改的特性极大地满足了创作的需要，使创意不受实际场地与资金的局限，在有限的空间里实现无限的创意，给节目演播、制作带来了深刻的变革和广阔的应用前景，而且虚拟演播室的视频指标极高，近几年来虚拟演播室在国内发展非常迅速，许多电视台都采用了虚拟演播室制作节目。
目前世界上有数十家公司已开发或正在开发这一全新的电视节目制作系统，虽然这些虚拟演播室系统在硬件配置及软件设计上各有千秋，但其工作原理基本相同，我台采用以色列傲威公司开发研制的Cyberset虚拟演播室系统，现对这套系统进行技术分析：
一. 虚拟演播室基本工作原理
虚拟演播室技术是在传统色键技术与计算机图形处理技术相结合的基础上发展起来的。传统色键技术的原理是将主持人或演员置身于兰色背景幕布前表演，利用色键合成器将前景图象抠像，使得主持人从兰色背景中分离出来，然后用其他定格画面作为背景填充兰色部分，这样，前景在运动，背景却不能与前景相应运动，无法保持正确的透视关系，看上去前景像漂浮在背景上一样，不能“溶入”到背景中，给人感觉很不真实。虚拟演播室采用了传统的色键合成技术，但突破了传统色键系统的限制，采用了跟踪技术，计算机通过分析摄像机的运动参数，包括位置、俯仰、平摇、推拉(变焦)等，对虚拟场景的相应参数进行调整，保证前景、背景之间正确的透视关系，计算机实时生成出与前景联动的背景信号，从而把摄像机拍摄的前景信号与计算机生成的背景信号无缝地合成在一起，主持人能深入到虚拟的三维场景中，并能与其中的虚拟对象实时交互，仿佛主持人置身于真实的场景中一样。
二. 系统设计特点
虚拟演播室系统是一套全数字系统，与其配套的外围设备都是数字设备。由于我台演播室过去使用的是模拟设备，包括Z-1800摄像机、日立CCU控制器、Betacam录像机等，为了充分利用现有的这些模拟设备，在设计系统的时候，采用A/D转换器，把模拟信号转换成数字信号送到虚拟演播室系统，信号经过虚拟合成后，输出数字信号再经过D/A转换器，转换成模拟分量信号，送到Betacam录像机录制节目。
在跟踪数据获取上，主要采用图形识别跟踪方式。考虑到我台演播室的具体情况，除了台上的主持人和嘉宾外，为了烘托现场气氛，突出观众的交流与参与，现场还有能容纳100位观众的观众区，镜头有时需要从台上摇移到台下观众区，如果仅用图形识别跟踪方式，台上可以实现图形识别跟踪，而台下没有兰色网格，就实现不了跟踪。由于机械传感器可以实现360度跟踪拍摄，我们在3号摄像机上加装了机械传感器，通过安装在摄像机云台及镜头上的传感器获得有关运动参数，有网格做参照物，传感器的定位也只需要一帧时间就能完成，这套虚拟演播室系统采用了图形识别和机械传感器相结合的跟踪方式获取跟踪数据，这也是我台这套系统的又一个特点。
三. 系统结构及原理
虚拟演播室系统包括视频系统、音频系统、灯光系统、通话系统以及蓝箱设计等，我台设计的蓝箱宽10米、高5米、深5米，蓝箱的背景幕布上有一块特殊的蓝色网格幕布（见图1），就是利用这块蓝色网格幕布，实现图形识别跟踪。
我台虚拟演播室视频系统结构如图2所示。
我台这套系统，根据自办节目的需要，设计有3个摄像机讯道，其中架设在观众区左边的带小摇臂的摄像机为1号机位，主要拍摄主持人和嘉宾的特写镜头；观众区中间的摄像机为2号机位，主要拍摄舞台的全景；观众区右边的带机械传感器的摄像机为3号机位，主要拍摄舞台的中景、小全景以及拍摄观众的反映镜头。
这套虚拟演播室系统，是选用傲威公司的Cyberset NT系统，该系统是目前全世界公认的最先进的系统，采用该公司图案跟踪网格识别的专利技术，依靠摄像机拍摄下的带有不同数目和不同形状的网格的视频图象信号，通过数学的算法让计算机了解摄像机究竟产生了怎样的变化，并实时解析出摄像机的位置、变焦和推拉摇移等参数，将蓝幕前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，具体信号流程如下：摄像机拍摄的前景图像信号（见图2），经过A/D转换器转换成数字信号后，送到虚拟演播室系统。首先前景信号经过VDI-20给每路信号插入ID号，即叠加身份识别信号后，将带有ID号的视频信号送给16×2数字视频切换矩阵VD1602CP，导播根据节目需要对3个机位的信号进行选择切换，输出信号送到数字视频处理器DVP200中进行处理，DVP200通过对画面中网格各具的不同特征和透视关系进行网格跟踪信号的处理计算，得出有关摄像机的运动参数，然后，将处理结果通过HUB传递给DVGone图形工作站，作为图形工作站制作三维虚拟场景的跟踪数据；同时，DVP200又要将前景画面信号输出送给DVGone中的内置色键器，作为色键器的前景信号。色键器的背景信号及MATTE信号全部由虚拟系统的图形工作站DVGone产生，在色键器中，虚拟背景信号与前景信号合成，得到合成的视频图象信号。
四. 虚拟演播室的应用
我台这套虚拟演播室系统，经过技术部工程师们的共同努力，于2005年5月中旬安装调试完成并如期投入使用，泸州市青少年电视歌手大赛复赛，就是首次使用这套系统。电视观众看到的背景是通过3DS MAX建模生成的一个真三维的虚拟场景，整个场景以红、蓝两色为主色调，场景建模时兼顾整体与局部、全景与近景相关照，场景中间是一台可旋转的大屏幕，可以播放外部视频源送来的视频信号。参赛选手在蓝箱中自由表演、走动，经过虚拟演播室技术处理后，选手就置身于一个完全虚拟的场景中，背景随着选手的运动而变换，图象非常真实而逼真，这套系统经过2天近20个小时的连续使用，系统性能稳定、图象质量较好，这次节目从播出效果和观众的反映来看，都可以说是泸州电视台的一次成功尝试。
虚拟演播室除了录制我台自办的栏目如：《缤纷生活》《每日800》《欢乐在线》等栏目外，还可以录制其他形式的节目如：谈话类节目、演讲比赛、MTV等，不需要现场搭建场景，既节约资金又方便、快捷。虚拟演播室技术蕴藏着无穷的潜力和神奇的魅力，还有待我们的导演和技术人员共同努力，使虚拟演播室在节目制作中充分发挥作用，更好地为丰富我台电视节目服务。