3D演播室视频系统设计.doc
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1、3D演播室视频系统设计【Abstract】This study is based on the video system design of the sole 3D television studio in the new headquarters of China Central Television, the Studio E16. This article introduces the fundamentals of 3D TV imaging system and presents the basic approach to 3D filming. It provides a thor
2、ough explanation of the design theories for a 3D studio video system and the detailed implementation plans. 【Key Words】binocular stereopsis; Side by Side; Dual-link; 3D RIG; 3D QC checking 电影阿凡达上映后,这部只有透过3D眼镜才能感受得到蓝色风情的影片点燃了全球3D影视的激情。直至今日要想取得好的票房,无论是大制作还是小成本电影都争相出版3D版。与3D视频技术在电影中的普遍应用不同,3D视频技术只在近年才在
3、电视领域有了长足的发展。作为新技术应用的排头兵,中央电视台在新址49层E16演播室开辟了全台唯一的3D演播室。 1 3D电视关键技术 1.1 3D立体视觉 人类的立体视觉分为单眼和双眼两种。双眼立体视觉的第一个描述参数是会聚角,当观看近距离物体时双眼视线向内侧会聚,大脑通过左右眼视线会聚角度得到空间深度信息,如图1所示。 双眼立体视觉的第二个描述参数是视差。由于人的两眼之间存在距离,左右眼看到的图像是不同的,正是通过这种差异人脑才能获得空间深度信息,从而产生立体视觉。 1.2 摄像机垂直排列 在演播室进行3D影像拍摄时,两台摄像机的排列方式选择垂直式排列。 要实现两台摄像机之间的垂直式分布,需
4、依靠垂直型3D支架。两台摄像机以90的垂直夹角方式安装在3D支架上,通过一片特殊玻璃的折射,将进入的光线分离,一路透射给水平放置的摄像机,而另一路垂直折射给垂直放置的摄像机。采用3D支架可以实现两台摄像机在机身不接触的情况下,任意调整双机的间距大小。当两台摄像机在同一条垂直轴线上,即零点位置,即可实现双机影像重合。离开零点位置,就可以形成不同的轴间距,从而在拍摄时双镜头摄取到带有视差的影像,获得3D效果。 2 E16演播室视频系统综述 2.1 视频系统架构 3D演播室的视频系统设计是在普通2D演播室设计的基础上加入了3D层的系统设计,与2D层并行组成完整的视频系统,如图2所示。由于篇幅所限笔者
5、只对3D层进行阐述。 2.2 信号传输链路 E16演播室视频系统内所有信号均为 Dual-Link(双链路)的左右眼信号,系统外的输入输出信号均为1.5 G Side by Side(并发拼合方式)高清信号。主控送来的1.5 G Side by Side高清信号通过演播室内的解码器,解码为Dual-Link信号后进入切换台、矩阵、画面分割器、视分、监视器等设备,在演播室视频系统内经过处理后输出Dual-Link信号给末端编码器,编码成1.5 G Side by Side高清信号送往台内总控机房。 E16演播室的PGM信号经过音频加嵌处理之后编码成1.5 G的Side by Side信号以光缆传
6、输方式经台内总控系统送往播出系统,Side by Side信号为左右拼接的1 9201 080 50i信号,幅型比为16:9。在播出系统内采用H.264中的HP L4信源压缩编码方式将视频信号进行压缩,压缩后通过卫星传送至全国各地的有线网,用户在家中通过数字高清机顶盒接收Side by Side信号,再通过具有3D功能的电视机配合3D眼镜来收看3D电视节目。传输链路如图3所示。 3 3D层系统设计方案 3D层的设计是3D演播室不同于传统演播室设计的重要部分。根据各部分功能的不同,3D演播室视频系统的3D层的系统主要包括3D信号采集、3D信号调整、3D切换处理和3D QC检测四个部分,3D层的系
7、统结构如图4所示。 3.1 3D信号采集 3D信号采集主要是指视频系统内的3D摄像机对演播室景物和人物的拍摄。 根据前期对台内不同类型3D节目录制需求的调研,结合E16演播室演播区面积只有150 m2的实际情况,确定了为E16演播室配置3信道的摄像机。 由于E16演播室是中央电视台新址第一个也是唯一一个3D演播室,在摄像机方案的设计上更多地偏重于实验目的,即通过E16演播室摄像机的试用来对比各种3D摄像机方案的优缺点,同时考虑到减少设备费用的因素,最终在3信道摄像机的选择上采用了两种方式:其中两信采用SONY TD-300 一体式3D便携摄像机,每台TD-300作为一个完整独立的3D信道来使用
8、;另一个信道采用了2台2D摄像机安装在一个3D RIG(3D拍摄支架)上,既可以实现水平排列也可实现垂直排列的方案。 3.1.1 一体式3D摄像机 一体式3D摄像机将两个镜头、两个摄像单元以水平并列的方式安装在一个机身内,镜头间距不可调,但它具备视差调整等功能,其外观、重量、体积和操作方式与普通2D摄像机相似,实际上它是一款3D ENG(Electronic News Gathering,电子新闻采集)设备,通常用于室外移动拍摄。 之所以把一体式3D便携摄像机作为演播室备选摄像机方案的一种,主要是因为它与3D支架摄像机相比有自身的特点。由于3D支架的体积较大,设备成本较高,且移动性相对较差,而
9、3D演播室内相当一部分节目都有移动机位的需求,单纯靠3D支架式摄像机无法满足需求,而一体式3D便携摄像机就能很好地解决这个问题。而且它在前期基本不需要太多调整和误差矫正,可以提升制作效率。如果配备电池和存储介质,它还可在演播室和外拍之间灵活使用。 3.1.2 支架式3D摄像机 对3D节目的制作而言,如果节目对机位的移动性要求较低而对画面质量要求较高,双机位支架式3D摄像机就是最佳的选择方案。双机位支架式3D摄像机方案就是2台独立的2D摄像机以水平或垂直的方式安装在3D立体支架上进行拍摄。这种方式可以通过3D立体支架对摄像机位置的精密调整来控制拍摄间距和会聚角。它可以选择小体积、高质量的广播级摄
10、像机,而且可以根据节目需要更换镜头,成像质量很高,通过支架还可以精确调整摄像机夹角,让3D拍摄立体效果更加真实。但它的安装调试时间比较长,操作起来比较复杂。 3.2 3D信号调整 在3D信号的制作过程中,3D信号调整和3D QC(Quality Control,质量控制)检测是两个必不可少而又相辅相成的环节。3D信号调整简单地说,是将两个2D摄像机组成的3D摄像机信道拍摄出来的信号进行各种3D参数调整,以获得良好的3D效果。这和传统虚拟演播室的虚拟设备对摄像机信号进行再处理的过程类似。 3D信号调整主要包括3D支架调整和安装在MPE-200多画面处理器上的软件调整两部分。 3.2.1 3D支架
11、调整 E16演播室的节目制作中有很大一部分都是直播。为了适应电视直播工作快速便捷的需求,要求整个3D支架系统安装快捷而简便。因此在E16演播室3D支架选型时选用了KRONOMOV的 IN3D RIG调整系统。 在3D支架安装结束后,首先必须通过调整来达到双眼影像的一致性。 以垂直支架为例,当2台摄像机安装完成后,从镜箱正面观察玻璃上反射出的两支镜头的投影,如果两支镜头的投影上下左右前后完全重合,则不需对3D支架做调整;如果不重合则需采用物理手段,调整2台摄像机的前后位置和俯仰、高低位置,获得基本重合效果,此时3D支架的基本调试完成。 3.2.2 3D软件调整 当3D支架基本调试完成后,需要使用
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