《中山气象》影视高清系统改造与实施

《中山气象》影视高清系统改造与实施

肖巧洁

单位：中山市气象局 邮编 528400

摘要:为了满足公共气象影视事业发展的需要，对总控系统进行了高清升级改造。升级后的系统更符合现代电视主流技术需要。相较原有系统更具安全性、实用性和可扩展性，能够承担高标清信号接收、调度、监控、技术监测、 传输的重要职能，保障节目传输、直转播、信号资源共享等实时业务的运行，满足新技术条件下的安播需求。本文从项目设计到施工，详细介绍了此次高清升级改造的过程。

关键词：中山气象 影视高清 系统改造

引言：气象频道可提供权威，实用和细分的天气信息以及其他相关的生活服务信息。 新闻工作室承担每日天气新闻，预警信息发布，现场灾难广播和大部分节目制作等任务。该工作室的高清化，文件化和虚拟化转换和升级可以满足广播电影电视总局广播级安全制作和安全播出的要求。

1、系统总体设计

为了实现新闻演播室的节目形式升级，系统升级技术路线图，设计目标如下：

系统高清升级。视频系统从前端摄像头拍摄，视频切换合成调度，视频末端分配和收录，从标准清晰度格式升级为高清格式。 升级到高清视频系统后，必须大大改善图像清晰度和色彩的主观体验。

增强虚拟前景植入功能。增强定位系统的准确性，渲染机的性能以及虚拟场景的细化。配备高性能渲染机和色键器，并使用业界先进的光学虚拟跟踪和定位系统。该系统将具有合成高质量前景，背景和关键信号的能力，以及高清兼容的高质量虚拟场景渲染功能。

硬盘文件化录制在采集端实现，磁带记录模式升级为文件记录方式。设计工作室的记录端创建了一个基于文件的记录和编辑模式。使用网络将记录的录制节目上传到服务器后，在服务器端执行技术审查，内容审查，代码转换，传输和归档。

系统可靠性设计，音频和视频系统以及同步系统体系结构均为双路热备结构。前端的任何信号都有2条路由，当其中一个通道发生重大故障时，可以任意切换到另一条信号，最终完成制作和广播。

2、系统建设与调试

虚拟演播室系统的建设大致可以分为6个部分：绿箱与照明系统建设，音视频系统建设，计算机网络建设，气象数据调用，摄像机跟踪与定位调试，绿箱抠像调试。在这些部分中，绿箱的构建，摄像机跟踪和定位调试，键控调试和气象数据调用是整个项目的重点和难点。只有解决所有这些问题，虚拟演播室技术才能成功地应用于天气预报节目的制作。

2.1演播室绿箱及灯光系统

虚拟演播室系统对绿箱景区的建设标准提出了更高的要求。绿色框的正面宽度应大于7 m，最好深度为3〜5 m。如果太深，将影响相机的移动范围。高度为3〜4 m。绿色盒子表面的油漆应均匀涂刷，墙壁与墙壁之间以及墙壁与地面之间不应有明显的接缝。如果绿色框不符合虚拟演播室系统的技术要求，则图像跟踪路径将不正确。虚拟工作室结合演播室的实际大小和主持人的活动范围，将绿色盒子的正面宽度增加到12 m。整个景区采用“三墙一底”的U形结构设计。这种结构可以提供更多的空间，相机的位置限制较小，并且摇摄范围较大。在左侧墙上安装了3 mX2 * 5 m的虚拟定位网格，网格的下边缘距离地面50 cm。墙上的表面均匀涂有5721型专用绿色油漆，专用于键入虚拟场景，以达到与虚拟网格颜色匹配的效果。景区的地面全部铺有专用于虚拟演播室的绿色地胶。

由于上述虚拟景区很大，并且抠像技术要求对背景灯进行均匀照明，因此重新调整了工作室的原始灯光布局，并补充了一些区域光源，并添加了横向光路以使每个光源垂直和水平位置调整都是可能的。整体灯阵列采用5排设计，绿色背景板为最后端，从最后一行到前排为轮廓灯，背景灯，正侧面灯，正前灯，正面灯，局部补光。

2.2视频系统

计算虚拟设备在视频系统中添加的信号源以及所需的切换台输出数量。 虚拟演播室系统中添加的信号源主要包括虚拟图形渲染处理器（以下称HDVG），网格数字视频数据处理器（以下称为DVP）和外部高清色键控器。 在设计方案时，需要仔细计算上述设备的输出信号数量。就切换器的输出数量而言，有必要考虑是否提供将外部视频插入虚拟场景的功能。

在设计视频系统时，必须确保返回到每个摄像机的返回信号是最终虚拟场景和摄像机关键点的合成信号，以便摄像机操作员可以观察到摄像机在虚拟场景中的位置。在节目录制过程中的任何时候。

2.3音频系统

在系统设计中，采用了音频系统，视频系统和同步系统的双路热备份结构。如果切换台，主混音器和主同步器出现意外问题，则可以将它们快速平稳地切换到备用系统。同时，字幕机，新闻文件系统和硬盘录像机等都使用两个以上的主机作为备份单元。该程序中常用的模板和材料也提前在备用计算机上。同时，该系统的关键设备同时具有主备冗余电源，极大地提高了设备的运行稳定性，确保了日常业务的安全发展。此外，所有设备都通过了168小时的开机稳定性压力测试，以确保主备用电源的稳定性。它还为日常使用提供了足够的安全性。

2.4计算机网络

虚拟工作室系统的所有设备都在小型计算机网络中连接和配置。播出主控机是虚拟演播室的控制中心。除了调用和调整预制的3D虚拟场景外，它还负责将图像数据传输到HDVG并处理来自摄像机跟踪器的摄像机运动数据。广播控制PC通过以太网控制所有H D V G和D V P设备。这三个广播控制PC的功能布局是：播出控制机1是虚拟场景广播控制主机；播出控制机2为3D-Weather Weather广播控制主机；播出控制机3是广播主机的上述两个A备份机。在虚拟场景图形创建PC上安装双网卡，一种方式连接到虚拟系统LAN，另一种方式连接到楼层业务网络交换机，作为整个虚拟系统从业务中获取资料的轮渡岛FTP。因为需要从摄影棚以外的网络平台导入大量素材文件。该措施避免了在连接外部存储设备时病毒的入侵，并提高了系统的安全性。

2.5绿箱抠像

由于整个绿色盒子的表面积很大，主机的活动范围很广，并且使用高清摄像头进行拍摄，因此对照明和键控的要求非常高。在系统试用操作的键控测试中，绿色在主机皮肤裸露部分的光反射很严重，并且字符整个边缘上都有亮线。针对这种现象，我们调整了工作室景区的材料和光源。用低反射率的绿色地毯覆盖光滑的地面橡胶。该方法直接降低了光反射的强度，并减少了皮肤变绿的现象。 降低整体光线强度，低照度和合理的相机光圈，以使字符边缘的亮线消失。添加几个落地灯，所有落地灯均安装软纸。光源用于补充绿色盒子地板和主机腿的相对较弱的照度，从而可以消除主机腰部以下的抠像噪声和阴影。

此外，色度键的正确使用对键控效果也有重要影响。 这里有两个主要参数：“Matte density”，该参数可以调节黑白键信号的浓度； “Clean up”此参数可以消除或改善对象边缘的黑色边缘，并可以减少噪音等。

3、结语

中山气象高清虚拟演播室系统建成后，很快就投入了日常业务应用，即“中山气象”计划。这也是高清虚拟演播室系统首次用于气象电影和电视行业的高清节目制作中。实际使用效果显示：程序画面的空间感和层次感得到明显改善，摄像机的场景变化更加真实，天气信息的形式更加多样化，天气图形更加精致。虚拟演播室技术和高清技术的结合应用，在电视天气预报节目的视觉效果方面取得了质的飞跃和改善。随着气象影视媒体产业的发展和繁荣，新一代高清虚拟演播室技术的应用前景将更加广阔。

参考文献

[1] 傅乐俭，廖欣叶.虚拟演播室技术的实践和应用[J].电视技术， 2011,35(16):95-97.

[2] 夏春玲，周小军，汪红潮.虚拟演播室技术在新闻资讯直播节

目中的应用[J].现代电视技术.2008,（10):58-59.

作者简介：肖巧洁（1979-）女，汉族，广东省清远人，本科学历，工程师，从事预报预警发布、气象影视服务、新媒体气象服务等工作。