中央电视台体育频道演播室是首个在央视新址启用的演播室组，承担体育频道、赛事高清频道、风云足球频道节目的录制直播任务。本文对新址体育频道演播室图文包装系统作了简要概述。演播室组 在线包装 虚拟 图形渲染 点评交互中央电视台CCTV-5体育频道于2012年7月3日完成新址首播，是最早进驻央视新址的频道之一。综合制作区体育频道演播室，包括E14演播室组（E14、E15、E17演播室）、空中演播室E16和前场E18、E19演播室。其中，
E14演播室组是首个在央视新址应用的演播室组，承担
CCTV5体育频道、CCTV5+赛事高清频道日常体育赛事转播、体育专题录制和体育新闻直播的主要任务。一 演播室概况介绍演播室建设之初，对六个演播室的定位分别是：E14承担CCTV5体育频道赛事转播与体育专题等大部分主要节目的制作，E15负责CCTV5+赛事频道的转播和录制，E16负责风云足球频道节目的录制播出，E17负责每天5档的体育新闻直播。因此在配置上，E14演播室配备了最为全面的图文包装系统，包括3套OAG 在线包装、1套Powerwall-4K 大屏包装系统、2套高清三维虚拟系统（包含1台采用
云顿250E 传感器的固定机位、1个采用日本昭特公司TK-53VR II 传感器系统的摇臂机位）和1套电子沙盘系统；E15配备3套OAG 在线包装和1套棋赛点评系统；E16配备2套OAG 在线包装系统；E17配备3套OAG 在线包装和1套读报点评系统；E18、E19演播室根据节目部门对前场转播系统需求灵活配备图文包装系统规模。目前，E14演播室录制的节目有《天下足球》《足球之夜》
《篮球公园》以及奥运会、世界杯等大型赛事的专题节目；
播出的节目；E17演播室每天直播5档体育新闻：《体育晨报》
《体坛快讯》《体育新闻》《体育世界》和《体育咖吧》，每
日直播总时长达4小时。参与制作的大型赛事专题节目包括2012年的伦敦奥运会、2014年的巴西世界杯、2016年的巴西奥运会和法国欧洲杯以及其他重要大型赛事。二 图文包装系统关键技术应用及效果体育节目图文包装通常可划分为两类：常规比赛包装
和大型赛事图文包装。常规节目主要应用在线包装和大屏
包装，配合部分虚拟植入效果。而赛事节目则大为不同，
比如奥运会、世界杯、欧洲杯等大型赛事由于本身具有极
高关注度，转播过程中会在特别策划的专题节目里面加入大量的图文包装效果，力求实现效果和技术的双重创新，大大提升节目可看性。
新址体育频道演播室共总配备了2套虚拟植入、1套4K 大屏包装、3套交互点评和11套在线包装系统。以下分别介绍每种系统的节目效果及其实现原理。网络打印机无法连接
1. 高清三维虚拟系统
E14演播室布置的高清三维虚拟系统由两个独立通道组成，1个负责固定机位的拍摄，1个配合摄像机摇臂进行移
三维虚拟图形和摄像机画面进行渲染合成输出至切换台。（1）虚拟系统核心技术
高清三维虚拟系统的本质是计算机图形处理技术，通过对跟踪数据和虚实画面的综合处理，最终生成虚实结合的逼真画面。因此，虚拟跟踪技术和图形渲染技术是虚拟植入系统的核心技术。以下，我们将分别阐述。
a. 虚拟跟踪技术
主流虚拟跟踪技术主要有三类：网格、传感器、红外。其中，传感器跟踪应用得最为广泛。E14演播室的两个虚拟机位均采用传感器技术，1个为云台传感（固定机位），1个为移动传感（摇臂机位）。
传感器跟踪技术是通过在摄像机镜头和云台上安装齿轮及编解码设备，通过机械方式将镜头及云台的运动转换为数据参数，提供给渲染单元。因此，传感器跟踪方式不受任何外界灯光环境及拍摄角度的限制，定位之后，可以进行特殊角度或360度及局部大特写拍摄。
考虑到固定机位的云台只能获得摄像机及云台P、T、Z、F四个参数信息，无法获得位置参数X、Y、Z以及R参数。因此摄像机移动后必须重新进行手动定位。为了弥补该缺陷可以使用移动云台或摇臂传感器，带数据输出的可移动云台可以输出摄像机8个参数，这种系统的好处是系统调试配合完好的情况下，使用方便。移动机位传感器将摄像机的8个参数通过转用数据线传送给HDVG，HDVG中安装了跟踪软件，可立刻根据跟踪数据计算出虚拟图形的变化。
b. 图形渲染技术
虚拟演播室的背景要求是根据摄像机的运动实时渲染对应的虚拟场景，也就是摄像机每做一个运动，图形工作站会根据摄像机的运动，实时渲染相对用的三维背景，每秒钟实时渲染25帧画面，如果图形工作站的渲染能力达不到要求，就无法制作精美的虚拟背景，通常会出现太大了，跑不动了，不实时了（一秒钟不能够实时渲染25帧画面，背景出现动画的感觉），这种情况下，只能缩减虚拟场景的模
型数，光效，贴图的材质，甚至动画等等，因此虚拟演播室的图形工作站是虚拟演播室技术的核心。
综合考虑以上情况，E14演播室的高清三维虚拟系统最终采用Avid|Orad公司研发的HDVG图形工作站。从视频处理性能角度，HDVG的视频卡画面输出质量高，场景通透感好，彩材质效果真实，能够很好地还原场景设计过滤器，例如高质量的图像-视频滤波器支持全屏抗闪烁、全屏抗锯齿（4-16采样）、抗抖动。
从图像处理角度，高清三维虚拟系统可以处理多种高级功能，如虚焦功能，虚拟摄像机，定义键遮挡，像素级灯光，多路视频开窗，三维DVE效果，外部数据库连接，半透材质，材质动画（如：透明动画0~100%），多层透明效果，可控制的特殊阴影处理，实现倒影功能等。整个场景及虚拟物体可以任意平移，变形，缩放，旋转。而且内置线性键和键，对于一些简单的抠像场景，可不需外部键器直接处理。
从兼容性角度考虑，HDVG支持多种视频文件格式，如A VI、Quick Time、DV、DVC25、MPEG，且支持嵌入音频，省去视音频同步器，减少可能的故障节点。
（2）虚拟系统应用效果
总体归类，虚拟植入系统大致可实现以下五种效果：
z虚拟物体与主持人的互动；
z虚拟人物演播室展现；
z虚拟大型视频墙；
z虚拟广告植入；
z虚拟外景植入。
下文将分别以过往案例说明上述五种虚拟效果。
a. 实现虚拟物体与主持人的互动
通过高清三维虚拟系统可以在直播中添加预先制作好的虚拟物体，比如体育场馆、建筑模型、球员出场阵容等。摇臂的移动拍摄更可以增加虚拟元素的特写镜头，并跟踪虚拟元素的运动轨迹，比如2012年伦敦奥运会节目中的应用，虚拟场馆与主持人的解说配合，摇臂机位的移动拍摄产生俯瞰球场的视觉效果（如图1所示）。
高清三维虚拟系统产生的三维图形物体在演播室中精确定位后，无论摄像机如何运动，看上去它都是
实景中的完美组成部分。与屏幕上的传统图形（字幕）所不同的是，高清三维虚拟系统实现了主持人与三维模型的互动，在演播室中实时模拟现场情景，产生让人震撼的效果。
再比如2014年巴西世界杯《我爱世界杯》专题节目，在摇臂机位的高精度跟踪的配合下，实景演播室植入并显示了三维球员、比分信息、赛况、赛事预告等虚拟元素，辅助主持人解说，实现了完美的虚实结合效果，丰富了节目表现形式，播出效果如图2所示。
115Advanced Television
Engineering
b. 虚拟人物现身演播室2016年法国欧洲杯《豪门盛宴》专题节目，通过虚拟
植入呈现了一次真实人物从演播室大屏幕走入演播室现场的精彩效果。实现方法为，提前为4名主播
拍摄一段alpha 通道视频，将该视频转为序列，然后在HDVG 渲染播出，直播前结合实景调整该视频序列的大小与位置，叠加于摄像机实景信号之上，因此直播时该段视频内的4名主播看起来仿佛身处演播室（如图3）。c. 虚拟大型视频墙除了将三维模型植入到实景演播室以外，高清三维虚拟系统还可在画面中插入多路外来视频和视频片段。利用视频幕，虚拟大屏可以在演播室
地板或放置在演播室的任何
地方。
d. 虚拟广告植入
高清三维虚拟系统可以
将商业广告植入节目中，这
种功能在很大程度上增强了
节目的视觉效果。
e. 外景制作
基于精确的摄像机定位、
跟踪技术，和独有的GPS 环
境贴图技术，高清三维虚拟系统可以将3D 模型和视频放置于外景中拍摄的视频上。
2. 8K 大屏包装
E14演播室配备了三组大屏幕：第一组位于坐播区，作为演播室主背景，采用P4的LED 拼接屏幕；第二组位于坐播区主播台的前侧，作为辅助背景，采用103寸等离子大屏幕；第三组位于站播区，是1台65寸触摸屏（如图4）。HDVG4的画布功能可以将大幅需要渲染的画面“分割”，并指示渲染引擎渲染一块任意分辨率的区域；渲染
之后，HDVG4可以提供多组输出至多组视频墙，而且每路输出视频支持不同宽高比。基于该原理，E14演播室8K
大屏包装可以实现由1台
HDVG4同时控制三组屏幕
的内容渲染及播出。另外
HDVG4能够提供高达8路
外来HD-SDI 视频信号插
入的能力， 8路外来HD-
冬天里的秘密歌词SDI 信号分辨率可支持1080i
16K/1080p （3G ） 8K ，保证
超高清晰度画面的实现。
3. 点评交互系统
（1）电子沙盘系统
我们在2014年欧洲杯
的直播期间，体育频道图文
包装系统首次在国内采用了
专业足球点评分析技术，俗
117Advanced Television
Engineering
电子沙盘系统能够完全模拟还原足球场及两支比赛球队的11名队员，便于主持人直观点评。以2016年法国欧洲杯直播为例，主持人可以通过触摸屏控制虚拟球员入场、排阵，拖动虚拟球员跑动，高亮某个球员，画出重点区域等一系列操作，从而实现对足球比赛的分析点评。电子沙盘系统由1台60寸触摸屏，1台控制PC 、2台HDVG 渲染设备和1套电子沙盘控制软件组成。触摸屏显示足球场及运动员姓名图标，并提供交互控制按键，由1台HDVG 渲染实现；22名虚拟球员及球场周边虚拟广告的跟踪定位及呈现则由另1台HDVG 渲染实现。通过E14演播室的摇臂机位，可以俯瞰拍摄主持人点评的全过程。控制电脑内置球员数据库，使用前能够根据不同对战球员更换队服、运动员姓名等信息；虚拟球场及虚拟球员的素材可存储于控制电脑本地磁盘或外部存储系统。的渲染设备会将虚拟运动员模型与摄像机拍摄画面渲染合
成后输出给切换台，其中虚拟运动员能够根据沙盘上图标
的拖拽轨迹跟踪运动。主持人在触摸屏拖拽运动员时，配备
跟踪设备的摇臂机位在拍摄电视画面的同时，能够捕捉主
持人的手的运动轨迹，并以此作为虚拟运动员的运动轨迹。
（2）棋赛点评系统
中国象棋是我们国家的传统竞技项目，也是体育频道
一直以来转播的竞技项目。2013年，体育频道图文包装
系统引入了一套中国象棋点评系统。这套系统的核心技术
为交互点评技术和三维图形实时渲染技术，渲染平台采用
A VID|ORAD 公司的HDVG 渲染引擎。
以往棋类节目都采用磁性棋盘，主持人在讲解棋局之前需要按照棋局将真实的棋子逐个摆放在磁性棋盘上，无形中耽误不少时间。而引入棋赛点评系统后，主持人在点评前只需在虚拟棋盘上按照棋局或棋谱在相应位置一一点击触碰
即可，当讲解另一盘棋局时，主持人只需点击“清屏”按键，即可进入下一场棋局的讲解。不过我们通常的做法是提前在系统中预存棋谱，这样主持人在讲解时便可一键调用棋谱，不用一一摆棋了。由于操作简单方便，而且节目播出后反响不错，我们相继又引入了围棋和国际象棋的点评版本。无论围棋、中国象棋还是国际象棋，我们引入的三套棋赛点评系统软件均采用同一套渲染硬件。整套棋赛点评系统由1台HDVG 三维实时渲染引擎、1台控制PC 和1台触摸屏组成。系统流程架构如图6所示。
棋局、分析棋谱。虚实结合棋盘主要用在棋类比赛点评中，
选手比赛的真实棋盘信号将接入演播室用于点评的触摸
屏，主持人和嘉宾可以在真实摄像机信号上进行讲解，讲
解所产生的虚拟信号将直接叠加在真实摄像信号之上。
（3）读报点评系统
E17演播室图文包装配备了1套读报点评系统，曾应
情人节告白用在早间体育新闻的《晨言往事》。该套读报点评系统配备
了1块103寸的触摸屏和1台平板电脑，因此触摸方式有
两种，第一种为主持人直接触控触摸屏，第二种为主持人
通过手持平板电脑，间接控制触摸屏中的内容。
4. 在线包装系统
E14演播室组三个演播室各自配备的3套在线包装系
统承担了体育频道所有节目的在线包装效果，包括每日直
播的5档体育新闻及所有专题或非专题节目，此外还包括奥
运会、世界杯等重大赛事期间的特别版在线包装效果。在
线包装的应用效果主要包括动画角标、新闻标题、人名提示、
底部Ticker等字幕信息、全屏图文信息以及多视窗连线。
z动画角标：角标一般呈现节目标题、二维码、当前
z新闻标题；
z Ticker + 新闻标题：Ticker即为画面底部的滚动字幕
条，主要用来进行节目预告、一句话新闻。Ticker的头部位
置还可以用来广告植入；
z全屏图文信息；
沙溢的电视剧z三维多视窗视频连线。
三图文包装系统工作流程
实际工作中设计团队在包装制作岛完成制作及编单
后，将场景模板打包上传至节目生产管理系统；系统审批
通过后，设计团队在演播室导控室下载相应场景模板，与
一二三四五线城市名单节目组确认修改意见，并将修改后的场景文件再次上传至
节目生产管理系统；设计团队在导控室下载最终确认好的
场景文件后，与演播室技术团队进行技术测试，确保设备
技术层面的安全播出；节目录制前，播出团队到位导控室，
准备播出。图9所示为我们具体的工作流程。
1. 场景与模板的制作及编单
包装制作岛设计团队使用AVID|ORAD公司的
3Designer三维图形设计软件，根据节目要求，制作不同的
三维场景。完成制作和模板编辑后，根据节目组提供的节
目安排编制播出单，并将制作完成的场景模板及播出单上
台风洛克传到节目生产管理系统。
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