虚拟演播室技术在大型体育赛事转播中的应用.doc

虚拟演播室技术在大型体育赛事转播中的应用王大纲中央电视台摘要如何将虚拟演播室应用在直播，特别是 EFP 形式的大型 事件的现场报道中？中央电视台在长期的虚拟演播室应用中积累了大量的经验，特别是在几次大型体育赛事转播中，以全新的思路，摸索出了一套节约环保高效的全新的大型体育 活动的演播室直播应用模式。演播室系统并且为具体的应用开发了专用控制软件，从系统设计、应用方式到功能特技，有全方位的提升。这些应用方 式在国内都属于首次。虚拟演播室电视制作技术涉及数字视频应用技术、三维 动画技术、计算机应用技术、建筑学等多项科学技术领域。在 直播应用中，主要考虑系统的安全性和健壮性、系统控制界面的专业性和操控便利性、设备组装的灵活性、应急系统的可操作性。 随着计算机技术的发展和运算能力的提高，系统构架会越来越科学，效果更出色，会有更加广泛的应用。关键词虚拟演播室 大型体育赛事 转播 应用模式相对于传统的演播室节目制作，虚拟演播室技术的应用是近些年开始的。中央电视台是国内第一个使用虚拟演播室 技术的电视台，先后有数十个栏目使用过虚拟演播室进行节 目制作，节目涉及新闻、体育、文艺、戏曲、青少、影视、社 教等几乎所有范畴，适用于主持人演播室串联、访谈、文艺 表演、新闻播报、电视系列剧、教学、片头制作、音乐电视 等等节目形式，可以进行录播和直播制作。作为传统演播室 技术应用的补充和手段的扩展，虚拟演播室技术已经慢慢由 扮演一种增强功能的角色向主流角色进行过渡，目前国内外 电视台对虚拟演播室技术的应用已经非常普及，虚拟演播室 已经逐渐成为电视台甚至是数字演播室的标准配置之一。虚拟演播室在国内，一般应用于中小演播室，特别是200 平方米以下的小型演播室。中央电视台于 2001 年在广州九运 会的报道中，开始使用虚拟演播室在前方对大型体育赛事进 行直播。在广州九运会和釜山亚运会使用了二维半构架的虚 拟演播室系统；在雅典奥运会上，使用了真三维构架的虚拟一 应用的主要内容和特点中央电视台虚拟演播室的应用水平较高，在国内属于领先地位，在世界上也属于较高的应用水平。而对于本项目，主 要是将虚拟演播室应用在直播中，特别是 EFP 形式的大型事 件的现场报道。由于之前没有采用过类似形式，所以从一开 始使用，就在不断地摸索中进行。到 2004 年雅典奥运会，这 种直播方式应用已经相对比较成熟，已经逐渐形成了一套较 为完整的工作流程。工作流程如图 1。技术应用的主要特点包括： 采用国产的虚拟演播室系统，性能价格比高； 分别使用了二维半和三维两种不同类型的虚拟演播室 系统，使用的技术元素涵盖了目前世界主流虚拟演播室技术 的主要内容； 采用了独立通道、多通道共享两种不同的虚拟演播室构架，如图 2、图 3； 完全独立式系 统，高度集成化，可以 方便地集成到任意一 个演播室中； 开放式系统，可 以根据需要增加或减 少软硬件模块； 针对转播需求、 节目类型和导演需 求，自行开发编写应 用软件； 具有直播特征 的易操控的控制界面 和丰富的功能。无论 软硬件系统，可以为 不同的需求进行定制；效，而是其方便、节省、环保和丰富的创造力。这些特征适合很多日常节目的制作： 由于三维场景的整体设计和规划，可以对于一些节目进 行简单快捷的包装，特别是在节目量大、播出时间长的直播中； 不需要对场景进行运输、安装、拆卸、保养、存储，对 于需要频繁变换场景的 EFP 形式的转播非常实用； 虚拟场景更换迅速，大大提高演播室的利用率，可以 在单位时间中，录制尽可能多的节目； 充满创造力的场景制作，可以给使用者带来耳目一新 的视觉感受； 仿真的三维场景设计，可以增加节目的现场感，特别 仿真一些现实生活中不太可能拍摄到的、或者是限制拍摄的环境背景。 强大而方便的计算机辅助计算和模拟分析能力。2000 年悉尼奥运会，体育频道在悉尼前方搭建了一个实 景演播室，对奥运比赛进行直播报道。这样的演播室实景景 片在制作、运输、储藏、安装等环节需要大量资金，而且场 景制作出来基本上只使用一次，比较浪费。在节目形式和包 装上，实景拍摄虽然已经非常成熟，但是很难有创新和突破 的应用，特别是在前方转播的时候，演播厅的空间大小和设 备规模都受到很大的客观限制，实用实景制作存在很多弊端。在了解了虚拟演播室技术的特点和优势之后，出于成本 控制的考虑，再加上转播方案的变化等一些原因，体育频道 决定尝试使用虚拟演播室，在前方 IBC，对 2001 年广州九运 会和 2002 年的釜山亚运会，进行直播。九运会的成功转播使编导和技术人员甚至提供虚拟演播室 系统的厂家都增加了信心和应用经验，接下来在釜山亚运会和 雅典奥运会上都是使用虚拟演播室系统在举办城试进行转播。 虽然形式上基本相同，但是每一次新的应用都较上一次使用有 了极大的提升和改进，功能越来越强，应用也更加老练。由于有了两次成功应用的经验，在 2004 年的雅典奥运会图 1 直播方式应用的工作流程图 三维场景采用双活动视频输入，可以同时提供实时背景窗口和大屏幕； 可以提供滑轨、摇臂等活动机位； 利用多个不同的三维场景，可以在一个演播室中进行 多档节目的直播，节目更换可以在几分钟内完成； 强大的科学计算能力，可以根据需求实时分析画面和 各种数据。二 立项背景虚拟演播室技术投入使用之初，其强大的功能和丰富的特技和魔幻般的特效是各大厂商宣传的重点。但是经过几年 实际使用，我们认识到需要使用这些特效的节目并不是非常 多，而虚拟演播室最令人感到惊喜的地方并不是丰富特技特图 2 二讯道独立通道构架虚拟演播室系统结构示意图图 3 二讯道多通道共用式构架虚拟演播室系统，结构示意图中，体育频道继续使用虚拟演播室技术进行奥运转播。为了在技术应用和节目制作上有所突破，这次应用无论是在技术 上还是节目制作上，都有了大的飞跃和提高。使用了真三维 的虚拟演播室系统，提供了对移动机位的支持，运用了仿真 设计的三维背景环境和实时金牌榜等特效。虚拟场景大气漂亮，节目变化时，不同场景更换非常方便，通过鼠标点击，几秒钟就可以完成。实景和虚景的变换 也非常迅速快捷，只需要摄像机调整拍摄区域。二维半的虚拟演播室系统只能使用二维图片作为背景，不能进行三维动画特技，属于相对简单的虚拟演播室技术应用。这种方式，可以提高演播室的利用率和播出效率，非常适合频道不同节目的全天直播。雅典奥运会 CCTV-5 虚拟演播室在九运会和亚运会上的 应用基础上，改用了真三维数字虚拟演播室系统，可以实现 更加灵活多变和丰富多彩的特技效果，进一步提升节目的应 用能力，力求为体育频道制作出更好看的节目。雅典奥运会的直播取消了实景景区，在雅典 IBC 中的演 播厅中，只搭设了一个 U 字形带地板的绿色背景，全天节目 的直播全部使用三维虚拟场景，进一步节省了转播成本。根据体育频道的节目制作需求，使用三讯道摄像机，其 中一个机位使用虚拟演播室专用滑轨，机位可以不受限制地 移动。在场景中，仍然可以使用双路活动视频输入，在应用 上保证同时使用虚拟活动背景和前方单边注入点的信号。三 详细科学技术内容在广州九运会和釜山亚运会上，采取了相似的应用方案。体育频道分别将虚拟演播室搭建在广州和釜山的 IBC 中， 在同一个演播厅中分设两个不同的区域，一个区域采用实景 搭设，供新闻直播使用，另一个区域搭设一个 U 字形带地板 的蓝色背景，配合不同风格的三维虚拟背景，供体育比赛现 场转播和采访访谈使用。转播时根据不同节目进行拍摄区域 的转换，轮流使用虚拟场景和实景。在虚拟演播室直播系统中，使用的是奥维迅公司的 AVSET二维半虚拟演播室产品，具备双活动视频功能可提供 两路外来活动视频的输入，支持同时使用虚拟活动背景和前 方单边注入点的信号，在保证场景真实完整的同时，使主持 人可以与前方现场的工作人员或运动员实时地进行采访和交 流，具有非常大的灵活性和便利性。为保证直播安全，备用系统和主系统配置完全相同，与 主系统同时运行，进行设备热备份，可实时无缝地转换备用 系统，提供安全的备份和应急措施。本系统中每个讯道独享一个专门的图形工作站和色键器，可以单独调整本讯道的合成画面，三个讯道互不干扰，互为备份。为保证直播安全，我们另外准备了一台备份工作站进 行应急备份，备份工作站的配置和主工作站完全相同，可以 有选择地对三讯道的任何一个机位进行应急处理。主备都具 备双活动视频功能，均可提供两路外来活动视频的输入。三路合成信号和应急信号直接接入切换台，并且每路合成信号都有 预监监看。三维虚拟演播室可以使用三维场景模型作为节目背景环境，场景中的物体具备三维属性，可以进行多种形式的动画制作，实 现复杂的特技特效。雅典奥运会 的场景中，安排了实时金牌榜柱 状图显示动画、实时天气情况显 示动画、三维虚拟场景根据节目需求制作，不受场地物理空间的限制。不同节目的场景更换方便快捷，可以满足不同节目或板块的制作需求，可以方便地转场更换三维 场景，最大限度地提升演播室的 利用率和播出效率。图 4 亚运会系统图四 发现及创新点了预期的目标和效果，而且也为类似节目的制作和相关技术水平的提升摸索了大量的实践经验。虚拟演播室在大型体育赛事中的直播应用，有以下创新： 在国内首次使用虚拟演播室在国内异地以 EFP 形式进 行直播； 首次使用虚拟演播室，在海外进行直播； 支持民族工业，使用国产设备，并且和厂商以合作形 式联合开发数字视频制作系统； 结合节目的需求，对于虚拟演播室技术的应用有了很 大的提升。主要体现在双（多）活动视频输入、独立通道构 架的使用、备份应急系统的设计等等； 通过虚拟演播室技术的应用，为以后的数字化的节目 制作寻找到了一个非常经济高效的方式； 同一个有限的演播室空间中使用多个不同的虚拟场景， 并在几分钟之内完成场景的更换，确保多个节目共同使用租 金昂贵的前方演播室空间； 虚拟演播室技术大量特技手段和高效的使用方式，提高了赛事报道的时效性，丰富了节目内容，为今后中央电视台高 新技术的使用和进行大型体育赛事的转播积累了丰富经验； 在异地搭建演播室，可以在很大程度上节省演播室景 片的制作、运输、储存所需的人力、物力、时间和经费，而 且通过数字特技和计算机三维图形技术，丰富了电视画面的内容和视觉效果； 在虚拟演播室技术日常应用的基础上，尝试了国内以 前没有采用过的应用方式，不仅顺利完成了转播任务，达到五 与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较国外虚拟演播室技术的应用已经非常成熟，虚拟现实技术的应用也非常广泛地被影视制作所采用。我们国内的产品系统 无论在硬件和软件上都和国外主流产品有较大的差距，特别体 现在软件的功能、易用性和稳定性上。另外，国内的产品还不 能很好地利用计算机平台建立起有效的视频和数据分析系统， 在计算机科学计算和辅助分析上，也需要进一步加强。在应用上，由于产品上能力的差距，所以普遍的应用水 平也不是很高。央视的这几次转播，由于前期策划比较细致， 所以得到了不错的效果，从最终效果来看，虽然在国际上不 是最顶尖的，但是相对于大多数国外电视台同类电视节目的 制作来说，还是很新颖很有特色的，在经费的控制上，非常 符合中国国情，技术应用的尝试，也刺激了相关厂商对产品 的生产和开发，促进了产品技术含量的提升。六 尾声技术的开发、创新和应用都不是在闭门造车的方式中完成的，而是应该通过技术应用和产品开发共同参与实现，并 找到合适的舞台进行科学、严谨的实