516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Рис. 8.2. Функциональная схема виртуальной студии фирмы Radamec

задника. Все возможные преобразования задника сводятся к комбинации двух эффектов – увеличения изображения, соответствующего трансфокатору объектива, и трапецеидальных искажений изображения с перемещением камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях для создания иллюзии панорамирования и перспективы.

Видеопроцессор такой системы состоит из трех полностью независимых функциональных блоков: первый блок преобразует аналоговый сигнал телевизионной камеры в цифровой и обеспечивает его задержку на два кадра (именно столько времени требуется для преобразования задника); второй блок (собственно видеопроцессор) манипулирует изображением в соответствии с задаваемой программой; третий формирует специальные «маски» для создания правдоподобных эффектов перемещения актера среди виртуальных объектов. Важнейшая особенность рассматриваемой системы заключается в том, что на каждый канал требуется отдельный видеопроцессор со своим источником записанных изображений задника, которые должны соответствовать заранее заданному положению телевизионной камеры в пространстве. С этой целью фирма разработала собственную оригинальную технологию определения положения камеры Freе-D, в основе которой лежит комбинация принципов оптического распознавания и вычисления состояния камерной системы (трансфокации и фокусировки) на основании показаний датчиков. В виртуальной студии такого типа на

потолке укрепляются по определенному правилу круговые мишени с нанесенными на них штрих кодами (концентрические окружности, отличающиеся толщиной линий и диаметрами). Для изготовления мишеней применяется специальный отражающий материал, обеспечивающий точное распознавание штрих кода в условиях изменяющегося студийного освещения. С помощью закрепленной на штативной головке небольшой вспомогательной камеры, ориентированной на потолок студии, и специального цифрового процессора осуществляется вычисление координат положения студийной камеры. Дополнительная информация от оптической системы снимается с помощью специальных датчиков, объединяется с информацией от системы распознавания и может быть передана в любое устройство виртуальной студии.

Из перечисленных выше фирм, разрабатывающих виртуальные системы типа 3D, особого внимания заслуживает компания RT-Set. В виртуальной студии, созданной фирмой RT-Set, информация от сенсорных датчиков преобразуется в цифровую форму и передается на высокопроизводительную графическую станцию, которая в соответствии с заданными в системе установками осуществляет обсчет виртуального пространства со скоростью 50 полей в секунду. Далее замещающее изображение задника поступает на цветовой силуэт-генератор, где осуществляется соединение в одно композиционное изображение генерированной графики и снимаемого актера. Качество работы подобных виртуальных студий определяется чаще всего точностью датчиков и функциональностью программного обеспечения.

Компания Orad применяет собственную методику определения положения телевизионной камеры и виртуальных объектов, базирующуюся на технологии распознавания по специальным образом нанесенной на синем заднике сетке и информации, поступающей от инфракрасных датчиков, закрепленных на камере и актерах.

Использование подобной технологии позволяет применять стандартные телевизионные технические средства и обеспечивает необходимую свободу перемещения камеры и актера. Однако в данной системе существуют и теоретически обоснованные ограничения при работе в «экстремальных» условиях (крайние положения трансфокатора, быстрые перемещения камеры).

Наиболее известной разработкой фирмы Orad является виртуальный комплекс Orad CyberSet 0 (рис. 8.3) [62]. Данная система работает совместно с инфракрасным модулем, снабжающим весь комплекс дополнительной информацией о положении камер и актеров в пространстве. С этой целью в верхних углах студии устанавливаются две телевизионные камеры низкого разрешения с инфракрасными фильтрами, а на актерах и камерах – излучатели со своим индивидуальным кодом (допускается до 16 объектов). Для практической реализации рекомендуется трехканальная система (с тремя задниками, установленными под углом друг к другу), базирующаяся на трех компьютерах по числу используемых телевизионных камер стандартного разрешения. Это позволяет отказаться от дополнительных модулей просмотра, обеспечивающих просчет виртуального пространства в низком разрешении, и с другой стороны, позволя-

Рис. 8.3. Функциональная схема виртуальной студии фирмы Orad

ет применить спецэффекты и микшерные переходы между всеми камерами. Применение трехканальной системы позволяет расширить реальное съемочное пространство студии, обеспечивая съемки большого числа участников программы тремя камерами, ориентированными под большими углами друг к другу. Эта особенность позволяет оператору брать боковые планы, но существенно усложняет работу системы в целом.

Важнейшим преимуществом рассматриваемой виртуальной студии является эффективно работающий канал дальности, дающий возможность свободного перемещения в студии. При этом система автоматически формирует маску виртуальных объектов в зависимости от положения актера в пространстве (за объектами или перед ними). В сочетании с навигационной системой, отмечающей световым лучом положение виртуальных объектов в студии, можно создавать максимально реалистичные перемещения в трехмерном пространстве.

Еще одно достоинство системы – тщательно разработанный модуль анимации трехмерных объектов. Все можно делать очень быстро и точно, создавая в реальном времени, например, эффекты движения экранов или столбцов рейтинга. Кроме того, комплекс имеет хорошо отработанную систему ориентации, которая отображает на контрольных мониторах пограничные и запрещенные области пространства студии, где появление актера нежелательно (например, выход за пределы сетки или виртуального пространства).

Выбор той или иной виртуальной системы определяется как конкретными задачами и технической базой, так и финансовыми возможностями телерадиокомпании.

Применение дорогостоящих систем на сенсорных датчиках оправдано при съемках достаточно больших шоу, музыкальных и развлекательных программ в

студиях достаточно больших размеров, где можно разместить сложное съемочное оборудование, например, роботизированные камерные и крановые системы. При съемках информационных программ с преобладанием статичных и малодинамичных планов в небольших студиях с уже установленным студийным и камерным оборудованием целесообразно использовать виртуальные системы, базирующиеся на технологии распознавания образов.

При решении вопроса о необходимости создания виртуальной студии обязательно следует учитывать экономические факторы. Однажды потратив деньги на виртуальную студию, телерадиокомпания избавляется от регулярных затрат на производство и установку дорогостоящих декораций. Процесс выбора изобразительного решения происходит быстро и безболезненно. Исключаются серьезные финансовые потери при композиционных ошибках художниковдекораторов. Использование виртуальной студии позволяет запускать в производство новые вещательные проекты в кратчайшие сроки, гибко реагируя на требования аудитории. При этом сокращается и общее время на производство телевизионных программ.

Подготовка телевизионной студии для работы с виртуальным ком-

плексом. В большинстве случаев виртуальная студия немногим отличается от обычной телестудии с синим или зеленым фоном. Но есть несколько важных моментов, которые необходимо учесть при создании эффективной виртуальной студии.

Во-первых, – это размер студии. На размеры синего/зеленого фона практически не накладывается ограничений. Они зависят только от того, как далеко участники телепередачи будут перемещаться по виртуальному пространству. Если нужно видеть естественные тени от актеров, то пол должен быть достаточно большим и выкрашенным в синий/зеленый цвет для использования рирпроекции, иначе часть тени будет обрезана и изображение получится неправдоподобным.

Большая синяя/зеленая стена позади актеров дает больше простора для перемещения камеры. Еще один способ максимизировать виртуальное пространство – это установка боковых стен, но угол между стенами должен быть больше 90 . Это позволит избежать проблем с освещением и отражением одной стены на другую.

Лучше избегать острых углов в физических декорациях и реквизите, так как их достаточно трудно осветить должным образом.

Во-вторых, – это освещение, которое является одним из наиболее важных факторов в виртуальной студии. При обычных обстоятельствах синий или зеленый фон должен быть освещен очень равномерно. Причем в виртуальных студиях рекомендуется использовать люминесцентное освещение.

Свет должен падать под достаточно большим углом, чтобы тени ложились на пол, а не на заднюю стену. В большинстве случаев этого легко избежать, если только физическая стена не совпадает по расположению с виртуальной. Это позволяет создать иллюзию, что виртуальная студия намного масштабней, чем материальная. Тени на полу производят эффект связанности материальных объектов с виртуальным ландшафтом.

Освещение пола – тоже очень важный момент. Если нет подсветки снизу, то единственный свет на эти части объектов переднего плана – это отраженный от стен, что приводит к ухудшению качества, так как синий или зеленый цвет будет удален при рир-проекции.

Как выбрать и оценить виртуальный комплекс?

Успех применения виртуального комплекса и реалистичность созданной с его помощью виртуальной среды зависят от многих параметров.

Во-первых, – это производительность. Виртуальные сцены, формирующие облик комплекса, должны просчитываться в реальном масштабе времени, в то время как традиционная 3D-анимация этого не подразумевает. Для того чтобы виртуальная студия соответствовала движению телекамеры, требование высокой графической производительности является одним из важнейших.

Во-вторых, коэффициент заполнения пикселями. В традиционном вещании для достижения эффекта перспективы часто используется несколько слоев физических объектов. (Многослойность – это возможность накладывать несколько видеоизображений поверх друг друга, то есть создавать сложные видеоэффекты). В виртуальных комплексах также применяется этот прием. Возможное количество слоев в виртуальной сцене (и, как следствие, производительность в масштабе реального времени) напрямую зависит от коэффициента заполнения пикселями на графической рабочей станции, который показывает, сколько раз каждый пиксель отображается на экране. А это в свою очередь зависит от числа перекрывающихся слоев в виртуальной сцене. Если их много (например, имеется виртуальный стол напротив виртуальной стены, а она – напротив виртуального фона и т.п.), то коэффициент заполнения возрастает, то есть появляется настоятельная необходимость в высоком коэффициенте заполнения пикселями.

В-третьих, – это текстурная память. Размер текстурной памяти определяет количество текстур, которые могут храниться в аппаратном буфере. В приложениях реального времени, таких как виртуальная студия, все текстурные карты должны сохраняться в текстурном буфере. Чем больше его объем, тем больше текстур можно сохранить и тем интереснее и реалистичнее будет виртуальный комплекс.

В-четвертых, необходимо учитывать производительность программного обеспечения (ПО) при работе в реальном масштабе времени.

Пятым важным компонентом является архитектура. Оптимальная виртуальная студия должна быть полностью открытой для интеграции с существующим оборудованием и ПО, аппаратурой и устройствами, в том числе:

датчиками движения;

камерными кранами и тележками;

распространенными пакетами 3D-графики;

распространенными форматами изображений;

моделями передающих камер и вариообъективов;

устройствами студийного света;

системами рир-проекции;

фоновыми рекордерами, видеосерверами, CD/DVD-плеерами;

коммутаторами;

внешними источниками различной информации.

В-шестых, важен пользовательский интерфейс, который у виртуальной студии должен быть графическим, интуитивно понятным и простым в использовании. Важно также, чтобы программное обеспечение имело решения на все случаи стадии эксплуатации: подготовки, прямой трансляции и последующей обработки.

Оператор должен уметь быстро создавать и модифицировать виртуальные сцены, спецэффекты и анимацию до или во время процесса вещания.

Седьмым существенным фактором является трекинг камеры и калибровка объектива. Процесс калибровки вариообъектива должен быть простым и быстрым. Важно, чтобы камера могла перемещаться без ограничений и иметь возможность панорамирования, масштабирования и фокусировки с любой скоростью.

Ну и восьмой и последний из важнейших аспектов – это интеграция. Данный критерий имеет непосредственное отношение к теме открытости архитектуры. Дизайн системы должен не только принимать философию открытой архитектуры, но и обеспечивать возможность интеграции с существующим студийным оборудованием.

Возможности виртуальной студии. Правильно спроектированная виртуальная студия характеризуется значительным количеством возможностей, среди которых, например:

звуковые 3D-эффекты;

billboarding – возможность расположения объектов «лицом к камере» независимо от ее движения;

настройка нескольких виртуальных источников света;

воспроизведение видеоинформации с небольшой временнóй задержкой или вообще без задержки;

возможность для естественных и виртуальных объектов перекрывать/заслонять друг друга;

воспроизведение видеоклипов;

виртуальный микшер;

централизованное управление несколькими камерами;

виртуальные тени;

значительной глубиной активной зоны сцены, охватываемой совокупностью телевизионных камер;

плавный переход от виртуальной к реальной телекамере;

недорогой канал предварительного просмотра;

возможности монтажа и обработки аудио- и видеоинформации.

8.2. Основные принципы построения передвижных телевизионных станций

Одним из наиболее технически сложных комплексов телевизионного производства являются ПТС, на что есть свои основания – многофункциональность, работа в экстремальных (погодных, технологических и порой организационных) условиях и практически всегда в «прямом» эфире. Все это диктует особые требования как к составу оборудования ПТС, так и к технологическим и системным решениям, закладываемым при их проектировании.

Оптимальной технологией создания телевизионного контента является формирование программ в формате HD с последующим преобразованием в формат SD для обеспечения телевизионного вещания. При этом записанные программы стандарта HD могут использоваться для последующего монтажа и архивирования. Если же при формировании телевизионных программ предполагается их использование как источников сигналов обоих форматов (SD и HD), то необходимо организация параллельного видеотракта для производства программ в формате SD. При этом основой тракта служит переключаемый видеомикшер HD/SD.

Более 80% всех внестудийных передач составляют трансляции спортивных соревнований, на втором месте – различные концерты и шоу. Для организации трансляций спортивных мероприятий, в зависимости от их уровня и вида спорта, требуются от 8 до 20 телевизионных камер, а также от двух до шести, иногда более, источников внешних программных сигналов (видеокамеры с микроволновыми радиопередатчиками, специальные графические станции). В зависимости от количества используемых камер ПТС может монтироваться на базе микроавтобуса (как правило, не более 4…6 телекамер), шасси полноразмерного грузового автомобиля (8…16 камер) или трейлера (20 и более телекамер).

Инженерные системы ПТС включают в себя систему кондиционирования воздуха, отопления и предназначены обеспечивать комфортные условия работы персонала и оборудования.

Одним из важнейших условий работы ПТС является наличие гарантированного бесперебойного электропитания. В общем случае питание ПТС осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В. Для обеспечения гарантированного электропитания подавляющее большинство ПТС имеет два вида питающих фидеров, основной и резервный, и внутренние источники бесперебойного электропитания (UPS – Uninterrupted Power System), позволяющие продолжить работу в течение 10…15 минут в случае пропадания основного напряжения. Этого времени, как правило, хватает для переключения на резервный источник электропитания. Иногда в ПТС дополнительно устанавливается автономный однофазный электрогенератор с бензиновым двигателем в шумозащитном кожухе.

Электрическая сеть внутри ПТС разделяется на технологическую, предназначенную для питания основного оборудования, и техническую – для питания

кондиционеров, нагревателей и осветительных приборов. Устройствами бесперебойного электроснабжения резервируется только технологическая сеть.

Практически повсеместным требованием при проведении спортивных трансляций стало наличие на борту ПТС специализированных серверов видеоповторов. Для трансляции различных соревнований требуется их разное количество. Но возможность включить в видеотракт требуемое количество видеосерверов и организовать рабочие места для их операторов является необходимым условием при использовании ПТС для спортивных трансляций. Для архивных записей транслируемых спортивных соревнований и монтажа видеосюжетов и спортивных программ в целом обычно используются дополнительные видеосерверы и два-три DVD-рекордера.

Внутри ПТС разделяется на несколько рабочих зон или отсеков – отсек видеорежиссера, отсек звукорежиссера, отсек операторов видеосерверов и инже- нерно-технический отсек. Классические рабочие места отсека видеорежиссера – это рабочее место продюсера, видеорежиссера, ассистента видеорежиссера, редакторов и оператора графической станции (знакогенератора) для вывода титров, станции нелинейного монтажа. Технической основой данного отсека служит переключаемый видеомикшер HD/SD и коммутатор (матрица) видеосигналов. На консоли видеорежиссера размещаются панель управления видеомикшером, панели служебной связи, аварийная панель матричного коммутатора и выносные панели управления дополнительными выходами (AUX – Auxiliary) видеомикшера, которые иногда используются для формирования второй программы. Однако для формирования второй программы часто используется отдельный видеомикшер со своей панелью управления. Одним из важнейших элементов отсека видеорежиссера является организация мониторного стеллажа. В ПТС предыдущих поколений применялись отдельные видеомониторы для каждого из источников видеосигналов, что определяло максимальное количество используемых для формирования программ сигналов. В последнее время практически повсеместно в ПТС используются различные полиэкранные системы отображения (видеопроцессоры).

В отсеке звукорежиссера фактически предусмотрено одно основное рабочее место – для звукорежиссера, иногда – рабочее место ассистента или звукоинженера. Основным рабочим инструментом в данном отсеке является звуковой микшер. В данном отсеке располагаются также акустические системы и индикаторы уровня аудиосигналов для контроля параметров стереофонического или многоканального пространственного (стандарт 5.1) звукового сопровождения. Следует иметь в виду, что формат звука 5.1 является основным при формировании телепрограмм в стандарте ТВЧ. Поэтому отсек звукорежиссера обязательно должен быть оборудован кодерами Dolby Digital.

Трудно представить современную ПТС, как, впрочем, и любой другой телевизионный комплекс, без компьютерной системы управления всеми блоками и устройствами, входящими в ее состав.

Сигналы сформированных программ передаются в телевизионный вещательный центр по каналам радиорелейной или спутниковой связи (передающее оборудование которых, как правило, не входит в состав штатного оборудования

ПТС) или по оптоволоконному кабелю там, где это возможно. В последнем случае обеспечивается наивысшее качество передаваемых сигналов. Таким образом, ПТС может доставить видеосюжеты транслируемых программ, в том числе и новостные в аппаратно-студийный комплекс телевизионной радиовещательной компании с минимальной задержкой и даже в значительной степени уже подготовленными к выходу в эфир.

Реально качественный скачок в телепроизводстве и в процессе создания ПТС произошел с появлением интерфейса SDI (Serial Digital Interface – последовательный цифровой интерфейс), обеспечивающим транспортировку нескольких видеосигналов в цифровой форме по одному кабелю, да еще и с вложенными аудиосигналами.

Для монтажа спутниковой параболической антенны диаметром 1,5 м и блоков передающего оборудования (кодеров MPEG-2 или 4, модулятора и передатчика) на крыше автофургона устанавливается дополнительная площадка.

В рамках проекта создания телевизионного комплекса для осуществления трансляций Олимпийских и Паралимпийских игр в Сочи в 2014 году компания ЗАО «Сони Электроникс» и АНО «Спортивное вещание» разработали и создали комплекс из 12 ПТС, среди которых три 24-камерных ПТС формата Full HD (1080/50р). В качестве основных в данных ПТС используются телевизионные камеры производства Sony HDC-1500RD и HDC-3300R.

Часть III. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

9. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ОПТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

Важнейшим функциональным узлом современных систем телевидения, во многом определяющим качественные показатели отображаемых изображений, являются воспроизводящие устройства с разрешением не менее, чем 1920 1080 пикселей (более 2 000 000 пикселей в каждом кадре).

В целом воспроизводящие телевизионные устройства можно классифицировать на две основные группы. Во-первых, это устройства индивидуального назначения, предназначенные для использования одним или небольшой группой телезрителей. Ко второй группе относятся воспроизводящие устройства проекционного типа (видеопроекторы), позволяющие получать изображения высокой четкости достаточно больших размеров, площадь которых может достигать от нескольких квадратных метров до нескольких десятков.

Сегодня существуют несколько основных технологий производства воспроизводящих устройств индивидуального назначения [63]:

Для воспроизведения высококачественных цветных изображений высокой четкости используются компланарные кинескопы с цветоделительной маской (электронно-лучевые трубки, то есть ЭЛТ) с соотношением сторон экрана 16:9, в которых цветные изображения формируются из трех цветоделенных методом пространственного смешения цветов. «Кинескоп» (kinescope) – это название отображающим (приемным) катодно-лучевым трубкам в далеком 1928 году дал наш соотечественник В.К. Зворыкин, являющийся одним из основоположников электронного телевидения. До сих пор во всем мире их так и называют.

Высокое качество воспроизводимых цветных телевизионных изображений предопределило обязательное использование цветных кинескопов в профессиональных средствах отображения, применяемых в качестве видеомониторов, то есть устройств, обеспечивающих сопоставительный анализ параметров цвета изображений в режиме визуального контроля. Именно такими являются видеомониторы в режиссерских и технических аппаратных современных телецентров.

Однако в последнее время появился ряд серьезных проблем, связанных с использованием кинескопов в современных телевизионных устройствах. Например, в системах ТВЧ требуется увеличение размеров кинескопов, что влечет за собой резкое (квадратичное) возрастание их массы, объема, не говоря уже об