真三维虚拟演播室方案.doc

1、北京中科大洋科技发展股份有限公司 虚拟演播室项目投标书电视台真三维虚拟演播室技术方案北京中科大洋科技发展股份有限公司2003 年 4 月北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案2目 录一、用户需求分析 3二、MagicSe t 3D 系统简介 52.1 技术背景 52.2 虚 拟演播室关键技术分析 6三、MagicS et 3D 功能特点 103.1 MagicSet 3D 系 统强大的 软件功能 103.2 MagicSet 3D 系统卓越的硬件性能 13四、MagicSe t 3D 系统技术质量指标 164.1 客观检 测指标 16 4.2 主观评 测指标 184.3 信号

2、质量 184.4 传感器 精度指标 18 五、系统 结构设 计原理 195.1 跟踪传 感技 术分析 195.2 关于 MagicSet 3D 的渲 染引擎（CrystalRay） 215.3 关于 MagicSet 3D 的色键器 22北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案35.4 三维场 景制作 275.5 主 输出信号生成 28 六、售后服务 体系 29七、大 洋公司 简介 30八、M agicSet 3D 突 出的特 色优势 32一、用户需求分析：传统演播室的工作流程中，场景需要实际搭建，在实景制作、不同栏目之间的实景更换、实景修改等方面都存在着很大的局限性。一方面很

3、难制作出非常具有奇思妙想的场景，另一方面是工作量增加、材料浪费严重、工作效率降低、不利于消防安全等。因此现在很多用户在设计演播室方案时，都愈来愈多的把虚拟演播室的设计方案提到议事日程上来了。随着非线性技术的日益发展，制作电视节目时对视频工作站的应用也越来越多。但是使用工作站时遇到的一个比较普遍的问题就是操作人员习惯于传统编辑制作机房中编辑机和切换台的操作，而不习惯于计算机的鼠标键盘操作。如何能将这两种操作方式结合起来，能够让电视台制作人员以最快的速度熟悉和掌握系统的使用手段，也是设计方案时应该考虑的问题。我们这套大洋虚拟演播室系统完全按照贵台虚拟演播室招标项目的要求设计完成。基于这款配置精良的

4、系统，电视台用户可以完全不受空间和条件的拘束，制作任意风格的栏目、片头及电视宣传片等的节目。MagicSet 3D 虚拟演播室摄像机双机位包含大洋 Motion Track 数字机械传感器以及 Vinten 100 型云台、三脚架，带 PD-114 滑轮车（含电缆护框） 。MagicSet 3D 虚拟演播室摄像机三机位包含一套配备 Intersense 超声波定位移动机位传感器以及 2 套 Vinten100 型云台、带脚轮的三脚架） 。可以实现 2北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案4台摄像机水平、垂直摇动以及变焦等动态传感，另一台摄像机除上述功能外还可以实现包括机位在内

5、任意方向的自由移动拍摄。根据贵台演播室工程的需求，我们设计以 MagicSet 3D 真三维系统为核心的虚拟演播室方案、设计原则如下：1. 功能要求虚拟演播室系统除了实现传统演播室中的所有功能之外，还应具备以下特点：1) 系统应能满足同一场景中多个不同虚拟物件设计不同层次的遮挡，实现多层次的演播室效果；2) 系统对演播室场地的需求应该尽量少，利用一套系统应能制作出多个不同风格的栏目，或在一个栏目中针对多个子栏目制作多个不同的场景，达到提高演播室使用效率的目的；3) 场景制作、修改和存档应尽可能地方便，编导对场景的调整、修改可以在视频监视器中实时监看到合成好的画面。使编导在避免制作实景费时费力的

6、前提下应尽可能地提高场景修改、栏目改版的工作效率；4) 场景的设计应尽可能地消除局限性，使栏目编导和设计人员能够充分地展示自己的奇思妙想和创造性；2. 兼容性和扩展性1) 虚拟演播室的场景设计由计算机三维设计软件完成，因此我们的设计方案中尽可能多地兼容了诸如 3D MAX、Softimage、MAYA 等多种三维建模软件制作的场景；2) 虚拟场景中可以开多个大屏幕电视窗口，其中至少应该可以回放 2 路不同的视频节目。且电视窗中播放的视频素材应满足目前电视台制作机房节目源的储存方式，尽可能地允许录像带素材、视频素材等；在扩展性方面，我们的系统充分考虑目前虚拟演播室系统在不久的将来能够承受更大的节

7、目制作量，以及具有更强大的功能，系统具有在现有结构基本不变的情况下有平滑升级扩展的能力。北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案5二、MagicSet 3D 系统简介21 技术背景二十世纪九十年代后期，国际视频领域开始兴起一股虚拟演播室热潮。国外虚拟演播室的主流厂家纷纷在国内推广其产品，国内也有一些用户尝试行地采购了他们的产品。但国外厂商的工作方式以及文化差异等方面的影响，使得其操作培训和售后服务远远不能满足用户的实际需求，造成用户花了昂贵的价格、买来功能很复杂的系统，却无人能用或是只能用到很少的一部分功能，很难真正的投入到电视节目制作和使用中去，失去了它原本存在的价值和意义。

8、而且国外厂商本土化的技术支持不利，系统出现问题时不能及时有效的解决，结果更令用户头痛不已。大洋公司以发展民族视频工业为己任，在计算机专业视频图形图像处理技术上积累了十余年的经验，很早就开始考虑根据中国电视台的业务流程和当前对虚拟演播室的实际需求。为中国的电视台和中国电视节目制作者研发一套高性价比虚拟演播室系统，使广大电视用户能够使用到价格合理、功能实用、操作简便、服务周到的虚拟演播室产品一直是大洋人的一个梦想。2000 年初，大洋公司隆重地向广大广电行业用户推出了大洋虚拟演播室系统VRSET。该产品很快在业内形成巨大反响，并带动了国内虚拟演播室产品的研发、生产和市场启动。2002 年初，大洋又

9、推出了第二代虚拟产品MagicSet 3D 真三维虚拟演播室，提供 PAL 制、NTSC 制、内置色键、外置色键、数字接口、可移动机北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案6位等系列产品供用户选择。不久，MagicSet 3D 独家通过了广电总局检测中心的产品化检测，成为国内虚拟演播室产品中独领风骚的一朵奇葩。通过近几年产品推广和用户反馈，我们民族视频厂家终于在用户心目中重新确立了虚拟演播室高效快捷、省钱省地、效果绚丽多彩的产品形象。从国内到海外，有愈来愈多的客户纷纷关注、采购大洋的虚拟产品。现在，大洋MagicSet 3D 已行销海外，包括韩国和平电视台、台湾东风电视台、文莱

10、国家电视台、伊朗国家广电局等，多家海外用户正在用大洋的虚拟演播室产品为本国的电视节目增色。通过与用户的交流和电视台的实际应用，MagicSet 3D 系统在保持原有技术先进性的同时，在操作上和性能上更加实用和稳定，已成为应用于电视节目制作的成熟产品。2.2 虚拟演播室关键技术分析虚拟演播室作为新生的电视节目制作手段，最为突出的优势就是可以改变演播室布景的制作和更换方式，并且可以使创作者有很充分的创作空间。简单地说：虚拟演播室的技术核心是：在演播室现场置需要搭建一个蓝箱（十几平米到几十平米均可）做主持人演示，摄像机把主持人在蓝箱上主持节目的画面拍摄、输入到虚拟演播室主机里面去，虚拟演播室内部进行

11、色键处理，把蓝箱换成电脑制作的虚拟场景，再与前景掩膜合成后形成节目输出。这样，虚拟演播室就可以让用户在一块场地、一台虚拟设备上分别制作出许多个不同风格的栏目，且场景可以随时、随意的修改。从系统架构上看，虚拟演播室技术包括摄像机跟踪技术、蓝背景技术和三维场景造型与掩膜生成、色键技术、灯光技术等几个部分。2.2.1 摄像机跟踪技术摄像机跟踪技术是指在节目拍摄过程中实时获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数。其中包括摄像机镜头参数 ZOOM、FOCUS，云台运动参数PAN、TILT，以及描述摄像机空间位置和角度的参数 ROLL、X、Y、Z。获得这组参数就有可能把摄像机和镜头与一台高性能的计算机

12、连接（该计算机可以生成背景的每一场） ，背景制作的应用软件根据这些参数来调整虚拟摄像机的位置、方向和镜头参数，使虚拟场景产生对应的变化，虚拟演播室的制作就完成了。北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案72.2.2 蓝背景技术和三维场景造型生成制作虚拟演播室的蓝背景要求背景平滑，还要有空间感，一般是两面或三面蓝色墙面再加上地面。为保证全景镜头的使用，照射在蓝背景上面的光线要均匀。为了保证色键效果最好，要使用纯正的色键蓝色。蓝背景的空间大小，应该能保证可容纳全部道具并且可以使主持人有足够的活动区域。虚拟演播室中的背景图像可以是动态的，也可以是静止的。利用最多的是虚拟场景，也就是由

13、计算机创作的三维图形。在虚拟演播室中，首先要对场景中的所有物体进行建模，也就是设计物体的外形和尺寸，这与计算机辅助设计很相似：在建立一个模型的同时，计算机将他们分解成许多个多边形，一般是三角形，然后定义一个轮廓，在每个多边形上施加材质，可以是简单的颜色，也可以是材料。再把图像或照片施加在多边形上，以产生更逼真的效果。衡量一个场景的复杂程度其中主要一点是看这个场景中所包含的形的数目，而场景制作的越复杂，对系统的三维渲染能力要求也会相应提高。大洋MagicSet 3D软件的场景制作功能包括虚拟物件控制模块和动作编辑模块两部分。其中，虚拟物件控制模块可以对虚拟场景中每个独立的虚拟物件进行单独的调整，

14、或者对多个物件进行编组后一起进行调整，可以调整该物件的大小、位置和朝向等等，例如将一个电视墙从画左移动到画中，只需用鼠标选中电视墙所包括的所有物件进行编组，然后用鼠标拖动至目的地（或者通过修改位置坐标进行调整）即可；这样可以大大节省节目编导在调整场景方面所花的时间和精力。在这里应该着重指出的是，MagicSet 3D系统提供的虚拟物件是三维物体，场景和物件的尺寸都是根据演播室的实际大小而设计的。例如某个演播室中的蓝箱长、宽、高分别为5米、5米和3.5米，则在虚拟场景设计时可将场景大小定义5米*5米*3.5米甚至更大，场景中的所有虚拟物件都按照实际的尺寸进行定制，这样可以做到虚拟场景与实景和主持

15、人的尺寸大小相符，便于操作人员随时进行调整。虚拟物件的动作编辑模块：由于真三维虚拟演播室系统处理的是三维场景模型，因此我们可以在系统中设定某个虚拟物件或某个物件编组的动作，包括设置物件的平移、旋转和缩放等等。使用者在拍摄之前将需要定制的动作按照时间码设置完成，按照界面上的动作设置定义为F1、F2 等等。为了便于拍摄过程中对虚拟物件动作的控制，我们专门设计了一个操作控制台。在操作控北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案8制台中有一个特定的动作控制区域，该区域中的F1、F2 等按键与MagicSet 3D软件操作界面的动作设置完全相同，在拍摄过程中无需用鼠标和键盘进行操作。2.2

16、.3 键信号处理与图像合成色键器在虚拟演播室中的色键处理流程中完成的主要工作是从摄像机所提供前景信号中提取出键信号使主体人物同色键背景分离。色键器的质量对虚拟演播室节目质量影响相当大，它除了与蓝背景、制作环境灯光和摄像机有一定关系之外，色键器本身的质量也会影响节目质量。图 1-1 色键抠像原理图在摄像机运动参数的控制下，背景生成装置对制作好的背景信号进行处理，实时生成与前景有正确透视关系的背景图像。前景与背景的混合是通过色键合成器来完成的。使用清晰的、亮度平坦的颜色信号可以被演算，使前景和背景分离，然后把演算后的信号用于另一个不同的背景。使用线性键可以把前景的混合生成器掩膜生成器Backgro

17、undB/W 掩膜 Composite Image色键器Foreground VideoBackground Video北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案9阴影取出来并叠加到背景上。当背景图像与前景图像混合后，才最终完成了虚拟演播室的节目制作。为了成功地合成一个虚拟的场景，要求虚拟演播室的图像保持连续平稳的变化，图形工作站要对视频画面以 25 帧秒(PAL 制)的速度处理数据流，这样才能使计算机制作的背景图像与摄像机拍摄的图像实时合成。224 虚拟演播室对灯光的特殊要求在虚拟演播室节目制作中灯光所起的作用是十分关键的。为了消除多余的阴影，保证色键的效果，灯光的布置相当重要

18、。要合理调配灯光，使前景与虚拟背景的照明亮度及方向匹配。主持人及真实道具在蓝箱中投下影子也要随主持人及道具一起进入虚拟空间。如果播音员在演播室中不能投下相同的阴影长度，虚拟场景的设计就应有长的阴影。为了更好地提取阴影，灯光的设置应使阴影处的蓝色电平与背景蓝幕布的蓝色电平有较大的区别。影子的方向也要和虚拟空间中的光源方向一致。灯光应具有真实性，以防止出现动画效果。在虚拟演播室中，实际光源和虚拟合成光源之间的同步变化很重要。2.2.5 虚拟演播室的二维半与真三维技术区别所谓二维半系统是以一张图片（可以使平面、立体图形、也可以是数码图片）作为虚拟场景，根据摄像机位的位置关系把背景图预先渲染好。摄像机

19、位置（X、Y、Z坐标）是预先在软件中设置好的，拍摄过程中不能发生变化。这样，在虚拟演播室的现场拍摄时，系统对摄像机变焦、俯仰、平摇等变化进行跟踪处理，虚拟演播室主机的渲染系统根据机位传感器传回的信息对所在机位的场景图实时处理，产生出主持人前景与虚拟背景真实对应的位置关系，再加上前景遮挡输出就可以了。因此，对二维半系统，从场景方面来看，在拍摄的过程中移动摄像机时无法形成正确的透视关系。如果摄像机在拍摄过程中移动前景和背景将会因脱节而造成“穿帮”。也就是说：摄像机位置移动后必须重新渲染虚拟场景。真三维系统与二维半的本质区别主要是两点：一方面：真三维的场景是用三维建模软件（如：3DMAX、SOFTI

20、MAGE、MAYA 等）制作的三维立体模型，系统实时地读取场景建模文件，描述摄像机位置和角度的 ZOOM、FOCUS（镜头），PAN、TILT（云台），ROLL、X、Y、Z（空间位置）等参数实时地确定和控制场景模型中虚拟摄像机的位置和角度，并通过渲染引擎将当前场（FIELD）的场景北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案10图像信号（包括遮挡掩膜的图像）渲染生成并实时输出。因此，真三维系统的渲染方式为实时渲染，不同于二维半的预渲染。另一方面：真三维系统可以采用有别于机械传感的定位跟踪系统，实现摄像机机位任意方式的移动。例如：大洋采用的 Intersense 超声波定位传感系统，

21、可以实现摄像机肩扛、手提等自由移动，大大提高了节目的拍摄动感。三、MagicSet 3D 功能特点大洋 MagicSet 3D 虚拟演播室有别于其他虚拟演播室系统的主要特点之一是高度的系统集成性。大洋虚拟演播室系统把所有功能模块都集成在了一台高性能 PC 图形/图像工作站内。系统所需要的外部信号仅为必需的同步时基和摄像机视频。这在组建系统时可以使信号通路连接最为简单，最大限度地减小信号损失，特别是针对现有演播室改造时对现有演播室信号通路上的改动和破坏很小，对系统改造非常有利。由于所有功能模块采用 M2BUS 数据跨桥及内部数据总线，在系统内部的视频信号都是以 4:2:2 的数据流的方式传递，在

22、保证了不会有任何信号损失的同时也提高了系统的可靠性，再加上系统采用了非线性方式的视频采集和回放保证了系统在存储媒介上也不会有信号损失使整个系统在信号质量上能始终保持最佳的演播室级指标。最大限度地提高信号质量和制作效率是电视设备发展的源动力，也是电视台和电视节目制作者以及视频厂商一直追求的梦想，唯有具有高度专业水准和技术水平才能实现这一梦想。相信大洋公司能够凭借其十余年的专业经验和优良的技术水平使大洋虚拟演播室能与那些期待着这一梦想的人们一同跨入数字化的未来。北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案113.1 MagicSet 3D 系统强大的软件功能1. 软件界面采用三维四视图

23、的结构设计，非常近似于通用动画软件 3DMAX 的界面风格，使稍有电脑动画基础的人就可以轻松上手。且界面操作简单易学（见下图） 。2. 系统所见即所得的动画设计和虚拟物件的实时调整，真实感强，能够与前景信号、掩膜信号较好地融合，并可以实时指定开关掩膜物件和活动视频物件；3. 系统支持在虚拟场景中开多个虚拟视频回放窗口，窗口中可以实时回放两路不同信号源（如：硬盘中的视频素材和录像机信号）的视频节目。电视墙中的画面以场频速度实时生成，软件可以实时对电视回放窗进行随意的移动和变形处理，把窗口设计为圆弧、球面等任意特殊的形状效果。大洋软件还具备视频窗的特技功能，可以实现虚拟视频窗与全屏幕视频画面的自由

24、切换、视频窗的飞入、飞出等特技。1 2 3 4657菜单区 工具栏 编辑视图区 命令面板特技控制区北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案124. 场景中所有物体都采用三维建模软件设计制作，每个物体都可以结合场景的需求实时作出旋转、生长、缩放、变形等动态调整，可以极大地丰富场景的真实感与活泼感。5. MagicSet 3D 最多使用 8 组独立的动画集，每个动画集中有多个独立的动画，可以分别控制动画集的开关，可以实现多个动画不同播控效果的；6. MagicSet 3D 最多使用 6 层遮挡和 8 盏虚拟灯光，可以分别控制开关，配合自由深度键功能，可以实现空间的多层穿插走位以及丰

25、富的现场灯光效果；在场景中还可以使用最多 6 组虚拟视频窗，每组包含多个视频窗口，可以分别控制开关；7. 系统具备强大的图形渲染能力，根据实时采集的摄像机参数信号对复杂的景进行实时渲染。渲染速度最高可达到 60000 个三角形/场。输出图像保证32 位真彩色，平滑、稳定、清晰度高，没有抖动、裂像、粗糙等现象。系统配备专业三维图形实时渲染板卡，全面支持硬件图形加速功能和硬件反走样，确保了实时生成场频级的高质量场景。8. 为了使节目画面更加丰富，MagicSet 3D 系统内嵌了可以生成雨雪、落叶、礼花、喷射等效果的粒子系统。将这些景观添加到拍摄场景中，可以更好的烘托出不同风格节目的现场气氛。除了

26、系统提供的 6 个基本粒子模板外，您还可以根据自己的需要通过对粒子基本参数的简单调整得到各种奇妙的效果。9. 系统拥有一项独特的特技功能Billboard。它使用事先渲染好的图像，在场景中仿真动态和静态的三维物体，并实时的控制图像在三维场景中的空间位置，同时可对图像进行任意的平移，旋转，缩放，以满足不同栏目设计的需要。Billboard 技术应用广泛，比如它能以很高的精度模仿火焰的燃烧，三维物体的旋转，景观的连续变化等。而这些功能又能够很好的融入到虚拟演播室系统中，无需附加的硬件设备。动画编辑窗 物件属性显示区北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案1310. 系统采用 Mic

27、rosoft 最新渲染平台，保证最大限度地发挥渲染硬件的加速性能，并对场景中的物件纹理贴图采用了 MipMap 处理技术，从而保证了动态物件的纹理不会产生抖动现象，得到流畅精致的节目画面。11.MagicSet 3D 内部使用全数字高性能高品质的渲染平台，独家渲染 32 位的真彩色、带 alpha 通道的三维场景，可以对虚拟场景中任何物件做半透明处理，并可以结合虚拟灯光制作出惟妙惟肖的光感透明效果。12. 系统建立了开放式的数据接口，可支持.3ds、.wrl 等的三维建模文件，支持应用 3D Max、Maya、Softimage 3D 等国际著名的三维建模软件制作的三维场景。13. 虚拟大屏幕

28、电视墙是虚拟演播室背景生成中经常应用的一种，而其对内部视频信号处理和对大屏幕电视墙边缘的处理，是影响虚拟大屏幕效果的关键。MagicSet 3D 的对虚拟大屏幕内部进行三线性滤波完全消除了镜头推拉时虚拟大屏幕内部视频纹理闪烁的问题，对大屏幕边缘专门进行多重采样滤波的方式来进行边缘抗锯齿运算，从而使得虚拟大屏幕运动过程中边缘光顺无明显锯齿，大屏幕内视频信号清晰无闪烁。同时，MagicSet 3D 可以自由方便地进行虚拟大屏幕自定义动画，丰富了节目内容和表达方法；并且系统中的活动视频信号可以贴在虚拟场景中任意物件表面上，如虚拟电视屏幕上、门、地板、窗户等。3.2 MagicSet 3D 系统卓越的

29、硬件性能1 系统支持内置、外置色键器。大洋虚拟演播室系统的色键器是由目前国际顶级色键器制造厂家美国 Ultimatte 公司提供，采用色度空间中的色度矢量处理方法，能够将要键去的颜色矢量与视频信号中的每个点的颜色矢量进行精确运算，在生成 8bit 线性键的同时还能进行消色和补色处理，使人物和物体的边缘能够与场景良好地结合，显示最佳的色键效果。值得一提的是，这种色度矢量处理方法生成的 8bit 线性键能够实现半透明物体如玻璃和烟雾的色键处理，同时其消色功能还能纠正由于蓝幕造成的人物皮肤上的淡蓝色反光。这种色键器的色键效果清晰自然，虚拟场景与人物自然融合，保证整个虚拟演播室系统的真实感，北京中科大

30、洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案14并且进一步提高系统的集成度和性价比。2 MagicSet 3D 系统具有无限蓝箱功能， ，边缘无明显接缝和干扰，即使摄像机大范围摇动也不会“穿帮” 。蓝箱定位简便快捷，只需在安装过程中记录一次蓝箱位置即可，无需针对每套场景重新定位无限蓝箱的位置，使无限蓝箱的概念更加广泛，操作更加方便。3 为使贵台的工作人员更为简便地操作虚拟演播室，我们为 MagicSet 3D系统配备了操作控制台，它可以实现机位传感数据的切换，录制、回放的控制、动作和虚拟物体的运动控制等等功能，切实有效地使 MagicSet 3D 系统的操作得以最大程度的简单化，使拍摄工作简

31、便易行。4 系统采用了加拿大 Matrox 公司最新的图像板卡，板卡集成实时混合/特技引擎，多种视音频输入输出接口，同时兼容多种视频压缩格式。支持MPEG-2 4:2:2 I-frame 码率在 10 到 50Mbps 之间可调。5 全新 8U 服务器级工业机箱，可上机架式设计，方便摆放和接线；系统具备良好的扩展性能；良好的散热功能；电源功率大小匹配，防尘、防震方面也予以充分考虑，保证了系统长时间运转的稳定性。机箱内可全内置超大容量硬盘，最高可达 300G。6 高精密度传感器系统：MagicSet 3D 机械电子传感器采用的是美国最新数字机电传感芯片的高精度参数采集系统，采用接触式电子传感器和

32、精密耦合信号处理电路，以高精度、高速度实时采集和传输Zoom、Focus、Pan、Tilt 等四项参数。结合事先设置好的摄像机机位的X、Y、Z 位置坐标参数，可以实现摄像机快速推、拉、摇等任意方式的固定机位变化，画面精确同步，绝无任何撕裂、抖动或前后景错位等现象。先进的机械电子传感器，采用远端低电压供电的模式，信号抗干扰性强、传输距离远（最大可以到 100 米） ，安全方便。7 良好的同步信号处理能力：虚拟演播室做为一个广播级的设备，其处理GenLock（外同步）的能力是整个系统的关键。MagicSet 3D 无论在三维图形渲染，还是在数字视频信号处理方面，同步信号都可以精确地被和数字信号处理

33、芯片组所接受，从而保证了视频输出不丢帧、不掉场、不撕裂。北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案158 高品质的机位选件:为配合高品质传感器稳定操作，我们选配的云台、三脚架都是采用国际最主流厂家英国云顿公司的产品。根据贵台所用摄像机型号的，特别配备了 Vinten 100 型（可承重 15 公斤）云台和带脚轮的三脚架。这样，整个 MagicSet 3D 机位系统精确快捷、坚固耐用。摄像机镜头用传感器部件安装图样摄像机水平摇移所有传感器部件图样摄像机俯仰摇移所用传感器图样北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案16四、MagicSet 3D 系统技术质量指标大洋

34、MagicSet 3D 系统于 2002 年 6 月通过了国家广播电影电视总局广播电视计量检测中心的测试。测试报告提供的结果显示，MagicSet 3D 系统指标达到广播级标准，完全能够满足电视台节目制作的需要。4.1 客观评测结果 表 1：整个系统数字特性检测结果序号 检测项目 单位 技术要求 检测结果1 SDI 幅度 mV 800+10% 7382 上升时间 ps 1300 9843 下降时间 ps 1300 9164 上冲 % +5%(800+10%) 05 下冲 % +5%(800+10%) 06 直流电平偏移 mV +500 -9.0云顿云台与传感器北京中科大洋科技发展股份有限公司

35、大洋虚拟演播室系统方案171kHZ ps 740 521 7 抖动10HZ ps 740 502ppb/s 19.48 SDI 晃动Hz/s 0.086表 2：系统去掉色键后检测出的数字特性：序号 检测项目 单位 技术要求 检测结果1 SDI 幅度 mV 800+10% 8162 上升时间 ps 1300 10323 下降时间 ps 1300 10134 上冲 % +5%(800+10%) 05 下冲 % +5%(800+10%) 06 直流电平偏移 mV +500 -8.11kHZ ps 740 482 7 抖动10HZ ps 740 502ppb/s -19.58 SDI 晃动Hz/s -

36、0.087表 3：数字视频特性检测结果序号 检测项目 单位 测试结果Y Pb Pr1 输出幅度 mV 706.1 523.4 527.6频率 MHZ 0.5-5.75 0.5-2.75 0.5-2.752 幅频特性 幅度 dB -0.26 -0.15 -0.143 非线性失真 % 0.2 0.7 0.64 信杂比 dB 58.5 56.0 56.15 K 系数 % 0.5 0.2 0.26 时延 ns -5.5 -4.07 同步幅度 mV 298.8北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案188 闪电 符合要求9 矢量 符合要求表 4：同步系统检测结果：序号 检测项目 单位 检

37、测结果1 色同步幅度 mV 298.42 行同步幅度 mV 295.43 行消隐脉冲宽度 行 254 行同步脉冲宽度 s 4.745 行同步脉冲建立时间 ns 1296 色同步持续时间 s 2.237 行同步前沿抖动 ns 38 长时间同步前沿抖动 ns 54.2 主观评测结果虚拟场景与人物融合自然，跟踪协调，图像清晰，边缘无明显接缝和干扰，其功能与说明书相符。4.3 信号质量：视频信号质量满足广播级要求支持 MPEG-2 4:2:2 I-frame 码率在 10 到 50Mbps 之间可调4.4 传感器精度指标机械电子传感器（标配）：Pan/Tilt 分辨率不低于 0.0001 度，精度不低

38、于 0.0005 度；Zoom/Focus 分辨率不低于 0.001mm，精度不低于 0.001mm；北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案19Zoom，Focus：子像素级平滑参数采集速度 1KHz，参数输出速度 50Hz；采集系统总延时：20ms；RS422 接口 19200 Baud；超声波活动机位传感器（Intersense）在 6*6 米的空间范围内误差不超过 1 毫米；采集系统总延时：20ms；RS232 接口 19200 Baud；Pan/Tilt 分辨率不低于 0.0001 度，精度不低于 0.0005 度；Zoom/Focus 分辨率不低于 0.001mm，

39、精度不低于 0.001mm；参数采集速度 1KHz，参数输出速度 50Hz。8 Bit 掩模信号：掩模信号提供主持人与虚拟场景的穿插及前景物体的 256 级边缘平滑。五. 系统工作原理说明MAGIC SET 3D 工作原理图北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案20如图所示，虚线框内是 MagicSet 3D 系统主机的结构，其中灰色底色的部分为三维场景生成、色键抠像、前后景叠加生成主场景等核心结构。5.1 跟踪传感技术分析虚拟演播室的摄像机跟踪技术是使摄像机和虚拟背景同步运动的关键。它是指获取摄像机在演播室中的实际运动参数即机位参数和镜头参数。其中机位参数包括摄像机的高度和

40、摄像机的地面位置(X、Y、Z 轴)；而镜头参数包括摄像机镜头的摇摆(pan)、俯仰(tilt)、变焦(zoom)、聚焦(focus)，及摄像机的旋转（roll） ，测量这些参数需要各种传感器技术和测量技术。根据摄像机使用的传感器类型和信息合成方式的不同，虚拟演播室的摄像机跟踪技术主要有 3种类型：传感器跟踪、图像分析识别和位置探测。跟踪传感技术比较表比较项目 传感器跟踪 图像分析识别 位置探测参数精度非常精确，旋转角度可以达到 0.001，移动距离可以达到 0.01 毫米的精确度，一般，旋转角度在 0.01，移动距离在 0.5 毫米的精确度，一般，旋转角度在0.01，移动距离在 1 毫米的精确

41、度，数据处理时间短（无须大量的图像处理和数据校正）长（须大量的图像处理） 中（须各种数据的相互校正）视频延时 少（壹到两帧） 多（五到六帧，甚至更 少（壹到两帧）北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案21多）镜头校准 复杂 不需要 不需要演播室蓝色背景单色，无尺寸限制无须图案可以使用已有背景限制尺寸、结构及图案必须绘制两种蓝色条纹、图案须阴影补偿处理，键质量难以保证单色，无须图案可以使用已有背景无尺寸限制初始位置测量 精确测量和数据校正 无要求，精确测量和数据校正演员的活动 在蓝箱内不受限制演员被限制必须总是保持在图案墙之前，很难舒服地接受虚拟环境演员的活动必须缓慢，这样才不

42、会丢失跟踪信息由于延时演员会感很不舒服在蓝箱内不受限制摄像机的运动镜头参数不受限制，摄像机可自由摇移、俯仰、变焦及聚焦 位置参数可能受基座的限制如移动车、升降架、吊臂等须在限制图案的区域.不能对现场物体进行特写拍摄,摄像机必须观测至少4 个网格以保持跟踪必须在传感器的笼罩范围之内，摄像机的操作 无限制必须缓慢、稳定地运动限制一定的角度及方向，如俯仰必须稳定地运动，多台摄像机每台摄像机需要一个跟踪器可支持多台摄像机一般只支持一台摄像机对其它厂商的依赖对摄像机和云台等基座厂家比较依赖，不依赖其它厂商 不依赖其它厂商辅助技术 读条形码法 辅助摄像机技术大洋 MotionTrack 传感系统简介Mot

43、ionTrack 系统是在云台和镜头上加装高精度传感器的方式进行摄像机北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案22参数采集，水平及俯仰精度不低于 1/1000 度，变焦及聚焦精度不低于 1/1000毫米，采集速率为 2 倍场频，保证了系统能够在最短的时间内采集到最高精度的参数，使生成的场景能够精确而运动平滑。能够精确跟踪摄像机云台的摇移、俯仰角度和镜头的变焦、聚焦参数，并且实时地把这四个参数传递给 MagicSet 3D 主机。MagicSet 3D 系统将根据这些参数生成与实际景物相匹配的虚拟场景。以下是 MotionTrack 的构成：传感器：MotionTrack 系统有

44、四组传感器，分别探测镜头的 Zoom 和 Focus两个参数以及云台的 Pan 和 Tilt 两个参数。传动耦合机件：这些机件把摄像机镜头或云台的运动传递到传感器，使传感 器随镜头或云台的运动而变化。采集器：进行模数转换处理，采集传感器的输出，同时通过串口把参数传递给主机。5.2 关于 MagicSet 3D 的渲染引擎（CrystalRay）MagicSet 3D 渲染核心 CrystalRay 是大洋的新一代三维虚拟渲染引擎。它不同于以前二维半的渲染引擎和其他厂家的三维虚拟渲染引擎，其独有的开放式系统构架、4 条独立的渲染流水线、硬件加速的纹理映射和光照、强大的视频信号处理能力、全硬件的三

45、维抗锯齿功能、32 位带 Alpha 通道的三维半透明混合叠加运算、全数字视频信号接口，使得 MagicSet 3D 在三维图形渲染技术方面遥遥领先。卓越的三维渲染性能在三维虚拟演播室中，虚拟场景源数据是由成千上万个顶点和三角形组成的，所有这些三角形应该在两个场中断的时间段内由三维图形渲染芯片渲染完成，当这个渲染芯片渲染能力较强时，就能使用三角形较多、较复杂的三维虚拟场景，否则只能渲染三角形较少、较简单的场景。虚拟场景只有由相当一定数量的三角形组成，才能使场景动画设计师意图较好地表达出来。MagicSet 3D目前采用的加速卡实际支持每场实时渲染 6 万个三角形、 128M 纹理贴图、8 个光

46、源，完全可以胜任比较复杂的三维场景实时渲染和场景设计师使用。为了拥有更强、更逼真的渲染效果，在三维虚拟场景中，几乎每个三维虚北京中科大洋科技发展股份有限公司 大洋虚拟演播室系统方案23拟物件都有自己的纹理贴图。这就要求 3D 图形芯片实时处理、吞吐数量巨大的纹理数据，在实际运用中，为了提高纹理数据上载和传输的速度，这些纹理数据都是存储在图形加速卡的纹理内存中，而不是在计算机主板上的系统内存中。MagicSet 3D 目前采用 2.5ns 的 128MDDR（Double Data Rate）显存，由于其利用时钟信号上升沿输出 8 位数据，同时利用时钟信号下讲沿输出 8 位数据，DDR显存所以在本质上不需要提高内存时钟频率就能成倍地提高数据的传输速度，即无需提高时钟频率，就可以获得比 SDRAM 高一倍的数据传输率，5.3 关于 MagicSet 3D 的色键器大洋为贵台招标提供的色键器为世界最专业的色键器厂家美国Ultimatte 公司产品：Ultimatte 色键器。该产品几乎凝聚了目前色键器技术的所有核心要素，代表了当今色键器产品的最高水准。下面我们就色键技术本身，对该产品做简要的介绍。5.3.1 相关概念深度键深度键不是键技术，它根本是解决主持人与三维虚拟场景的前后遮挡关系，以确定键或