电视事业战略发展与虚拟演播室技术

文｜刘跃

虚拟演播室技术概述

1、虚拟演播室技术的产生

虚拟演播室最早起源于“电子布景”的概念，随着计算机虚拟现实技术的发展，借助于计算机技术在电视节目制作领域的应用，虚拟演播室技术真正走向了实用。作为数字演播室发展新技术，虚拟演播室技术已成为了当今数字电视演播室新技术的热点。它不仅为电视节目制作提供了高科技的制作手段和无限自由的创作空间，而且在丰富节目包装方式、降低节目制作费用等方面也显示出其巨大的优势。

2、基本原理

虚拟演播室系统是在计算机图形技术和传统视频色键技术基础上发展起来的新技术，借助于计算机三维图形技术和视频合成技术，根据前景摄像机的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后，使得前景中各种元素完美的融合到计算机所产生的三维虚拟场景中，而且能在一定范围内自由运动，进而形成具备空间真实感的电视演播室效果。从而形成一种新的电视节目制作系统。

3、系统组成

一套典型的虚拟演播室系统一般由三个子系统组成：摄像机跟踪系统、计算机虚拟场景生成系统及视频色键合成系统。

摄像机跟踪系统的功能为获取摄像机的位置信息和运动数据。计算机虚拟场景生成系统依靠高性能的图形工作站绘制图形作为虚拟场景。虚拟演播室系统视频合成的基本技术是色键抠像，与高性能的图形工作站生成的虚拟场景合成一个画面。

虚拟演播室技术在电视行业的发展与应用

最早投入研发虚拟演播室系统的媒体当属日本NHK与英国BBC，与一些计算机技术公司共同发展了这项技术，从初始的二维系统发展到三维系统，并于视频节目制作中加以实践应用。现在比较知名的虚拟演播室系统产品有十数个，主要知名厂商有Orad、RT-SET、E&S、CMD、INA、NHK、Radamec和Play等，国内也有数家厂商研发了自有品牌的虚拟演播室系统。

虚拟演播室技术的应用使真实演播室可以变得非常简单，演播室面积无需太大，只要铺满蓝幕就行，不仅不用复杂的搭景和灯光照明，而且换景便利、快捷，可大大缩短节目制作周期。背景画面可以是真实拍摄的场景，也可以是用计算机创作出的图像。节目人员可以充分发挥艺术想象力来构思场景而不受外景或搭景条件的限制。在奥运会、世锦赛、世界杯等类似的大型比赛报道中，虚拟演播室系统技术应用非常广泛。

目前全世界不完全统计有数百家较大规模电视台及节目制作单位建造了虚拟演播室，其中以欧洲、北美、日本等资讯发达国家/地区为主，很多新闻节目和新闻直播就出自这些演播室。在香港地区，亚洲电视台属于比较有影响力的一家电视台，他们采用了以色列RT-SET公司的Larus三维虚拟演播室系统。亚洲电视台的直播节目比较多，每天大约有近20小时的新闻直播制作中采用了虚拟技术。其直播节目的片头设计、节目串联和口播中虚拟技术的应用很有创意，节目生动，表现力强，令人耳目一新。国内有十来家省级以上电视台采用虚拟演播室系统进行节目制作和现场直播。使用虚拟演播室系统进行高端、高质量节目包装和制作，可广泛应用于新闻播报、专题制作、节目包装、气象预报、广告、体育直播等节目。

引入虚拟演播室技术的必要性

在传统的电视节目制作中，为有一个美观多样的演播室布景，制作人员必须精心设计和搭建表演区和场景，需要耗费大量的人力、财力用在道具的购买、场景的布置和维护上，如价格昂贵又难以维护的大屏幕电视墙等，而且置成的场景无法即时更新和变换，如要改换只能重建，资源利用率低且工作周期长，即使如此，许多场景、舞台效果仍无法实现。特别是对于新闻信息类直播节目，其新闻场景变化多样，传统的场景制作远不能满足节目要求。具体到我社，现有的传统演播室布景单调，表现手段单一，不能满足用户日益提高的审美要求。

在李从军社长的部署下，我社电视业务作为重点发展方向，频道与栏目不断扩展，相应的对演播室的需求也越来越多。首先，存在栏目众多而演播室空间有限的矛盾；其次，每个栏目都有个性化布景要求，搭建、拆卸、搬运、储藏实物道具和布景费时间、占用资源，无形中提高了节目制作费用；再者，对于一些突发性新闻的报道，或者直播，应变性不强，也降低了制作的效率，无法实现更快更有冲击力的报道，对于突发事件的报道及时性没有保障，降低了视频节目的竞争力；最后，按照总社提出的阵地前移的战略思路，海内外大的总分社、分社也有建立演播室的需求，如果全部是传统演播室，从财力、物力等现实情况考虑，不可能设计的至善至美，那么就不能很好的适应突发新闻、财经、体育等不同的电视报道的制作需求，制作的节目效果难以与新华社一贯的高水准相匹配。综上，从新华社电视报道事业的发展的需要，就要求我们从在将我社视频采编、制作、播发、存储工作从模拟平台升级到数字平台后，进一步充分利用计算机技术在视频领域应用的成果，占领新的技术高地。

虚拟演播室突破了传统制作方式的局限性，在实践中，使用虚拟演播室有如下优点：虚拟演播室系统可以把在蓝背景中的主持人与计算机生成的三维虚拟场景完善融合在一起，虚拟背景与演员之间的融合简直是天衣无缝；虚拟演播室系统用软件来生成背景和道具，它可制作出实际不存在的或难以制作的场景，并可以在瞬间改变场景，可以制作出真实演播室无法实现的效果，其空间不受物理空间限制，在很大程度上摆脱了时间、空间和道具制作方面的限制，以低廉的成本产生新奇的视觉效果；虚拟演播室给了制作人员更新、更广阔的创作空间，它很好的迎合了电视节目制作创新的需要，例如，异地主持人之间更可以进行宛如面对面的对话，突破地域界限；另外，由于场景的制作、修改、保存等都在计算机上进行，制作和更换电子布景快捷简便，节省了大量的人力、物力、财力，而且缩短了节目制作周期，提高演播室的利用率等等。

采用虚拟演播室系统，一个演播室可以满足多类栏目的制作需要，以应对通讯社视频节目综合多样的特点，无论是突发新闻类，体育类，还是财经类等等都可以在一个演播室快速转换，实现分时复用，整合资源，提高视频节目制作和播出的效率。

提高电视节目质量、降低电视节目制作成本将成为各电视台竞争的筹码。虚拟演播室技术，使电视节目制作摆脱了空间、时间和道具制作方面的制约，在广泛的想象空间进行自由创作，展现出各种不同的节目风格，更好的体现了节目的内涵。各类电视制作单位，有迫切需求发展适合自己的虚拟演播室系统。

对不同虚拟演播室系统的选择

我国的电视事业随着改革开放的深入和国民经济的发展以及人们文化生活日益高涨的需求而面临突飞猛进的发展，人们的欣赏品位越来越高，电视节目的制作难度也越来越大。为了满足国际交流和广大电视观众的需要，采用最新技术制作出质量上乘的电视节目已势在必然。

在发展过程，按照技术特点的差异，虚拟演播室系统技术形成不同的类型，在电视节目制作的实际工作中，可以根据自身的实际情况合理选择并使用虚拟演播室系统。

1、对摄像机跟踪方式的考虑

虚拟演播室的跟踪方式有机电传感方式、图形识别方式以及红外方式，以前两种技术较为成熟。

以以色列RT—SET公司的虚拟演播室技术为例，其Larus虚拟演播室的跟踪系统采用安装在基座上的精密光电旋转编码器和镜头上的特殊编码器实时获取摄像机位置和镜头视角参数，通过快速通信单元计算和传输至图形工作站上，由系统应用软件根据这些参数控制三维虚拟场景在节目拍摄期间实时地持续更新，并按照演播室摄像机的运动的位置，总是以正确的透视角度出现。

这种跟踪方式的优点在于，摄像机运动，包括摇移、俯仰、快速变焦、3D运动和透视改变，不受限制，跟踪数据没有延时，也无需额外的工作站处理跟踪信息；可实现360°无限蓝箱，可以拍摄近景特写镜头；容易被主持或嘉宾接受虚拟场景。但其缺点是摄像机位置必须固定，每换一个位置都要重新进行定位调整，而且该系统的价格昂贵，同时由于采用精密的机械—光学传感器，增加了系统维护和操作的复杂程度。

Orad公司的Cyberset虚拟演播室系统是一种较为先进的系统，也是为数不多基于图案识别的虚拟布景系统。这种系统需要一个画有特殊网格的蓝色背景幕布，利用摄像机所拍摄的画面中网格各具的不同特征和透视关系进行计算，得出有关摄像机的运动参数，直接使用原有的演播室摄像机和装置单元而不加装传感设备的环境下，将在蓝幕前的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合成。

图形识别方式的优点是对摄像机不加限制，具有较高的稳定性和精确度，系统所需维护工作也较少。缺点是要对所拍画面进行复杂的大量的数据计算，会造成较大的延时；由于只有当被摄画面包含一定数量的网格时才能进行测量计算，使主持人的活动范围受到一定的限制；为了精确跟踪计算，必须保持用于识别背景网格始终清晰，这使得摄像机景深范围受到限制，无法拍摄特写镜头；由于背景采用深浅两种蓝色，对灯光布置的要求比较严格。另外，图案辨识需要附加的硬件，需要额外的工作站处理坐标信息，图案辨识的延时高。

在实际使用的虚拟演播室系统中，采用机械传感方式约占70%，而采用图形识别方式约占30%。还有一些属于混合使用这两种方式，取长补短。

就总社面积比较大的演播室而言，以采用机电传感式为好，虽然摄像机要加装传感设备，在定位、校准等维护上需要更多技术人员，但是效果相对更好，适合精制各类不同题材的节目。对于面积较小的演播室或分社建立的演播室，从使用维护上考虑采用图形识别方式的虚拟演播室系统更方便，可以在有限的人力资源下，专注于节目的制作。

2、 二维与三维虚拟演播室的选择

虚拟演播室系统根据工作原理可分为：二维和三维虚拟演播室系统。在应用中三维虚拟场景约占80%，二维虚拟场景约占20%。

三维系统可创建真三维的虚拟场景，在专业图形加速平台上根据摄像机的参数变化进行实时的三维填充和渲染，因此实时渲染是三维虚拟演播室的重要特征。三维场景是建立在实时生成的图形平台上，场景的大小不受限制，视觉效果上更具纵深感，更加真实。

三维虚拟系统是我社制作前所未有的、充满立体感和强烈冲击力的精品电视节目的首选。当然，三维虚拟系统造价比较昂贵，维护使用技术含量也比较高。就我社电视节目走向世界，影响全球的目标而言，三维虚拟演播室系统是实现电视新闻制作达到国际一流水准的有力工具。

二维系统的虚拟背景是位图，并随着摄像机的运动而变化，满足正确的透视关系。没有复杂的三维图形处理，降低了对图形工作站计算速度的要求，从而降低了系统成本，但是看起来真实感较差。

二维系统在条件一般的演播室部署比较实用，属于入门级别，对于空间有限、预算不足的演播室实施时可以考虑。二维系统一样可以在小空间摄像棚内给电视观众呈献出大大超过实际空间的场景。特别适合在分社这个层级的部门，充分利用现有资源，小舞台唱大戏。

3、几点考虑

积极发展电视新制作技术，因地制宜，积极探索，早日实现战略转型大计。综上，在具体的选择中，需要从几个角度考察，选择满足电视业务需要，便于使用和维护的虚拟演播室系统及软件，才能真正发挥其作用。

从价格考虑：导致虚拟演播室价格昂贵的主要原因是，使用了高档的图形生成硬件。国内一些技术实力雄厚的计算机集团、数字视频产品公司开发了虚拟布景系统，以镜头切换代替镜头的实时跟踪，这就无需实时生成背景，而可以采用高质量的绘制算法，大大降低了成本，对小型演播室应特别有吸引力。

从技术性能考虑：首先要维护方便，每次使用前都要校正位置，一台摄像机要数种参数，如果操作过程过于繁复，则工作量过大，技术熟练程度要求高；其次，传感器跟踪平滑、准确，图形渲染达到实时能力；最后，要充分考虑系统的先进性、开放性和可扩展性。

从使用定位考虑：虚拟演播室可以应用于大多数各种类型的节目，而对于应用于直播的虚拟演播室，出于安全播出的考虑，要求虚拟演播室系统更稳定、更可靠。关键的虚拟演播室应有主备机制，配备两个独立的虚拟通道，直播时主、备系统互为备份，各个讯道机位采用不同的跟踪技术。质量好、性能稳定的产品无疑有溢价，部署代价更高。非直播用途的演播室则更多从经济角度考虑。虚拟演播室作为体育赛事前方报道团的总演播室更有优势和特色，报道中方便穿插有多档新闻快报节目。

虚拟演播室系统虽然造价较高，但比起兴建大型演播室或搭建一个又一个实景来，花费可能还要小些，运行费用可能更小，所以有诱人的发展前景。

关于虚拟演播室技术的几点畅想

虚拟演播室技术虽然出现的时间已经不短了，但是作为计算机技术与电视技术融合的一个代表产品，其依然有着广阔的发展天地。随着新信息技术的涌现，在人类想象力的天空下，虚拟演播室技术还将不断突破现有的框架，实现蜕变升华。

一部《阿凡达》，让国内影视制作人宛如发现了新世界，全新的3D电影视野，达到艺术与技术完美的结合。电影的制作也进入言必称3D的新阶段。同样，立体电视及立体电视节目的出现预示改变的大潮已在酝酿。立体技术将来也许是虚拟演播室系统的新元素。

从虚拟演播室的发展历史来看，这项技术的直接推动力量之一就是一些著名的通讯社、电视台，他们与信息技术公司合作，发展了视频制作新技术，带来节目制作的新尝试。要成为具备全球影响力的通讯社，核心技术的储备是要必备的，同时，也应该成为新技术开启者，创造性使用者。开展对虚拟演播室系统的跟踪研究，掌握相关技术，对虚拟演播室系统的实用化运行，以丰富我社电视节目制作手段，在现阶段很有必要性。

虽然虚拟演播室内可以制作出逼真的真三维虚拟场景，获得非常好的视觉效果，但是对于电视新闻节目而言，保持新闻真实性是一个原则问题。只要有相关的外景素材，制作中利用软件实现各种场景的转换，就能实现真实外景中拍摄的效果，在利比亚的黎波里街头冒着炮火做战地直播的记者，也许就在万里之外的虚拟演播室里。坚守职业准则，合理使用，才能让这项技术方兴未艾的技术，不断进步，给力新华社电视事业。