虚拟演播室与虚拟背景
虚拟演播室技术是将计算机制作生成的虚拟场景与摄像机实时拍摄的电视图像通过技术处理有机地合成在一起，形成绚丽多彩的电视画面的一种技术。在拍摄过程中，如果虚拟场景不随摄像机的平遥、俯仰，镜头推拉等运动而运动，我们称其为“虚拟背景”技术；如果虚拟场景跟随摄像机的平遥、俯仰，镜头推拉等运动而运动，我们则称其为“虚拟演播室”技术。
虚拟演播室的构成
虚拟演播室是一项视频综合处理技术，一般由以下五部分组成：
1、前景系统：由摄像机（含CCU），多路程控切换器，视音频延时器等硬件设备组成。
2、背景系统：主要是由计算机和三维实时渲染板卡和软件构成，要求具有动态无限蓝箱功能，为了实时播放返送信号，还要有对外输入视频信号的实施采集和处理功能。同时，跟踪数据读取，景深识别数据读取和α键渲染功能更是不可缺少的。
3、跟踪系统：跟踪系统主要有两种识别方式，一种是图形识别方式，一种是传感器方式。跟踪系统主要完成物理摄像机机位数据采集与处理，实时地赋值给系统的虚拟摄像机。
4、图像合成系统：图像合成主要靠色键器实现，色键器有数字色键、模拟色键之分。
5、景深识别系统：高档系统一般装有景深识别系统，它包括传感器和数据采集与处理装置（计算机、板卡等），用于实时获取前景中节目主持人在蓝箱中的位置信息，以便使节目主持人与虚拟场景的景深关系和相互遮挡关系自动匹配。
因构建虚拟演播室的软件、硬件配置不同，就形成了不同类型的虚拟演播室。
DVMaster虚拟演播室的特点
首先，初始化定位便捷。
初始化定位是指机位架设好后，虚拟摄像机接受物理摄像机机位参数，使虚拟摄像机按照物理摄像机的机位参数定位，并由此启动给跟踪的一个过程。当一个演播室为多个栏目服务时，摄像机的位置不免要移动，如果初始化定位很繁琐，势必拖延节目制作时间，降低演播室的使用率。“DDS-6000系列虚拟演播室”系统初始化定位不依赖于第三方参考目标、不限定节目主持人的位置、不限定物理摄像机的摆放位置、不需要人工测量和计算，随架随用，迅速快捷，初始化一键搞定。
其次，跟踪准确，不打滑。
跟踪是考评虚拟演播室的重要指标之一，如果跟踪不好，前景与背景就会产生脱节或停顿，给人以“两张皮”的感觉，失去了虚拟演播室的意义。跟踪方式有多种，常用的有网格识别、光栅旋转编码器、辅助摄像机光图形接力等多种跟踪方式，但不管跟踪方式如何，要求跟踪自由度相互独立，不能“牵一发而动全身”；跟踪要自成系统，它应和前景及色键无关；跟踪必须是物理摄像机对虚拟摄像机间的直接赋值与控制，不要通过任何中间环节。
衡量跟踪性能要从精度，灵敏度，频响三个方面着手。
“DDS-6000系列虚拟演播室”跟踪精度可以实现：任意轴向实际旋转角度与采集处理得到的旋转角度精确一致；任意方向的位移与采集处理得到的位移值与物理摄像机的实际值一致；物理摄像机的变焦值与虚拟摄像机的变焦值一致；跟踪误差不累积。
“DDS-6000系列虚拟演播室”跟踪灵敏度可以达到：摄像机作任意方向轻微变化时，虚拟场景都能做出相应的变化，反应灵敏，不存在物理摄像机做微小的变化而虚拟摄像机不响应的现象。
“DDS-6000系列虚拟演播室” 的跟踪频响为：物理摄像机作任意方向快速运动时，虚拟摄像机下的场景反应快捷，实时响应，不存在时延。
第三，渲染实时。
实时渲染也是考评虚拟演播室的重要指标之一，渲染效果好，场景才能逼真，才能做到以假乱真。
“DDS-6000系列虚拟演播室”在渲染时有如下特点：
（1）接受通用软件建模，无需任何修改。3D MAX、MAYA等软件已在电视工作者手中熟练运用，所以，“DDS-6000系列虚拟演播室”借助于大家已经普遍接受的3D MAX、MAYA等工具建模。
（2）网格物体的面数大于数万个三角面。因为网格物体面数足够大，所以贴图纹理量大、贴图分辨率高，场景大气、局部精细、建模无约束。当镜头推向特写时场景不模糊、镜头拉成全景时场景不爬行。
（3）实时渲染速度快，“DDS-6000系列虚拟演播室”多机位同时实时渲染控制在1-2帧的时间内完成；渲染分辨率达到720×576的要求，并做到同帧场逆程实时切换。
（4）渲染后的图像不抖动、不闪烁、不爬行、不撕裂、不拖尾、不模糊；渲染有足够的过载余量；多通道实时渲染、通道间互锁、信号同时进入特技台，完全可以进行实时特技切换。
（5）色彩位数不低于24位真彩色、同时还带有键渲染输出。
（6）保证广播级技术指标。系统严格做到50场/秒输出，同步锁相可以是内同步工作也可以接受外同步；系统内部处理和外部输入输出端子采用YUV或SDI信号格式,以保证广播级的图像质量。
（7）实时地将有关的采集数据赋值给渲染系统，实时的跟踪、动态无限蓝箱和自动景深识别。
（8）设备在长期连续运行过程中不存在“丢帧”和“黑场”现象。
第四，色键的指标高。
色键是虚拟演播室的重要设备，要保证扣像的人和物体色彩逼真，边缘清晰，系统内采用好的色键器是关键。“DDS-6000系列虚拟演播室”的色键器有以下特点：
从性能上讲，色键对灯光布光无苛刻要求，对蓝箱和蓝箱的光照均匀度无苛刻要求；保证在同一参数下能同时色键出头发丝、阴影、半透明体、亮蓝色、烟雾等景物自然柔和的轮廓边缘和人物的正确的肤色还原；色键具有操作存储和记忆功能，并保证在灯光参数不变的情况下开机就能工作；色键使用和操作简捷方便，能对α、前景和背景的亮度、对比度和色相位分别进行调节。
从技术上讲，（1）色键接口有YUV或SDI两种信号格式，不需格式转换。保证广播级图像质量。（2）色键能对前景的HSL和RGB进行控制。（3）色键的α灰度等级连续可调。（4）色键能分别对前景的白、灰和黑区分别作透明度处理和色相位调整。（5）色键能分别对红区和绿区分别作色相位和透明度处理。（6）对整个前景、对整个背景能作亮度、对比度和色相位处理。（7）色键调整与跟踪无关。
第五，性能稳定、可靠，操作要方便快捷。
系统架构合理，系统工作稳定。
计算机界面集中控制，共用一套鼠标、键盘，减少了操作人员的工作环节和误操作的可能性。
导入网格物体、贴图、动画、特效等素材时方便、快捷，分类清晰，并可随时调用和更换；在线拾取和编辑时直观方便、实时。
虚拟演播室的操作界面上可多个场景同屏实时渲染，场景可实现任意组合；操作界面采用与3D MAX风格一致的四视图界面，图标、功能一目了然，顺应操作人员的习惯；将动作和事件按统一的时轨逻辑排序，方便操作；系统应拥有多达100次的重复（Redo）和撤销（Undo）功能，便于对操作进行修改；对节目场景制作可提前设计、编辑和调试，以文件形式存储，便于拍摄时随时调用；设有手动和自动播出的控制键，方便操作人员选择。
DDS-6000系列虚拟演播室分类
DDS-6001：单通道内嵌色键虚拟背景
DDS-6611：标清、单通道、单机位、真三维、SDI内嵌色键系统
DDS-6612：标清、单通道、双机位、真三维、SDI内嵌色键系统
DDS-6611H：高清、单通道、单机位、真三维、SDI内嵌色键系统
DDS-6612H：高清、单通道、双机位、真三维、SDI内嵌色键系统
DDS-6811：标清、单通道、单机位、真三维、SDI外置色键系统
DDS-6812：标清、单通道、双机位、真三维、SDI外置色键系统
注：外置色键采用Ultimatte 500型色键器及控制面板
DDS-6811H：高清、单通道、单机位、真三维、SDI外置色键系统
DDS-6812H：高清、单通道、双机位、真三维、SDI外置色键系统
注：外置色键采用Ultimatte 11型色键器及控制面板
DDS-6802系统的配置表
| 序号 |
设 备 名 称
|
规格型号 | 数量 | |||
| 1 | 真三维渲染与合成系统 | 图形图像工作站 | 酷睿CPU， DDR II 1GB内存；500GB系统硬盘；19寸监视器 | DDS-6800R | 1套 | |
| 真三维实时渲染模块 | ||||||
| 实时物体变形动画播出模块 | ||||||
| 台词与图文实时创作生成显示模块 | ||||||
| 天气系统与气象符号信息实时生成显示模块 | ||||||
| 演播室与外景实况视频实时切换生成显示模块 | ||||||
| 特技播控实时生成显示模块 | ||||||
| 云、雨、气、火等粒子系统生成与编辑模块 | ||||||
| 地形地貌生成与实施裁剪模块 | ||||||
| 环境映射模块 | ||||||
| 地面阴影与镜像倒影模块 | ||||||
| 外视频采集与播控模块 | ||||||
| 2 | 控制系统 | 编辑播控工作站 | 酷睿CPU ，DR II 1GB内存；500GB系统硬盘 | DDS-6800C | 1套 | |
| 实时播出与控制子系统 | 实时动画播出编辑模块 | |||||
| 演播室与气象外景实况视频实时切换控制模块 | ||||||
| 特技实时编辑与播控模块 | ||||||
| 通用统计图表、地形等图文实时创作编辑模块 | ||||||
| 云、雨、雪、风、气流等粒子系统编辑模块 | ||||||
| 地形地貌生成与实施裁剪模块 | ||||||
| 节目预监非线编辑子系统 | 多机位实时合成预监处理模块 | |||||
| 多机位实时合成预监切换与显示模块 | ||||||
| 非线编辑素材采集与编辑子系统 | ||||||
| 3 | 跟踪系统 | VINTEN pro-10云台、三角架；承重15Kg | Track-10 | 2套 | ||
| 3位高速跟踪传感系统 | ||||||
| 3位机位数据采集系统 | ||||||
| 4 | 色键 | 单通道数字色键器 | Ultimatte500 | 1套 | ||
| 单通道数字色键器控制面板 | ||||||
| 5 | 前景切换 | 4路SDI虚拟专用切换器 | DDS-6024S | 1套 | ||
| 6 | 辅助 | 电缆和附件 | DDS-6800L | 1套 | ||
系统指标
一、系统视频指标
A、数字视频指标：
1、 10位 串行输入输出
2、 前景和遮罩内部处理: 4:4:4:4
3、 525/625 线自动选择
4、 数字输入/输出 4:2:2
5、 前景输入 4:2:2
6、 背景输入 4:2:2
7、 遮罩输入4:0:0
8、 数字同步 4:2:2
9、 前景和背景输出 4:2:2
10、 遮罩输出 4:0:0
B、模拟视频指标：
1、 视频输出：Y：1 VP-P(75Ω终接，带同步)
U：0.7 VP-P(75Ω终接)
V：0.7 VP-P(75Ω终接)
2、 外同步输入：0.45 VP-P(75Ω终接)
3、 视频输出带宽：8MHz 0.1dB
4、 信噪比≥75 dB
二、 系统跟踪精度误差≤0.001度/360°
三、 系统跟踪响应：10MHz
四、 系统工作温度：-20℃-+35℃
五、 相对湿度：20%-80%
六、 系统工作方式：连续工作
七、 工作电源：110-260V 50Hz
八、 功率：500W
九、 主机外形尺寸：800L×620W×1650H（mm）
十、 主机重量：87Kg
十一、色相位识别 ≤ 1°
十二、亮度差识别 ≤ 1LUX
2、整个系统SDI输入/输出数字特性测试
数字特性
|
序号
|
测试项目
|
单位
|
指标
|
|
|
1
|
SDI幅度
|
Mv
|
792
|
|
|
2
|
上升时间
|
Ps
|
733
|
|
|
3
|
下降时间
|
Ps
|
965
|
|
|
4
|
上冲
|
%
|
0
|
|
|
5
|
下冲
|
%
|
0
|
|
|
6
|
直流偏移
|
Mv
|
-4.2
|
|
|
7
|
抖动
|
1KHz
|
Ps
|
338
|
|
10Hz
|
Ps
|
318
|
||
|
8
|
SDI晃动
|
ppb/s
|
8.49
|
|
|
Hz/s
|
0.038
|
|||
数字视频特性
|
序号
|
测试项目
|
单位
|
指标
|
||
|
Y
|
Pr / Pb
|
||||
|
1
|
输出幅度
|
mv
|
689.7
|
521.3/522.8
|
|
|
2
|
幅频特性
|
频率
|
MHz
|
0.5-5.0
|
0.5-2.5/0.5-2.5
|
|
幅度
|
db
|
0.2-0.04
|
0.06-0.09/ 0.06
|
||
|
3
|
K系数
|
%
|
|
0.1 / 0.1
|
|
|
4
|
时延
|
ns
|
|
0.7 / 0.8
|
|
|
5
|
信噪比
|
db
|
76.3
|
80.5 / 80.4
|
|
|
6
|
非线性失真
|
%
|
3
|
3
|
|
整个通道 模拟声音信号输入/模拟声音信号输出
|
序号
|
测试项目
|
单位
|
指标
|
||
|
A通道
|
B通道
|
||||
|
1
|
最大输入电平
|
dbu
|
17．7
|
17．7
|
|
|
2
|
讯道间隔离度
|
Db
|
105．972
|
102．195
|
|
|
3
|
频响
|
频率
|
Hz
|
20-20K
|
20-20K
|
|
幅度
|
Db
|
-0.28
|
-0.6
|
||
|
4
|
谐波失真
|
%
|
0.00461
|
0.00456
|
|
|
5
|
THD+N
|
%
|
0.02035
|
0.02047
|
|
|
6
|
信杂比
|
Db
|
74.66
|
74.57
|
|
|
7
|
电平差
|
Db
|
-0.01
|
||
|
8
|
相位差
|
%
|
-0.848º
|
||