CN101668128B - 一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，属于电视台虚拟演播室系统技术领域。现有的虚拟演播室系统存在一对一结构和一对多结构。一对一结构中如果一个图形工作站出现故障时，另一个图像工作站只有一个摄像机机位，从而给节目制作带来了不便。一对多结构用于直播不够安全，图形工作站一旦出现故障，便影响播出。本发明采用多对多结构，多台摄像机对应多个图像处理通道，即每台摄像机与至少两个抠像合成器相连通，每台摄像机对应的传感器通过编码盒与至少两个图形工作站相连通。当一个图形工作站出现故障时，所有的摄像机均能正常工作，从而提高了节目制作的效率和播出的安全性。

Description

一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法

技术领域

本发明属于电视台虚拟演播室系统技术领域，具体涉及一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法。

背景技术

虚拟演播室系统是计算机技术与色键技术相结合的一种新的电视节目制作系统，采用了传统的色键技术，却突破了传统色键系统的限制，消除了摄像机不能与背景同步运动的致命弱点，做到了真实的演员能深入到虚拟的三维场景中，并能与其中的虚拟对象实时交互。该系统主要由三个子系统组成：跟踪子系统、图形绘制子系统、合成子系统，跟踪子系统主要由传感器和编码盒组成，图形绘制子系统主要由图形工作站组成，合成子系统主要由抠像合成器组成。工作时，首先由摄像机采集前景信号，将前景信号延时后送入抠像合成器；同时摄像机上的传感器获取摄像机的运动参数，并将其转换成电信号后输出至编码盒，再由编码盒将摄像机的运动参数实时的传递给图形工作站，然后图形工作站根据当前摄像机的位置信息实时绘制出相应的背景信号和掩膜信号，最后合成系统根据掩膜信号来合成背景和前景，实现主持人前景信号和虚拟三维背景信号的无缝合成。

目前，虚拟演播室系统的结构有两种：一种是一对一结构，另一种是多对一结构。

所谓一对一的系统结构，是指每台摄像机对应一个图像处理通道。图像处理通道是指用于完成对前景图像和背景图像进行处理的一整套设备的统称，主要包括一套传感系统、一个延时器、一个图形工作站和一个抠像合成器，其中传感系统包括传感器、编码盒和数据切换器。如图1所示(以两个摄像机机位为例)，每台摄像机对应的控制器通过延时器与抠像合成器相连，控制器将摄像机采集的前景图像经延时器延时后送入抠像合成器。每台摄像机都对应一套传感系统，由镶嵌在云台转轴上的齿轮盘、传感器咬合齿轮和光电编码盘组成。摇动摄像机时，云台转盘的转动带动咬合齿轮，使得光电编码盘产生相应的转动，光电编码盘将机械运动转换成电脉冲信号送给编码盒，编码盒与图形工作站相连。每个图形工作站与一个抠像合成器相连，编码盒将摄像机的运动参数送入图形工作站，图形工作站根据摄像机的运动参数制作背景图像，并将其送入抠像合成器，抠像合成器将前景图像和背景图像进行合成后送入切换台播出或存储，切换台用于对多个抠像合成器的输出进行切换；所有的图形工作站通过高速以太网与主控机相连，主控机用于对所有的图形工作站进行控制；每个抠像合成器与一个监视器相连，监视器用于对合成的效果进行预览。这种结构的优点是每个摄像机机位具备独立的预监功能，方便进行现场特技切换；每个图形工作站还可以互为热备份，具有高度的安全性。缺点是当一个图形工作站无法正常工作时，另外一个图形工作站只有一个摄像机机位，这给节目制作带来了不便。

所谓一对多的系统结构，其主要特征为多台摄像机对应一个图像处理通道。如图2所示(以两个摄像机机位为例)，两台摄像机对应的控制器通过延时器与一个视频切换器相连，视频切换器与一个抠像合成器相连，视频切换器用于对两台摄像机的输出进行切换。两台摄像机对应的编码盒通过数据切换器与一个图形工作站相连，图形工作站再与抠像合成器相连。数据切换器用于将两个编码盒的输出送入图形工作站。这种结构的优点是结构简单，多台摄像机只需要一个图形工作站、一个抠像合成器和一个监视器即可，成本也较低。其缺点是用于直播的安全系数较低，因为图形工作站一旦出现故障将直接影响播出，同时由于只有一个机位可以预监，在机位切换的时候只能盲切，因此这种结构使得节目播出的质量和效率大大降低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，采用该方法构建的虚拟演播室系统当一个图形工作站出现故障时，所有的摄像机仍然能够正常工作。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，将虚拟演播室系统中的所有摄像机分别与至少两个图像处理通道相连通，每个图像处理通道均能够获得与其相连通的所有摄像机采集的前景图像和所有摄像机的运动参数。

如上所述的一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，所述的将所有摄像机分别与至少两个图像处理通道相连通采用的具体方法是：将每台摄像机通过延时器与至少两个视频切换器相连，一个视频切换器连接一个抠像合成器；将每台摄像机通过编码盒与至少两个数据切换器相连，一个数据切换器连接一个图形工作站。

如上所述的一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，所述的每个图像处理通道均能够获得与其相连通的所有摄像机采集的前景图像的具体实现方法是：将每台摄像机采集的前景图像经过延时器延时后，同时发送给与其相连的所有视频切换器，视频切换器将被需要的摄像机的前景图像进行切换，输出至与其相相连的抠像合成器。

如上所述的一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，所述的每个图像处理通道均能够获得与其相连通的所有摄像机的运动参数的具体实现方法是：将每台摄像机的运动参数通过编码盒同时发送给与其相连的所有数据切换器，数据切换器将与其相连的所有摄像机的运动参数输出至与其相连的图形工作站，图形工作站读取当前摄像机的运动参数。

如上所述的一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，所述的多对多结构为二对二结构，即包含两台摄像机和两个图像处理通道；或者为三对三结构，即包含三台摄像机和三个图像处理通道；或者为三对二结构，即包含三台摄像机和两个图像处理通道。

本发明所述的方法，采用多台摄像机与多个图像处理通道相连通的方式，当一个图形工作站出现故障时，所有的摄像机仍然能够正常工作，即摄像机采集的前景图像仍然能够被送入其他抠像合成器，摄像机的运动参数仍然能够被送入其他图形工作站绘制背景图像，进而对该摄像机的前景图像和背景图像进行合成，因此提高了电视节目制作的效率和播出的安全性。而且，当采用N对N结构(N≥2)并且N台摄像机与N个图像处理通道相连通时，由于每台摄像机对应的抠像合成器合成后的效果都能够在监视器中预览，因此克服了一对多结构中摄像机切换时只能盲切的缺陷，提高了节目制作的质量和效率。

附图说明

图1是一对一结构的虚拟演播室系统的数据流图；

图2是一对多结构的虚拟演播室系统的数据流图；

图3是二对二结构的虚拟演播室系统的数据流图；

图4是三对三结构的虚拟演播室系统的数据流图；

图5是三对二结构的虚拟演播室系统的数据流图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的描述。

本发明的核心思想是：虚拟演播室系统中的每台摄像机对应至少两个图像处理通道，即所有摄像机分别与至少两个图像处理通道相连通，系统中每个图形工作站均可以获得与其相连的所有摄像机的运动参数，每个抠像合成器可以获得与其相连的所有摄像机采集的前景图像，因此每个抠像合成器均可以对与其相连的摄像机的前景图像和与该前景图像对应的背景图像进行合成。当一个图形工作站出现故障后，所有的摄像机均可以正常工作。

采用本发明所述方法构建多对多结构的虚拟演播室系统，包括至少两台摄像机、至少两个图形工作站、至少两个抠像合成器、至少两个延时器、至少两个视频切换器、至少两个编码盒、至少两个数据切换器、至少两个监视器、一个主控机和一个切换台，每台摄像机对应一个控制器和一个传感器。

每台摄像机对应的控制器通过延时器分别与至少两个视频切换器相连，每个视频切换器与一个抠像合成器相连；每台摄像机中的传感器通过编码盒与至少两个数据切换器相连，每个数据切换器与一个图形工作站相连，每个图形工作站与一个抠像合成器相连，每个抠像合成器与一个监视器相连；所有的图形工作站与主控机相连，所有的抠像合成器与切换台相连。

工作时，将每台摄像机采集的前景图像经过延时器延时后，同时发送给与其相连的所有的视频切换器，视频切换器将被需要的摄像机的前景图像进行切换输出。将每台摄像机的运动参数通过编码盒同时发送给与其相连的所有数据切换器，数据切换器将与其相连的所有摄像机的运动参数输出至与其相连的图形工作站，图形工作站选择当前摄像机的运动参数。

实施例1

图3出示了二对二结构虚拟演播室系统的连接方式和数据流向，两台摄像机对应两个图像处理通道。在两个图形工作站均能够正常工作的情况下，其工作原理与一对一结构类似，即抠像合成器1接收摄像机1发送的前景图像，图形工作站1接收编码盒1发送的摄像机1的运动参数，图形工作站1绘制与摄像机1当前的前景图像对应的背景图像，抠像合成器1合成摄像机1发送的前景图像和图形工作站1发送的背景图像；另一个图像处理通道负责合成摄像机2的前景图像和图形工作站2的背景图像。其不同之处在于：每台摄像机采集的前景图像向与其连接的所有视频切换器发送，每台摄像机的运动参数向与其连接的所有数据切换器发送。当一个图形工作站出现故障后，该系统便相当于一个一对二的结构，两台摄像机均可以正常工作，从而提高了节目制作的效率和播出的安全性。具体的工作过程如下所述。

摄像机1和摄像机2采集前景图像后，由各自对应的控制器将前景图像发送到延时器，经延时器延时后，同时送入两个抠像合成器的视频切换器进行切换输出。视频切换器1切换成摄像机1的前景图像，将该图像送入抠像合成器1；视频切换器2切换成摄像机2的前景图像，将该图像送入抠像合成器2。与此同时，两个编码盒将两台摄像机的运动参数同时送入两个数据切换器。数据切换器1将两台摄像机的运动参数打成一个包通过串口输出给图形工作站1，图形工作站1读取摄像机1的运动参数，根据摄像机1的运动参数绘制与前景图像对应的背景图像后发送给抠像合成器1，抠像合成器1对前景图像和背景图像进行合成，合成后的效果可以由监视器1进行预览，然后将其送入切换台进行切换播出或存储。数据切换器2将两台摄像机的运动参数打成一个包通过串口输出给图形工作站2，图形工作站2读取摄像机2的运动参数，根据摄像机2的运动参数绘制与前景图像对应的背景图像后发送给抠像合成器2，抠像合成器2对前景图像和背景图像进行合成，合成后的效果可以由监视器2进行预览，然后将其送入切换台进行切换播出或存储。两个监视器可以对涉及两个摄像机的前景图像的合成效果进行预览，因此避免了多对一结构中在摄像机切换时只能盲切的缺陷。

假设在某一时刻图形工作站1出现故障，无法正常工作，此时系统相当于二对一结构。如果需要摄像机1采集的前景图像，则可以将视频切换器2切换成摄像机1的前景图像，数据切换器2将两台摄像机的运动参数发送给图形工作站2，图形工作站2读取摄像机1的运动参数，绘制与摄像机1的前景图像对应的背景图像，在抠像合成器2中合成摄像机1的前景图像和背景图像，从而保证了摄像机1能够继续工作。在一对一的结构中，如果发生上述情况，那么摄像机1也就不能再继续工作了。

实施例2

图4出示了三对三结构虚拟演播室系统的一种连接方式和数据流向，其工作原理与二对二结构基本相同，仅仅是多了一台摄像机和一个图像处理通道，需要将三台摄像机采集的前景图像向三个视频切换器发送，三台摄像机的运动参数向三个数据切换器发送，其他处理过程与实施例1大致相同，此处不再赘述。

实施例3

图5出示了三对二结构虚拟演播室系统的连接方式和数据流向，三台摄像机对应二个图像处理通道。这种结构的虚拟演播室系统与三对三结构的系统相比，由于两台摄像机共用一个图像处理通道，因而节省了硬件资源。当一个图形工作站出现故障时，三个摄像机仍然可以正常工作。在共用一个图像处理通道的摄像机与独立使用一个图像处理通道的摄像机之间进行切换时可以事先预览；但在共用一个图像处理通道的两台摄像机之间进行切换时，由于只有一个监视器，所以只能盲切，从而影响了节目播出的质量，因此这种结构较适合于资金较少的电视台非直播时使用。

需要说明的是：本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，在硬件条件允许的情况下，例如数据切换器和视频切换器的接口足够多(目前数据切换器和视频切换器的接口是四个)，还可以构建四对四、五对五等结构的虚拟演播室系统，而且当图像处理通道较多时，每台摄像机也可以不与所有的图像处理通道相连通，只要连接两个或两个以上的图像处理通道即可。因此本领域技术人员根据本发明技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (4)

1.一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，其特征在于：将虚拟演播室系统中的所有摄像机分别与至少两个图像处理通道相连通，每个图像处理通道均能够获得与其相连通的所有摄像机采集的前景图像和所有摄像机的运动参数；

所述的将所有摄像机分别与至少两个图像处理通道相连通采用的具体方法是：将每台摄像机通过延时器与至少两个视频切换器相连，一个视频切换器连接一个抠像合成器；将每台摄像机通过编码盒与至少两个数据切换器相连，一个数据切换器连接一个图形工作站；

所述的每个图像处理通道均能够获得与其相连通的所有摄像机采集的前景图像的具体实现方法是：将每台摄像机采集的前景图像经过延时器延时后，同时发送给与其相连的所有视频切换器，视频切换器将被需要的摄像机的前景图像进行切换，输出至与其相连的抠像合成器；

所述的每个图像处理通道均能够获得与其相连通的所有摄像机的运动参数的具体实现方法是：将每台摄像机的运动参数通过编码盒同时发送给与其相连的所有数据切换器，数据切换器将与其相连的所有摄像机的运动参数输出至与其相连的图形工作站，图形工作站读取当前摄像机的运动参数。

2.如权利要求1所述的一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，其特征在于：所述的多对多结构为二对二结构，即包含两台摄像机和两个图像处理通道。

3.如权利要求1所述的一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，其特征在于：所述的多对多结构为三对三结构，即包含三台摄像机和三个图像处理通道。

4.如权利要求1所述的一种多对多结构虚拟演播室系统的构建方法，其特征在于：所述的多对多结构为三对二结构，即包含三台摄像机和两个图像处理通道。

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