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演播室系列
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真三维虚拟演播室系统
陕西汇讯电子科技有限公司  更新时间:2014-11-20 16:16:02  浏览次数:2417

 

  

我公司设计方案最重要的前提,而成熟、先进的技术和今后的技术发展趋势是我们设计方案的依据,这两者的完美结合则是我们在设计该系统时的思考。

系统设计坚持“技术的先进性,使用的实用性,价格的合理性”的原则。在满足节目录制要求的情况下,充分考虑系统的可用性、规范性、可靠性、安全性、兼容性,同时具有系统的先进性、良好的升级、扩展能力,我们的目标是:满足用户需求、照顾长远利益、为用户提供性能价格比最优的系统。

A)系统的可用性

虚拟演播室系统在课件制作、教学实践、新闻、访谈、对话、天气预报、少儿节目等各类节目的应用中,可节省搭建实际场景的所有费用,且多个教学课程共用同一演播室,缩短周期,还能实现小演播室无法实现的功能,提高创意,能够根据课件录制的实际要求进行开发,实现与教学的高度结合,切实提高工作效率。

B)系统的可靠性

系统采用成熟的先进技术,关键部件选用进口顶级设备,因此整个系统的硬件与软件能够长期稳定运行。系统在具备能长期和稳定工作的能力下,适应录制节目的广播级要求。所提供的单项设备及系统能完全满足设计所要求的平均无故障时间、可利用率高等指标要求。系统安全、可靠、稳定的运行,真正实现系统的价值。

C)系统的兼容性

可与传统演播室设备直接配套使用,信号可直接送至非编、录像机、特技切换台或网络设备,对演播室灯光无任何苛刻要求,能够实现与各种类型的演播室的系统进行连接。

D)系统的先进性

系统采用先进的计算机图像渲染处理技术,高质量色键合成技术,利用国内外最新技术和成功经验,选择开发先进、实用的软硬件设备,充分集成为先进的整体系统;依靠着强大的科研实力,在国际上具有独特的先进性。

E)系统的性能价格比

整个系统的性价比高。系统操作简单,软件可以不断升级并向下兼容,主要通过几个方面显示其经济性:系统本身的价格、系统开通后的维护和运行代价、系统在与其他系统集成时所需的有关软件的开发,硬件接口等所需费。系统具有最优的性能价格比。

F)系统的扩展性

我公司自主开发的系统控制软件,一切操作均由一套键鼠在中文系统控制界面上完成,系统在软/硬件结构设计方面,采用模块化的程序设计、模块化的系统硬件配置、模块化的虚拟节目创作方式。软硬件升级换代方便可靠,便于扩展,以适应未来发展需要。

G)系统的安全性

系统的各个环节提供安全保密措施来保证网络的性能。安全措施包括:防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。

虚拟演播室系统是以视频流的软件图像处理为主,软硬件结合,涉及电子、机械、计算机、图像处理、光学、控制算法等众多领域的一种复杂系统,有很多硬件设备可以选用,也有很多设计方案可以采纳,不同的设计方案会出现不同的效果,因此如何选用一种最为经济实用、高效、功能强大、被用户接受的方案是设计者的首要任务。

5.2.2、系统设计标准

本项目设计主要依据中华人民共和国广播电影电视行业标准。

GB9378-88广播电视演播系统的视音频和脉冲设备安全要求》

GB/T 14857-1993演播室数字电视编码参数规范》

GY/T 155-2000高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》

GY/T 156-2000演播室数字音频参数》

GB/T17953-2000 422数字分量图像信号的接口》(ITU-RBT.601-2ITU-RBT.656-3);

GY/T 159-2000 4:4:4数字分量视频信号接口》

GY/T 157-2000演播室高清晰度电视数字视频信号接口》

GY/T 158-2000演播室数字音频信号接口》

GY/T 167-2000数字分量演播室的同步基准信号 》

GY/T 160-2000数字分量演播室接口中的附属数据信号格式》

GY/T 161-2000数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范》

GY/T 162-2000高清晰度电视串行接口中作为附属数据信号的24比特数字音频格式》

GY/T 163-2000数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输规范》

GY/T 164-2000演播室串行数字光纤传输系统》

GY/T 193-2003数字音频系统同步》

GY/T 192-2003 数字音频设备的满度电平》

GY/T 165-2000电视中心播控系统数字播出通路技术指标和测量方法》

GY/T 134-1998数字电视图像质量主观评价方法》

5.2.3、系统的功能、软件、硬件技术说明

5.2.3.1、虚拟演播室系统

1.      虚拟演播室系统为全数字系统,系统视频质量应达到广播级要求。

2.      系统符合实时真三维虚拟演播室系统技术要求。

3.      采用单通道单跟踪双机位高/标清兼容真三维虚拟演播室系统,系统软件兼容性良好,运行稳定,具有开放的操作平台,能兼容3DSmax,可方便使用3DSmax软件制作的场景和动画。

4.      采用专业图形渲染工作站,实时渲染效率高,可靠稳定,长期连续运行不死机。

5.      采用国内外知名品牌的主设备和视频输出板卡,系统必须有可靠的稳定性。

6.      跟踪系统应具有先进的跟踪技术和较高的跟踪精度,系统长时间工作无机械回差。

7.      系统应具有三维动态无限蓝箱功能,并支持自动景深识别与自动景置匹配功能。

8.      采用专业图形渲染工作站(具体配置见投标设备清单),实时渲染效率高,可靠稳定,长期连续运行不死机,渲染工作站与控制电脑平台配置相同,并都安装好渲染软件、控制软件、硬件驱动等相关软件,以便故障时临时替换。

9.      保证系统的渲染效果,系统具备独立渲染引擎,而且系统设备与图形渲染引擎为我公司开发,具备自主知识产权。

10.   系统具备强大的三维图文功能,能够对图文进行真正三维的处理和特效表现,三维图文支持模板播出和实时修改,具备强大的特技效果和表现效果;采用模板的制作风格,在模板中任意组织二维和三维的元素空间布局,由图文元素组成的模板既是设计单元也是播出单元。能够实现丰富的二,三维特技效果,支持图文的高光、点光照、逐片光照、水纹、飘动、多纹理混合、反走样、反射、折射、投影贴图、立体贴图、凹凸纹理等特效;图文的质感、光感、动感,图文的位置、纹理、材质、大小、方向等属性能够实时的调整。虚拟演播室系统具备强大的三维图表功能,系统提供动态、开放的数据接口和技术支持,能够根据数据库信息实时的转化为以柱状图、饼状图、直方图的三维图表的方式显示。

11.   可以在小范围内使用肩扛,手提拍摄。

12.   跟踪系统初始定位简单、快捷,提供纵深方向上的定位。

5.2.3.2、系统定位与跟踪

1.      初始化定位:初始化定位不需限定摄像机及节目主持人在演播室中的位置、无需人工精确测量和计算,软件简单操作即可定位。

2.      固定机位跟踪系统:采用传感器跟踪方式进行俯仰、平移及变焦跟踪,支持升级机位。

3.      跟踪方式精度高,灵敏度高,长时间工作跟踪误差不累积。支持全数字配SDI输出的演播室/EFP标准摄像机。

4.      具有很高的跟踪精度与速度,背景图像与前景合成在跟踪过程中无错位、无漂移。

5.      多个主持人同时在蓝箱中活动时,每个主持人均能与虚拟场景保持正确的跟踪关系。

6.      系统跟踪不受舞台灯光、电磁波、声波及热光源的影响。

7.      多个虚拟大屏幕、多个虚拟物体、多个虚拟特效在跟踪中均能与虚拟演播室、节目主持人保持正确的空间位置关系和空间透视关系。

8.      每个摄像机对虚拟场景的跟踪完全独立。

9.      能够根据景深计算出前景物体的真实空间位置,使其渲染的虚拟场景的景深关系与节目主持人的景深关系完全一致。

5.2.3.3、软件

1.      3DSmax等软件直接完成建模、贴图、动画等图形设计和创作,方便使用3DSmax软件制作的场景和动画。

2.      软件支持标准 高清 / 标清系统,方便以后系统升级。

3.      系统具有操作方便,支持鼠标拖拽场景调入,可直接调入模型、素材、外视频等。

4.      软件支持场景子模型在线调整移动、旋转、缩放、等操作而不需要修改模型文件,且可保存调整过的场景,下次直接调用即可。

5.      软件支持3DSmax关键帧动画,可在场景中可放入多个虚拟物体、虚拟特效和虚拟灯光。

6.      具有动态无限蓝箱功能,支持三维遮挡。

7.      软件支持三维图表、事件编辑、气象等栏目包装功能。

8.      软件有台标功能、三维字幕实时生成、

9.      软件有各种粒子效果,全场景雾化等功能,粒子及雾化参数也可实时修改,能够实时的模拟天气变化。

5.2.3.4、图形渲染工作站性能

1.      真三维建模实时渲染,支持高清/标清 SDI数字视频输出,广播级图像质量。

2.      实时渲染速度能力强,多机位同时实时渲染应控制在1-3帧的时间内完成。

3.      渲染后的图像不抖动、不闪烁、不爬行、不撕裂、不拖尾、不模糊,支持带alpha通道的三维场景

4.      虚拟演播室中可指定任意物体表面播放外视频和动画,系统最少支持2路外视频输入及多路视频实时开窗播放,多个表面能同时播放多路不同的活动视频和动画。播放内容在不同大小、任意姿态和在任何位置时,均无锯齿现象,播放内容均具有满足广播级的图像质量。

5.      当加入多路外视频或动画在多个物体表面播放时,虚拟场景图像不抖动、跟踪时不撕裂。

6.      加入多个特效、多个灯光并对全场景进行全局灯光处理时,虚拟场景图像不抖动、跟踪时不撕裂。

7.      图形渲染工作站主机配置详见投标设备清单。虚拟演播室系统的图形渲染工作站所选用的显卡必须保证为当前性能最强的专业级图形显卡来保证虚拟演播室系统的虚拟背景图像输出。

8.      3DSmax等等软件直接完成建模、贴图、动画等等图形设计和创作,可方便使用3DSmax软件制作的场景和动画。同时,系统自身具备强大的三维场景实时编辑功能,能够实时地修改场景中三维物体的位置、纹理、材质、空间等属性,无须返回到3DSmax等三维建模软件进行。

9.      场景中可放入多个虚拟物体、虚拟特效和虚拟灯光(直接在虚拟系统的软件中操作,不是在3DSmax场景中添加),整个场景及虚拟物体可以任意平移,变形,缩放,旋转。

10.   具有动态无限蓝箱功能,支持三维遮挡及动画。

11.   系统要提供库管理方式,具备材质、纹理、模型、图片、效果等库模块,并且这些模型素材库,内嵌丰富的模板和元素模型库,包括大量的三维图文标识、三维动画、三维天气符号以及各类型节目模板,范围涵盖常用的模型素材,包括多种材质、纹理、模型、图片等,涉及包括交通、建筑、体育、室内、植物等。

12.   提供的软件均为正版软件。

13.   图形渲染工作站提供内置线性键功能。

14.   高清视频插入可扩充到6路。

 

5.3、虚拟演播室系统功能的要点描述

5.3.1、初始化定位

完全按照物理摄像机的机位参数和镜头参数与3DS MAX摄像机的机位与镜头参数进行初始化定位算法设计,定位方法科学、快捷方便。

由计算机直接读取多个物理摄像机的初始机位参数和镜头参数,并自动赋值给虚拟摄像机作直接的自动初始化定位。不需在摄像机前面设置任何形式的标志、不需限定物理摄像机在演播室的架设位置、不需限定节目主持人在蓝箱中的位置、不需做任何的手工测量和计算,不需要任何复杂的调整和限制。只要摄像人员在演播室蓝箱前面任何理想的取景位置架设好摄像机后,在瞬间由计算机自动完成多个机位的初始化定位并开始工作,随架设随使用。

5.3.2、跟踪

用物理摄像机的机位参数和镜头参数直接控制虚拟摄像机的取景和构图变化,实时、同步、精确、可靠。

 1.跟踪灵敏度高:只要物理摄像机镜头下的前景画面有任何视觉上的微小变化,虚拟摄像机镜头下的场景画面就会实时同步的发生与其相同的变化,没有有任何的迟钝或不同步现象。

2.跟踪频响高:物理摄像机做快速的小幅度来回反复平摇、俯仰、变焦等取景变化时,虚拟摄像机镜头下的场景画面就会实时同步的发生与其相同的变化,不会有任何的迟钝、错位、打滑和飘移现象。

3.跟踪速度快:物理摄像机做快速的大幅度平摇、俯仰、变焦等取景变化时,虚拟摄像机镜头下的场景画面就实时同步的发生与其相同的变化,不会有任何的错位、打滑和延时现象。

4. 跟踪稳定性高:物理摄像机由任意运动镜头变为静止镜头时,虚拟摄像机镜头下的场景画面就会实时同步的变为静止镜头,其场景画面不会有任何的抖动、闪烁或其它非静止现象出现。

5.3.3、实时渲染

 1.接受通用软件建模: 用3d maxmayasoftimage等通用软件所建的模型无需任何修改,就可直接导出在虚拟演播室中使用。

2网格物体面数多:可实时渲染7000万以上个物理面,高清实时5000万以上个物理面。保证了场景大气、局部精细,使场景的创作创意得以充分发挥。

3. 贴图纹理量大: 贴图纹理量高达2G兆以上。保证场景视觉丰富多彩。

4.贴图分辨率高:贴图分辨率从128*1284096*4096任选。保证了场景在任意景别镜头下的清晰度。

5.动画贴图路数多:支持多路动画和外视频在任意物体表面播放,丰富了场景的信息量,使观赏性更强。

6.多机位多场景实时渲染:支持多机位同时实时渲染,保证了多机位同帧场逆程前景与背景同步实时切换。

7.广播级的图像质量:内部和外部一致的HD SDISD SDI信号格式,保证了广播级的图像质量。

83D MAX等工具的动力学动画无需生成,就可直接调入到虚拟演播室实时渲染,并以自动与手动结合方式播放控制。9. 3D MAX等工具的关键帧动画无需生成和做任何预处理,就可以直接调入到虚拟演播室实时渲染,并以自动与手动结合方式播放控制。10能够直接支持.MAX等场景文件模式导出生成虚拟场景。

色键系统                   

1. 在同一参数下能同时色键出头发丝、阴影、半透明体、亮蓝色、烟雾、柔和自然的轮廓边缘和正确的肤色还原。

2. 具有自动蓝背景识别功能,对任意一个节目主持人、任意场景、在不用刻意布置的灯光环境下,开机后只需一两秒钟的时间就可自动调整好色键参数开始拍摄。

3. 具有存储和记忆功能,对不同的节目主持人和不同的使用环境下的色键参数可单独存储,随调随用。

5.3.5、操作功能

1.     界面集中控制,一套鼠标键盘,不需识别物理设备,使用方便,一天内即可熟练操作使用。

2.      场景物体、贴图、动画、特效等素材导入方便,分类清晰,可随时调用和更换。

3.      场景编辑、特效运用、灯光设置、视频及动画播放、图文创作、实时台词字幕添加、运动、旋转、缩放等所有操作,均能够在线拾取和可视化编辑,调整直观方便、效果一目了然。

4.      具有实时环境映射、实时倒影和实时阴影设置与渲染功能,使场景更加生动形象、真实自然。

5.      动作和事件统一的时轨逻辑排序,既可按预先设计好的流程和时序自动播出,也可手动干预自动与手动结合播出,也可以边编辑边播出,使视频背景画面自动与节目主持人的解说词长度相适配,或者严格的让视频画面控制节目的长度和节奏,适应专题和气象预报等不同类型栏目的需要,提高了节目制作效率。

6.      具有节目主持人和虚拟场景与任意外景地画面的实时合成、切换和场景的转换功能,使节目主持人不离开蓝箱就可实现与任意现场和非现场采访人在同一环境下的面对面交流。

7.      具有全场景雾化处理和不同色调灯光的动态照明功能,使场景色彩变化更加丰富多彩。

8.     按照气象报文开发的气象模块可根据报文数据直接生成天气预报图文符号,实时的与节目主持人、贴片广告有机的合成一体,并可以任意的特技方式按任意的时间间隔和节奏播出和实时控制,极大地提高了气象节目的制作效率。

9.     多个场景可同屏实时渲染,场景任意组合,方便的实现不同场景组合与动作设置的二次再创作。

10.  四视图界面设计,与3D MAX风格一致,三维场景透视关系清楚、编辑调整精确方便。

11.  具有自动无限蓝线箱功能,即使摄像机作360度的平摇,取景超出蓝箱时,蓝箱以外的垃圾色块也不会被色键进入合成画面;有限蓝箱和无限蓝箱间不会有任何的过渡痕迹存在。具备动态无限篮箱功能,无限蓝箱的大小和位置随摄像机的跟踪参数连续实时变化。12.  具有多机位预监功能,当一个机位的镜头被输出时,另一机位的合成效果在操作界面上也能实时地被显示,并且当机位切换时预监机位既可以是节目输出机位,也可以是非节目输出机位。13.  支持视频实时采集与编辑存储功能,使系统不仅能导入三维模型文件和AVI视频文件,而且能够采集外部输入的视频,并可进行编辑,以便外视频在时间轨上的精确排序和在任意物体表面的实时播放和控制。

14.  对节目制作可提前设计、编辑和调试,以文件形式存储,拍摄时随时调用。

15.  系统硬件配置高、软件经过严格测试,性能可靠稳定,长期连续运行,输出无丢帧、无黑场、不死机。

16.  虚拟摇臂取景拍摄:不需配置物理摇臂,可按任意指定的摄像机运动路径和镜头运动节奏,实现真实摇臂运动镜头拍摄效果。17.  预编辑与播出显示:节目播出过程中,可以对任意子场景边编辑边播出、也可以在节目播出过程中对任意子三维场景作预编辑,等待编辑完成后再播出。18.  多时序控制播放:物体的任意动作、任意视频播放、任意图文显示可在主播控线上任意打点集中播控、也可任意指定快捷键单独控制。19.  实时创建编辑台词文件、并完全按照节目主持人的播音速度自动播出台词。支持字幕的色彩、字体、大小等属性在线编辑,满足现场直播字幕要求。

5.3.6软件动态跟踪功能

       通过软件功能模块,实现摄像机的推、拉、摇、俯仰等运动效果,并能模仿出摇臂的拍摄效果。

5.3.7、强大的实时包装功能

1.真三维模型的任意修改器动画实时渲染包含了物体的任意变形动画和材质动画,使在线包装具有实时的三维立体和流光溢彩的视觉感受

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