“虚实结合”图文演播系统的设计与实现

论文摘要

图文字幕与图形技术在广播电视行业的技术发展中占有重要的地位,应用覆盖了电视节目的方方面面,包括新闻直播、演播室访谈、综艺晚会目、财经资讯、气象地理以及电影电视剧的制作与播出,应用的场合既有直播也有后期制作,应用的岗位包括编辑域、演播室和播出线,为丰富电视节目的制作效果发挥了巨大的作用。目前,国内外广电行业使用的电视图文设备从功能应用上主要可以分为图形字幕系统和虚拟演播室系统,这是两种不同的应用模式,图形字幕系统一般是出现在电视屏幕的最前端,起到增加信息量的作用,而虚拟演播室系统是通过专业的图形图像处理技术,通过对摄像机运动参数的精确传感,使真实电视演播空间与虚拟场景空间在透视关系上完全一致。主持人在一个蓝色空间内进行表演,采用色键合成器进行”抠像”处理,将主持人与虚拟场景或者三维图文合成在一起中,实现电视节目的拍摄制作。这两种产品都有着各自的特点与优势,但是同时也有着自身的局限。图文字幕系统由于其只能出现在电视屏幕的最前端,无法便显出三维的纵深感,也无法跟节目主持人有效互动,更不能跟随摄像机“推、拉、摇、移”的变化而实时变化,所以其表现形式有些单一。而虚拟演播室系统必须在一个蓝色的环境中才能完成节目制作,不能在实景中使用,更不能在室外大型活动现场使用,这也极大的限制了它的使用范围和节目应用形态。近年来,随着计算机图形、图像、视频技术的不断发展,同时随着国内电视机构更加注重电视节目的包装效果,电视制播单位对电视图文提出了更高、更新的要求。主要体现在：要求极大地增强、丰富真正三维图文的播出效果；要求针对专业化的节目需求提供专业图文包装产品；要求三维图文能够在真实环境中,与摄像机跟踪联动；本文通过对现有业务应用特点的分析,提出了“虚拟图文包装”的节目制作方式,把原有的传统图文技术和虚拟演播技术相结合,解决在实景拍摄中,在演播室、体育场、公共活动场电视节目制作时,尤其在一些大型体育赛事的直播和转播中,使用受控于摄像镜头位移的计算机三维图形技术产生“虚实结合”三维图文演播系统,将计算机动态生成的图文信息按照空间位置合成到场景视频画面中去,在实景的拍摄中植入虚拟三维物体和三维图文字幕,提供“虚”“实”结合的节目制作手段,为电视节目增加绚烂、直观、动态变化的图文效果。系统产品不仅能够实现高质量的三维图文包装功能,并且这些三维图文还具备跟踪效果,能跟随摄像机“推、拉、摇、移”的变化而实时变化,能够非常有效的增加节目的视觉效果。。同时,本文重点对“虚实结合”图文演播系统提出了整体规划、分析和设计,制定系统总体技术架构方案,并根据实际的应用需求定义了各核心功能子系统的组成及相互间数据交互的机制及流程,尤其是“虚实结合”图文演播系统最核心的两大组成部分：摄像机传感跟踪系统和三维图形图像渲染处理系统,进行了全新的规划设计,采用成熟先进的传感跟踪技术、数据库处理技术、三维图形渲染技术,在保证稳定可靠的基础上最大限度的使系统具有技术先进性、高可用性和灵活的扩展性,行成适应市场需求的完善的系统产品并推向市场,取得一定的社会效益和经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究任务
• 1.3 论文结构
• 第二章 "虚实结合"图文演播系统需求分析
• 2.1 传统图文产品的技术分析和局限
• 2.2 系统需求分析和要求
• 2.3 本章小结
• 第三章 "虚实结合"图文演播系统总体技术方案
• 3.1 指导思想
• 3.2 设计原则
• 3.3 总体技术方案
• 3.3.1 系统架构
• 3.3.2 系统设计约束
• 3.3.3 关键技术、算法与数据结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 "虚实结合"图文演播系统核心功能详细设计
• 4.1 功能概述
• 4.2 系统组成及数据流
• 4.3 核心子系统——摄像机传感跟踪系统设计实现
• 4.3.1 摄像机定标概述
• 4.3.2 摄像机定标中的参数聚焦补偿算法实现
• 4.3.3 摄像机跟踪算法设计实现
• 4.4 核心子系统——三维渲染引擎图形处理系统设计实现
• 4.4.1 工作流程规划
• 4.4.2 三维渲染引擎图形处理子系统构建
• 4.4.3 三维渲染引擎系统内存管理
• 4.4.4 事件动作的叠加规则
• 4.4.5 复杂的场景动态变化逻辑
• 4.4.6 关键帧的曲线编辑模式
• 4.4.7 三维图文渲染的规则和编辑
• 4.4.8 渲染性能监控器
• 4.5 本章小结
• 第五章 "虚实结合"图文演播系统应用效果
• 5.1 应用项目介绍
• 5.2 中央电视台"2011年春节联欢晚会"直播
• 5.3 第11届全国运动会节目直播
• 5.4 本章小结
• 第六章 下一步的目标与展望
• 6.1 下一步的目标
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢