安徽电视台80平米虚拟演播室系统的建设.doc

李伟中李新坤安徽广播电视台摘要主备系统应保持相对独立以避免相互影响。其次考虑的应该是先进性和前瞻性，系统设计采用稳 定可靠的成熟技术和设备，系统设计及规格符合专业电视 广播规范和电视技术发展潮流，适应虚拟演播室技术发展 的要求，同时还应考虑到技术的节目制作和技术发展的趋 势，功能设计上具有一定的前瞻性，方便系统的功能扩展 和技术升级，保证系统设计在相当长的一段时间内稍加改 造或升级即可满足节目制作需求，如虚拟植入技术和虚实 结合等虚拟跟踪技术相关的节目制作技术创新。最后，系统的各技术指标符合国家及行业有关标准， 采用开放的接口与技术，建立开放的结构，便于与其他演 播系统或转播系统进行互联互通，同时开放的架构也利于 进一步的系统扩展和升级。本文介绍了安徽电视台虚拟演播室总体设计原则、视频系统及安全性设计、虚拟系统设计、音频及通话系统设计、 同步系统和 tally 系统，并介绍了系统的应用情况。关键词虚拟演播室tally 系统主备音频通话系统同步系统安徽广播电视台原有 80 平米演播室于 1996 年建成投入使用，2002 年改建成虚拟演播室。系统经过十余年使用， 切换台、调音台等系统设备已经严重老化，技术也大大落 后，已不能适应节目制作日趋多样化的需求。经过前期调 研，2008 年安徽广播电视台启动了 80 平米虚拟演播室建设 项目。二 视频系统及安全性设计一 总体设计原则考虑到 80 平米演播室未来作为直播演播室使用，系统设计必须充分考虑到直播安全的要求。系统的安全一方面 要靠具备稳定成熟技术、高可靠运行的设备来保证，另一 方面要靠采取在系统结构设计上增加应急备份系统的完备 措施来实现。系 统 结 构 设 计 上 应 具 有 完 备 的 主 备 系 统， 且 要 主 备 系统保持相对独立性，主系统运行故障时切换到备系统运 行，备系统的运行不能因主系统故障而受到影响。主备系 统路由和主备系统信号设计均应设计充分考虑消除单点故 障，避免系统设计存在崩溃点。考虑上述安全需求，我们采取了如图 1 所示意的系统 结构。视频输入源信号分别进入切换台和矩阵，切换台和 矩阵互为备份，实现核心设备互为备份，分别输出主备路演播室设计定位为设置虚拟和实景两个景区的直播演播室，虚拟场景和实际场景可以实现多机位切换，适应形 态各异的多样化节目制作的需求，同时实景区还可以解决 小型新闻访谈类节目的应急制作。系统的设计应该着眼于节目制作需求和技术发展的趋 势，从系统建设稳定可靠及前瞻扩展等角度考虑，应该布 局设计合理，功能完善，操作简单直观，维护管理方便。首先要考虑的是安全性，这在直播演播室中是重中之 重。这就需要一方面采用稳定成熟的设备和设计方案，使 系统具有极高的运行可靠性，另一方面考虑设计完备的备 份应急系统，系统主备路由和主备信号均应充分考虑，且真的、立体感很强的演播室效果。计算机生成三维虚拟场景，随着摄像机的推拉摇移， 改变俯仰角度，相应改变画面的大小和角度，并且为了正 确再现前景与背景的空间透视关系，还需对前景和背景实 施空间锁定，这种空间锁定是通过精确测定摄像机的所有 定位参数（包括镜头调整参数）来实现的 , 这也就是摄像机 的跟踪定位技术，常用的有传感器技术、网格跟踪技术、 红外跟踪技术。网格跟踪技术的基本原理是，将摄像机拍摄到的网格 或网格的一部分画面送到网格处理器中，网格处理器对这 些画面进行实时处理计算，确定在当时情况下，摄像机相 对于系统原点的位置参数 x、y、z 以及云台参数 p、t、r 和镜头参数 z、f，并且随着真实摄像机的运动，将实时计 算参数的结果，提供给渲染单元，将符合真实场景位置的 图形渲染输出。网格跟踪技术中，画在蓝箱上的网格是用 来计算的参考目标，蓝色网格图案在色键器中处理掉，正 常工作需要拍摄到至少四个网格点。这种跟踪方式不是全 三维的，能够从蓝色网格信号中提取摄像机的位置、方向 和视角信息，更适合固定机位时采用。红外跟踪技术，可以用来计算演播室摄像机的位置， 以配合网格跟踪支持演播室摄像机自由运动，camtrack 工 作原理为：在摄像机上安装一个红外发射器，在蓝箱角上， 安装两个红外的 bw 摄像头，经过 2 个 bw 摄像头的图像 通过计算机处理后，使用三角测量，我们可以精确地计算 出红外发射器的三维位置。信号。主备路信号经双二选一开关，输出主备两路节目信号，再加嵌音频后送播出系统，这里避免了二选一开关这 一关键设备的单故障点。矩阵输出的备路信号，配置下游 键接入在线包装输出的图文信号，满足备路信号的基本的 图文字幕制作功能。系统主备路具有相同的且各自独立的输入信号源，核 心设备切换台和矩阵互为备份，主备系统相互独立且不存 在单点故障，有效确保了系统在直播时的播出安全。视频 输出选用双 p g m 输出，其中一路 p g m 用于实景即传统视 频信号主输出，另一路作为虚拟系统前景进入色键器以形 成最终合成输出信号；4 路 a u x 输出，其中两路用于虚拟 系统，另一路作为在线包装系统的外视频输入，通过 a u x 面板选择每一路 a u x 信号输入源。clean 输出信号接至视 频矩阵，可作为录制不带字幕的素材资料或虚拟大屏幕、 演播现场大屏幕等方面用。切 换 台 采 用 了 具 有 18 路 输 入 2 m /e 数 字 切 换 台pa n a s o n i c 的 av- h s5200， 视 频 矩 阵 采 用 了 h a rri s1616 数字矩阵，是视频系统的信号调度中心，配有控制 面板可作为切换台备份切换。视频系统输入信号源包括 4 路摄像机、2 路网络播放工作站、2 路网络录制工作站、2 路传统录放像机、1 路在线包装键及键充信号、1 路传统字 幕机键及键充信号（可以空着备用）、2 路视频矩阵过来的 信号、2 路未来扩展信号输入的要求。三 虚拟系统设计虚拟演播系统采用的是国际知名品牌以色列的傲威 pr os et 系统，其中跟踪方式采用网格加红外跟踪方式，保证定 位迅速、准确、简单，跟踪精度高，满足小范围内摄像机 的移动。外置色键采用国际领先水平的 ultimatte-500 带 控制面板的数字标清色键器，使扣像效果更加细腻，合成 效果更加逼真。图形工作站采用基于更加安全的 linux 操作系统的渲虚拟演播室技术是在传统色键抠像技术的基础上，利用计算机三维图形技术和视频合成技术，根据前景摄像机 的位置焦距等参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保 持一致，经过色键合成后，使得前景中的人物道具看起来 完全沉浸于计算机所产生的三维虚拟场景中从而创造出逼2网格和红外跟踪系统1视频系统安全性设计染平台 h d v g，具有强大渲染运算能力，支持两路外视频输入并可扩充，同时能够平滑升级至高清系统，可在未来 以极低的成本升级成高清三维虚拟演播室系统。在线包装系统，采用傲威的在线包装系统取代传统的 图文字幕功能，既能满足对普通字幕的需求 , 又能满足对 三维图文包装的要求 , 同时也能进一步丰富虚拟演播室的前 景、背景以及窗口元素，增强节目的艺术化效果。在线包 装系统的核心图文渲染平台与虚拟系统采用相同渲染核心 的图形工作站，可以在不增加成本的情况下，倍增系统的 渲染速度，也可以在强调安全的应用中实现相互备份，保 障系统应用的安全。通 话 系 统 是 由 演 播 室 的 m s704 通 话 主 站、2 台rm702、if4w4 和 ptx-3 无线通话系统组成。ms704 的 a 路与 i f4w4 相连，i f4w4 与 4 台 ccu 相连，导播就可以 通 过 通 话 主 站 的 a 路 与 4 个 摄 像 员 通 话。p g m 信 号 接 入 m s704 通话主站，通话主站同时也与主持人用的无线通话 系统相连，导播就可以随时与主持人通话 , 主持人也可以听 到节目声。五 同步系统和 tally 系统本系统的同步信号有充分的冗余备份，由 2 台 spg300同步信号发生器与 1 台 e c o422d 倒换器构成一个同步系 统。当主同步机出现异常之处时，倒换器就会在瞬间将同 步信号自动倒换到备同步机上。这样就大大提高系统的安 全性了。由切换台和矩阵输出 g p i 分别送到 ta lly 控制器的 a/b 路输入，由 tally 控制器的输出再分别接到 4 台 ccu 的 ta lly in 接口，这样当导播切其中一个摄像机信号时 摄像机机身上的 tally 灯就会亮起，这样就可以起到提示 主持人的作用。当切换台出现异常情况时可以用矩阵来进 行切换并将 tally 控制器倒换到 b 路上，这时用矩阵切换 时摄像机机身上的 tally 灯就会亮起。虚拟主机和在线包装主机均通过控制工作站进行控制，控制工作站与主机之间通过交换机以以太网的方式相连。六 系统的应用四 音频及通话系统设计80 平米虚拟演播室系统设计科学合理，功能完备，引进世界上虚拟演播室领域最先进的设备和技术，使系统的 整体技术水平、扩展能力和应用效果都处于国内领先地位， 系统已于 2010 年 5 月完成招标和建设投入使用。音频系统核心就是调音台，需要满足多路音频信号的输入输出以及监听。 调音台采用模拟调音台，话筒采用无线领麦。音源设计为 5 路话筒，4 台录像机，4 台网络录放像站点、2 路外 来信号，因此调音台应不少于 24 路输入。调音台的输出编组 1 和编组 2 作为主备路信号经过音 频二选一开关后输入到音分再分配给加嵌器、录像机、服 务器、主持人监听以及接口板，结构类似于视频系统，是 为了保证音频系统声音输出的安全。调音台编组 3 输出到 电话耦合器、编组 4 输出到 ms702 通话主站。通话系统，考虑导控室空间有限，在导控室内各岗之 间的通话可以忽略，关键在于与演播室现场的主持人、嘉 宾的通话，采用通话小盒，以具备灵活的可控性，既能在 录制期间通话交流又要防止通话串到音频主输出中。内通 采用先进的无线内通，主持人使用隐性无线耳塞进行通话 交流。考虑当时节目制作实际需求和安徽广播电视台新中心建设要求，（下转第 49 页）4导控室布局3虚拟系统连接示意图播室各岗位人员均在线值班。 前方回传的主系统主、备标清信号由台总 控分配后送到新闻中心 演 播 区， 接 入 4848 标清矩阵，经矩阵切换 后 分 别 送 入 主（sony mav-555a）、备（leitch vr445）延时器，延时30 秒后，再送回矩阵。 由矩阵切换，将延时后 的 主 路 信 号 分 别 送 至250 平 米、150 平 米 和 d229 演 播 室， 备 路 信 号 送 至 250 平 米 和 150 平米演播室。前方送回 的大全景安全镜头信号 和会场反打全景安全镜 头信号经矩阵切换后送 至后方主、备演播室。频系统，供播出备份使用。同时将 250 平米演播室播出主路 clean fade 信号经矩阵切入d229 演播室，在直播开始前，向各频道和总控送延时器主 路信号；在直播开始后送 250 平米演播室无在线包装的 pgm 信号，这样就可以避免二次切换造成的图像信号误差，保证 所有送出信号的一致、统一、无误。前方送回的备系统主、备信号，经总控分配后送至新 闻中心演播区备系统主、备路延时器，2 台延时器型号均为 s o bey m s v555。延时 30 秒后送入 250 平米演播室视、音三 结语中国共产党第十八次代表大会已经胜利闭幕，与之相关的直播报道也圆满结束。总结经验，正是由于前期的充 分准备，制定周密的方案，搭建了具有高可靠性的现场直 播平台；有条不紊地实施以及直播中精密的操作，才保证 了整个“十八大”直播报道的安全、准确、万无一失。（上接第 52 页）直播安全相关设备未全部配备到位，仅按录播节目要求配置实际需求设备，但系统各个路由均按设计完成，启用直 播功能仅需添置相应设备接入系统即可。另外实景区未实 际配置到位，但实景区位置规划留出，有实际需求随时可 以启用。80 平米演播室的导控室设计上以人为本，充分考虑操 作人员的工作性质，科学布局，优化工位，在有限的空间 创造出合理舒适的工作环境，使各工种人员都能方便、快 捷、顺利地完成本岗位工作。该系统作为安徽省唯一的一套国际水准的真三维虚拟演 播室系统，在系统设计和整体技术水平上能够在国内同领域 中居于领先地位，在使用上极大地满足了各频道的多种形式的节目录制需求，极大地提高了安徽广播电视台在安徽省内外的品牌形象和市场竞争能力，经济效益和社会效益显著，