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廖欣叶:虚拟系统使用经验中的创新发明

2015-08-02 16:12 来源:电视技术

责编:陈默

虚拟系统使用经验中的创新发明

廖欣叶  湖南广播电视台

    【原编者按】今天推荐的文章根据作者多年使用各类虚拟系统的经验,通过对不同品牌摄像机、云台、传感跟踪装置等虚拟系统配套设备的研究,自主研发了通过摄像机光缆传输虚拟系统传感跟踪数据的设备,创新集成化虚拟系统的数据传输,简化了虚拟系统搭建流程,提高了系统稳定性。

    虚拟技术在媒体行业的应用已经越来越普遍,从演播室的新闻、军事、访谈等节目到户外的大型晚会、体育赛事等,虚拟技术的加入,丰富了节目的展示效果,为观众提供了真实场景中没有的信息内容和艺术感观。

    相对于视音频系统,虚拟系统的相关技术以及周边配置并没有足够成熟化、丰富化。系统的集成、设备的升级开发也在一次次使用中不断积累经验。此次发明改进了虚拟传感跟踪数据盒,尽可能做到无线化装配使用,并且不仅限于某一个品牌或设备,可适用于国内大部分使用的摄像机、云台脚架以及虚拟系统,不论虚拟演播室还是增强现实的虚拟植入均可获益。

1 现有虚拟系统的使用经验

    湖南台使用虚拟系统已有十多年经验,不同品牌的虚拟系统,不论国内国外产品;不同的使用环境,不论室内演播室虚拟背景还是户外虚拟植入,都尝试引入虚拟效果创新丰富节目。根据虚拟系统的使用情况,其工作原理可通用模块化表示,如图1所示。

 

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1 系统工作模块图

     根据模块图,工作流程如下:摄像机拍摄前景,通过光缆传回转播系统,同时,通过在摄像机和云台上加装的传感跟踪设备,将摄像机镜头的推拉(Zoom)、聚焦(Focus),云台脚架的俯仰(Tilt)、摇移(Pan)、旋转(Roll),以及摄像机位置(XYZ)数据收集到数据盒,通过数据盒的串口由长数据线将数据传回虚拟渲染端,虚拟渲染端通过解码数据,使三维虚拟场景根据摄像机拍摄运动实时变化,最后将合成信号传输给转播系统,供节目播出预览、切换。

2 现有虚拟系统使用中的技术问题

    1 针对大型演唱会或者户外赛事等节目,根据不同的环境,不同节目需求,拍摄端与转播输出端的距离一般较大,室内节目一般在几十米到百米左右,户外节目一般在几百米到上千米。为了采集拍摄端的传感跟踪数据,数据盒一般附属在拍摄端,通常是架设在摄像机云台脚架上。而为了播出控制操作,虚拟渲染端一般集成在转播输出端或者附近,这就意味着数据盒和虚拟渲染端之间的距离和拍摄端到转播输出端的距离一样。保证视频信号,尤其是现在的高清信号传输稳定,成熟解决方案是采用光纤传输;而虚拟系统的数据传输,数据线一般采用网线,或者铜缆RS-422数据线,信号一般在300 m之外易衰减,距离过长,容易导致信号断断续续。就算在信号有效范围内,对于户外节目,每次放置几百米的数据线造成很大麻烦外,距离当中线材的磨损也不可避免,尤其针对汽车拉力赛这种环境极其复杂的节目,数据线磨断或者被泥水泡坏几乎是必然结果,只有通过备用几倍量的线材才能保证节目中的虚拟实施。此问题对于演播室内同样存在,演播厅一般将数据线预埋进地板或者天花板,中间一旦发生意外断开,比如老鼠咬断等事故,还需要注意故障排查,并面临着重新布线的工程。

    2 附属在拍摄端的数据盒,一般需要单独提供电源。室内节目可以通过插线板解决,对于户外节目,通常需要额外布设电源线,或者随拍摄端携带移动发电机。某些情况,由于数据盒供电和拍摄端供电不同源,其间电位差过大,数据盒跟摄像机相连接的部分会导致摄像机敏感元件烧坏。

3 经验中的发明改进

    根据对国内大部分使用的摄像机(SonyIkegamiPanasonic等)和云台脚架(VintenShotoku等)的研究测试,找到可以省去数据盒的所有外接长线材的方法,并且自制编码转换数据线和数据盒接口,不论室内还是户外节目,虚拟系统的使用,都不用再布设几百米的数据线,同时不用额外供电,使数据采集传输更加简便、稳定。

    改进后的虚拟系统工作模块如图2所示。

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2 改进后系统工作模块图

    1 此改进技术是将虚拟系统的传感数据传输加载于已有的成熟稳定的视频光缆。首先找到摄像机相应可传输接口,破解光纤传输422数据协议,匹配虚拟渲染系统原有数据协议,制作一套短线(2 m以内)将数据盒采集的所有跟踪传感数据,通过摄像机接口编码传输给转播输出端的基站,再从基站解码传输给虚拟渲染端。针对不同品牌摄像机,对应不同品牌虚拟系统,制作相对应匹配的数据线,并且已申请获专利,专利号:ZL201520103110.0

    2 从摄像机取电。通过设计制作转压模块,模块大小约为20 mm×50 mm,将摄像机输出电压进行降压转换,并且引入排插接口,直接接入数据盒芯片供电模块,达到数据盒工作要求,保证数据盒稳定工作。针对此电源模块改造,某些品牌数据盒可以改进为原有尺寸的一半。更小巧轻便,易于携带安装。

    通过此项发明改进,不论室内演播室节目还是户外赛事、演唱会等节目,在搭建虚拟系统时,只需将数据盒架装到拍摄端的云台上,由短线接入摄像机,之后在转播输出端以短线接给虚拟渲染端,不但大大简化了系统搭建流程,并且可以更紧密地集成于转播系统,只要视频转播系统可以稳定运行的环境下,虚拟系统不会再受距离和电位的影响,不但系统稳定性有了更高的保障,系统的便携性和灵活性也将使虚拟系统的使用范围得到扩充。

4 具体实施案例

    经研发、测试到制作成品,此发明在湖南广播电视台大型直播晚会上得到首次应用,实施效果图如图3所示。

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3 设施效果图

    20142015湖南卫视跨年演唱会,在广州国际体育演艺中心举办,场馆总建筑面积120 000 m2,其中观众席最远端放置的摄像机位,距离转播车走线距离大于200 m。湖南卫视在此场馆已经举办过3次跨年演唱会,与往年不同的是,此次虚拟系统没有布设300 m的数据线到最远的摄像机位,而是采用本发明制作的12 m的短数据线,从Sony1580 R系列的摄像机连接到Vinten云台脚架上的数据盒RS-422端口,另一方面,从转播车上通过120 m的数据线,从摄像机CCU基站连接到虚拟渲染器DB9串口上。摄像机一开机,数据即通,安全稳定。在3天的舞台施工以及7天的直播准备中,没有出现数据异常现象,圆满顺利完成直播任务,并且,没有花费人力物力收线放线,大大提高了效率,也方便了与其他部门对接的环节。通过制作线序不同的数据线,同样适用于湖南卫视全跟踪Shotoku摇臂机位。

    虚拟系统的技术发展还有很大空间,每一次使用,每一点积累,都可以促进技术的开发和升级,与各行业各领域分享经验,希望学习到更多电视技术的经验,将虚拟技术推向更集成化、专业化的道路。



 

该文已刊登在《电视技术》2015年第14期

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