泉州电视台虚拟演播系统适用性

摘要：基于ORAD 系统的泉州电视台虚拟演播系统的技术特点，其实时渲染、虚拟场景设计和色键器等关键技术的适用性剖析。虚拟演播系统信号流程的特点。虚拟演播室应用常见问题及其解决。
关键词：虚拟演播系统适用性剖析ORAD系统
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1、泉州电视台虚拟演播系统简介

泉州电视台在2005年以前，演播室录制节目一直依靠传统的色键抠像技术。在这种制作方式中，制作、美工人员需要精心设计和搭建表演区和场景，经常要耗费大量的人力、物力和财力，而且建成的场景无法即时更新和变换，资源利用率低且工作周期长。鉴于此，在经过多方实地考察和研讨后，泉州台决定于2005年立项建设虚拟演播室。目标就是建设一间拥有灵活配置、设备易于操作、维护方便的系统，同时能够确保系统在投入使用后相当长一段时间具有先进性，并留有扩展余地的三讯道的演播室。
一般的虚拟演播系统由三大模块构成：摄像机传感跟踪、三维图形渲染和处理、色键抠像合成。在这三大模块中，我们认为摄像机传感跟踪和色键抠像合成是比较成熟和稳定的传统技术，其拓展空间不大，对整体系统应用的提升也不会有很大的影响。我们关注的重点是三维渲染和处理以及系统的整体软件设计，这是关系到能否在节目中发挥虚拟演播室系统功能的关键所在。我们在比较了国内外的几家虚拟设备之后，最终选择了以色列的ORAD (傲威)虚拟演播室设备。

2、ORAD虚拟演播系统的技术特点

ORAD系统采用比较先进的网格识别跟踪系统。该系统通过摄像机抓捕信号来对摄像机的视角、位置和方向进行计算。在摄像机抓捕到背景蓝白相间的网格时，系统即可快速自动地计算出摄像机的位置。ORAD系统可以支持四台摄像机，每一摄像机都可以单独进行快速定位，而且不需要增加其他硬件设备。作为比较成熟的虚拟演播室解决方案，ORAD系统使用的图形渲染平台是功能强大的DVG，配备两路视频输入和全屏反锯齿；DVG使用ORAD的渲染引擎软件，结合DVG硬件及ORAD控制软件。ORAD虚拟演播系统方框图如图1所示。

2.1 ORAD系统的网格识别

ORAD系统的独具特色的网格识别是预先在蓝箱上用饱和度不一的浅蓝色画上大小、线条粗细都不一样的网格，并且以相邻的四个网格为最小识别单位，如图2。ORAD虚拟演播室设备采用其专利技术的网格定位方式，摄像机初始化定位时间很短，一般只需要一帧的时间。另外，运用该技术不需要改造摄像机，不需要在云台上加装任何设备，无需镜头校准。由于没有机械跟踪装置，所有不存在机械误差和磨损。ORAD使用特殊的算法，通过摄像机拍摄到的网格自动计算出摄像机的运动参数。该方法可以获得摄像机的8个参数，包括位置参数。当网格安装调试完成之后，不需要再对摄像机进行定位。ORAD摇移精度达到0.00035度，重复精度为0.00011度，俯仰精度达到0.00026度，重复精度为0.00013度。

2.2 ORAD系统的实时渲染能力

实时渲染能力是虚拟演播室技术的另一个重要的性能参数。作为优秀的三维虚拟演播室系统需要实时处理大量的三角形、纹理

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贴图、视频插入等，而不是预生成的场景，所以一个强大的图形工作站就显得尤为重要。现在主要使用的有基于UNIX平台的SGI Onyx2等。由于PC的发展，现在也逐渐出现了基于NT平台的DVG和其他图形工作站。
近几年PC的发展迅速，随着CPU好显卡芯片主频的升高，显卡的纹理内存扩大，PC成本的不断降低，许多厂商开始开发基于PC的图形工作站。其中最为典型的就是专门为了虚拟演播室开发的DVG-10图形工作站。是基于2台奔腾4单处理器的PC机集成于一个5RU大小的机箱中。每一个DVG-10可以带有两个着色引擎，或者一个作为控制，另一个作为着色引擎。这种灵活的结构允许一个DVG控制单元来控制无限数量的着色通道。这些通道通过一个标准网络连接，可以同时进行多个图形的处理。泉州台Orad SmartSet虚拟系统就是采用DVG-10图形工作站。
DVG单元的主要性能包括：双SDI视频输出和双SDI键控（Alpha）或PVM输出；双SDI视频输入，包括有效的还通；锁相输入；锁相到内同步或外同步（Ref或SDI输入）；内置视频线性键控（合成视频输入和图形）；实时预监；8个RE-422通讯口用于实时和非实时控制（选项）；压缩闪存硬盘，可以快速地进行软件升级；背景视频延时，延时帧数可在跟踪软件中编程调整；DVD/CD和软驱接口；灵活的HW设计，供将来执行其他功能；3100万个三角形/秒；10亿个像素/秒；光源：着色过程最多达8个光源；彩色光源；各种位置组合，作特定方向的局部照射，着色后图形能够抗锯齿、抗闪烁，并带有其他系统滤波器；三线性贴图、阴影效果、实时特技、雾、深度提示、立体贴图；32位色彩；64MB纹理闪存；超过7GB的内部存储带宽；全屏幕抗锯齿。由技术指标来看，此图形工作站已经和SGI图形工作站某些方面很接近，实际使用的效果也的确不俗。

2.3 ORAD系统的虚拟场景设计与生成

ORAD的制作软件使用的是通用软件3DMAX， 控制软件在虚拟演播室中，主要是控制虚拟演播室场景的相关动画、键信号和α通道，视频窗口的开关，场景位置的调整等等。制作场景的全部工作，包括所有的贴图、动画、灯光、视频窗口等，所有的制作全部在3D Max下完成。同时，ORAD Cyber Set控制软件直接安装在3dmax插件中，用户打开3Dmax软件，既可以完成场景的制作，又可以进行播出控制。用户可以随时修改场景，即刻播出。因此，ORAD的这套虚拟系统适用于直播。ORAD的渲染单元使用LINUX操作系统，保证图形工作站的稳定，保证直播的需要。而控制部分采用WINDOWS系统，方便用户使用。使用通用3D软件这点对场景制作人员来说是很有益的，这是因为通用软件能够支持的材质、贴图非常丰富，市场上能够写到的模型库也非常多。这就意味着用户能够完全实现自己的创意，不受任何软件工具的限制。相反，自己开发的制作软件，无论软件功能，材质库（没有专门的厂商为你如此小的用户群专门制作材质库），都受到很大的局限性。

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