668_Mamchev_G.V._Tekhnicheskie_sredstva_TV_vehhanija_

необходимо, чтобы время реверберации самой универсальной телевизионной студии было невелико (0,7…0,8 с). Высокая степень заглушения телевизионных студий желательна еще и с точки зрения увеличения соотношения сигнал/шум. Дело в том, что в целях исключения попадания в кадр микрофонов их устанавливают сравнительно далеко от источника звука (1,5…4 м), что приводит к уменьшению уровня полезного сигнала на выходе микрофонов. Уровень шума, связанный с нахождением в телевизионной студии технического персонала, с передвижением передающих камер, осветительных приборов напольного типа, работой мощной системы вентиляции (кондиционирования) и др., достаточно велик. Заглушение студии ведет к существенному снижению уровня шума, что улучшает соотношение сигнал/шум. По этой причине к звукоизоляции телевизионных студий предъявляются очень высокие требования.

Для акустической обработки внутренних поверхностей телевизионных студий приходится применять поглощающие материалы (абсорбенты) с большим коэффициентом поглощения в широком диапазоне частот. Если учесть, что значительная часть (до 30…40%) внутренней поверхности телевизионной студии занята электротехническим, осветительным и вентиляционным оборудованием и не может быть обработана, то получить указанное выше время реверберации довольно трудно. Поэтому для телевизионных студий часто ограничиваются практически достижимым минимальным временем реверберации равным 0,8…1,0 с. При этом учитывается поглощение, которое вносят декорации.

Принимая во внимание, что драматические постановки имеют музыкальное сопровождение, следует стремиться к частотной независимости времени реверберации [62].

Таким образом, для создания хороших акустических условий в универсальной телевизионной студии необходимо добиваться выполнения следующих требований.

1.Время реверберации должно быть малым и вне зависимости от объема студии не превышающим 0,8…1,0 с.

2.Заглушение помещений должно осуществляться с помощью эффективных звукопоглощающих материалов со средним коэффициентом поглощения 0,7…0,8 при возможно полном использовании стен и потолка. Для того, чтобы звуковое поле в студии было однородным (диффузным), абсорбенты располагаются равномерно по ограждениям, с чередованием материалов с различными звукопоглощающими свойствами. В музыкальных и камерных студиях широко применяется рельефные архитектурные элементы (пилястры, полицилиндры). Кроме того, поглощающие материалы располагаются так, чтобы на противоположных стенах не были нанесены друг напротив друга абсорбенты с одинаковыми коэффициентами звукопоглощения.

3.Частотная характеристика времени реверберации должна быть близка к линейной.

4.Звукоизоляция этих помещений должна быть достаточно высокой.

5. Если по характеру телевизионной передачи необходимо большое время реверберации, этого следует добиваться электроакустическими устройствами, позволяющими обеспечить искусственную реверберацию.

10.2.5. Обоснование конструкции телевизионных студий

Телевизионные студии должны быть защищены как от внешних шумов, источники которых находятся вне здания телерадиокомплекса, так и от внутренних шумов, проникающих из смежных помещений. Шумы классифицируются в зависимости от их источников, а также от путей проникновения их в студию.

1.Ударные шумы. Это шумы, проникающие в телевизионную студию через стены, либо через потолочные перекрытия из примыкающих к студии помещений (шаги, удары и т.п.).

Мерой борьбы с ударными шумами является устранение жестких связей между «шумящим» помещением и телевизионной студией.

2.Вибрационные шумы. Под вибрационными понимают шумы, создаваемые вентиляторами, электродвигателями и т.п., то есть оборудованием, имеющим жесткие конструктивные связи с потолочным перекрытием или стенами, окружающими студию, а также с воздуховодом, по которому циркулирует воздух. Для защиты от вибраций вибрирующее оборудование устанавливается на специальные основания, под которыми располагаются виброизоляционные прокладки. Для защиты от вибраций, передаваемых по воздуховодам, в последних вставляются мягкие вставки с большим декрементом затухания.

3.Воздушные шумы. Воздушные шумы могут проникать в телевизионные студии тремя путями:

за счет преломления падающих на ограждения телевизионной студии звуковых волн;

за счет вынужденных колебаний ограждений под действием падающих звуковых волн;

за счет проникновения шумов вентиляционных агрегатов через воздуховоды.

Мерами борьбы с воздушными шумами являются: увеличение собственной звукоизоляции студийного ограждения, увеличение звукопоглощения в изолируемом помещении телевизионной студии и поглощение шумов вентиляционных агрегатов в специальных глушителях.

Максимально допустимые для телевизионных студий уровни проникающего извне шума в диапазоне звуковых частот 50…10 000 Гц в восьмиоктавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, установленные эмпирически, приведены в табл. 10.2 [59].

Т а б л и ц а 10.2

Максимально допустимые уровни шума, проникающего снаружи в телевизионную студию

Уровень шума для отдельных частотных диапазонов, дБ

(Уровень шума, проникающего в телевизионную студию, оценивается в дБ относительно звукового давления 2 10–5 Па).

Для уменьшения уровня внешних шумов при планировке помещений ап- паратно-студийной системы телерадиокомплекса придерживаются следующих принципов [61, 63].

Втом случае, когда телевизионные студии располагаются на уровне земли

инад ними нет каких-либо шумных помещений, целесообразно применить конструкцию, получившую название «коробка в коробке». Студия имеет свои стены, пол и потолочные перекрытия, помещенные внутри коробки другого внешнего здания, стены которого отделены от стен телевизионной студии по крайней мере коридором. Причем каждая из двойных стен должна упираться на самостоятельный фундамент, так как необходимо устранение жесткой связи между ними.

Впринципе полезно окружать телевизионные студии вспомогательными помещениями, используемыми для административных целей, в качестве гримерных артистов, для хранения декораций. Причем данные вспомогательные помещения не должны быть смежными с телевизионными студиями или с техническими аппаратными. Необходимо их отделение с помощью коридоров. Технические аппаратные, непосредственно примыкающие к телевизионным студиям, должны иметь отдельные от студий входы.

Втом случае, когда телевизионные студии приходится размещать в многоэтажном здании, применяется так называемая «плавающая подвеска» стен, потолков, полов. В этом случае стены, потолок и пол телевизионной студии подвешиваются на специальных стальных пружинах (рессорах), прикрепленных к несущей конструкции основной железобетонной коробки здания. Упругость и число этих пружин подбираются так, чтобы резонансная частота системы пру- жина–масса стены (или пола, потолка) была возможно ниже (обычно 5…10 Гц).

Для повышения звукоизоляции телевизионные студии строятся без окон в наружных стенах. Поэтому в них применяется только искусственное освещение.

Для обеспечения высокой звукоизоляции телевизионных студий применяются специальные конструкции основных элементов студийного помещения: стен, потолочных перекрытий, полов, дверей, смотровых окон, студийных ворот.

Стены и потолки телевизионных студий покрываются плоскими звукопоглощающими панелями и материалами, параметры которых выбираются на ос-

новании инженерных расчетов, обеспечивающих оптимальную реверберацию и достаточную звукоизоляцию.

Полы. В телевизионных студиях предъявляются повышенные требования к полам, так как по ним передвигаются передающие камеры. Пол в студии должен соответствовать следующим требованиям:

абсолютно ровным, с тем, чтобы передающая камера при перемещении не испытывала вертикальных смещений, создающих колебания телевизионного изображения. Допускаемая неравномерность полового покрытия составляет 2

ммна каждые 3 м длины;

жестким во избежание деформаций при перемещении по нему тяжелых штативов и операторских тележек с передающими телевизионными камерами, а в особых случаях тяжелых элементов используемых декораций. Пол телевизи-

онной студии должен допускать равномерную распределенную нагрузку до 6 кН/м2;

быть эластичным, например, иметь условное изменение при растяжке не менее 30%, а остаточную деформацию не более 2%;

«малошумящим» – при хождении по нему людей и перемещении пред-

метов;

иметь антистатическое покрытие с возможностью мытья теплой водой;

обладать температурной устойчивостью – не менее +120 С;

во избежание передачи вибраций основание пола должно быть отделено от каркаса самой студии.

В типовых проектах телевизионных центров предусматривается устройство пола в студиях либо из двойного дощатого настила, либо из досок, поставленных на ребро, и в обоих случаях покрытого линолеумом или резиной, обладающей определенной упругостью. Однако даже при таком устройстве полов не обеспечиваются все эксплуатационные требования, предъявляемые к телевизионным студиям. На практике линолеум быстро изнашивается, а деревянная основа вырабатывается. Хорошими эксплуатационными качествами обладают полы, сделанные из пластмассы на основе синтетических смол, которая укладывается на бетонную или деревянную основу холодным способом (в жидком состоянии). Составы, приготовленные на основе поливинилацетатных эмульсий, дают покрытия, обладающие высокой прочностью, износоустойчивостью, эластичностью и термостойкостью. Такие полы прочно соединяются с основанием, они гигиеничны, удобны в эксплуатации и не требуют больших затрат на их устройство и ремонт. Пол такой конструкции имеет хороший внешний вид и его можно сделать любого цвета и тона. Возможная конструкция эластичного пластмассового пола телевизионной студии представлена на рис. 10.7 [64].

4

Рис. 10.7. Схема расположения отдельных слоев эластичного пола телевизионной студии:

1 – основное эластичное покрытие, имеющее двух или трехкомпонентный состав; 2 – слой антистатика (металлизированная лента или сетка, имеющая физическую токопроводную связь с заземлением здания телерадиокомплекса); 3 – грунтовочный слой, состоящий из трех субслоев; 4 – подложка, т.е. цементная стяжка, состоящая из нескольких субслоев для придания дополнительной жесткости и несущей способности, а также для последующего качественного нанесения грунтовочного слоя

10.3. Технические особенности виртуальной телевизионной студии

Концепция функционирования виртуальной студии. Понятие вирту-

альной реальности прочно вошло в жизнь современного человека. В профессиональной среде виртуальная реальность – это мощный инструмент, позволяющий создавать телевизионные программы, оказывающие более глубокое эмоциональное воздействие на аудиторию. Поэтому в структуре аппаратностудийной системы современного телерадиокомплекса должна быть предусмотрена виртуальная студия.

Виртуальная студия – это телевизионная студия без декораций. Развитие компьютерной и цифровой техники, совершенствование программных и аппаратных средств компьютерной графики привело к возникновению нового направления – телевизионных технологий виртуальной реальности. В этом случае вместо громоздких декораций в съемочном павильоне достаточно иметь задник синего или зеленого цвета, а также комплект виртуальной студии. Это позволяет создавать любые декорации. Более того, можно динамично менять их при необходимости прямо во время трансляции. Подготовка телевизионных программ в виртуальной студии является разновидностью хорошо известного

метода комбинированной съемки, когда телеведущий или группа артистов совмещаются с искусственной декорацией.

Очевидно, что в основе любой виртуальной студии лежит технология рирпроекции, то есть замены области изображения, имеющей определенный цвет (синий или зеленый) другим изображением. Поэтому большое значение имеет равномерность освещения фона, то есть отсутствие градаций, которые могут быть восприняты системой как другой цвет.

Однако простое замещение фона изображением – это еще не все. Конечно, такой вариант дает возможность избавиться от декораций, но не позволяет перемещать камеру или переключаться с одной камеры на другую. Причина очевидна – при смене плана или ракурса должно соответственно меняться и изображение фона. Простая рирпроекция такой возможности не обеспечивает.

Поэтому требуется создание так называемых виртуальных камер, обладающих теми же характеристиками, что и реальные, установленные в студии. Эти виртуальные камеры «располагаются» в тех же пространственных координатах, что и реальные камеры, и в точности повторяют все их перемещения, изменения фокусных расстояний объективов и т.д. Благодаря этому «снимаемые» виртуальными камерами «планы» органично и точно вписываются в общее изображение не только в статическом, но и в динамическом режиме.

На самом деле никакой виртуальной съемки не происходит. Просто при визуализации виртуальных объектов выполняется их привязка к системе координат съемочного павильона. Для этой цели служат датчики и кодеры движения. Первые крепятся на штативах, пьедесталах или других приспособлениях для установки камер, а вторые – в студиях. В результате выполняются постоянное считывание координат камеры, вычисление их пространственного положения и передача полученных данных в систему моделирования и визуализации виртуальных объектов. В соответствии с вводимыми данными параметры виртуальных камер обновляются в режиме реального времени, в результате чего вполне определенным образом корректируются и характеристики виртуальных объектов – их положение относительно виртуальных камер, освещенность, отбрасываемые тени и т.д. Все это позволяет создать полностью реалистичную картину на телевизионном экране, в которой зачастую единственным реальным объектом является диктор, ведущий телепередачи, или другой живой персонаж.

Реализация рассмотренного метода осуществляется на базе современных компьютерных технологий трехмерной графики [65]. Виртуальные студии, помимо расширения творческих возможностей, позволяют исключить изготовление и монтаж декораций, переоборудование съемочных павильонов и позволяют создавать в небольших студиях сложные по оформлению телевизионные программы за счет привнесения в изображения новых элементов. Технологии трехмерного моделирования дают возможность генерировать самые фантастические виртуальные декорации, расширить пространство реальной студии за счет увеличения «до неправдоподобия» ее видимого объема по сравнению с реальным, повышать динамику подачи видеоматериала за счет разнообразной анимации в кадре (выдвигающиеся экраны, столбцы рейтинга,

графики, диаграммы). Особого внимания заслуживает возможность привлечения в телевизионные программы эффекта интерактивности (посредством автоматизации процессов сбора и визуализации информации, полученной от зрительской аудитории).

Виртуальная студия – это больше, чем рирпроекция фона и одна или две камеры. Это настоящий трехмерный мир, в котором актер и камеры свободно перемещаются, создавая эффект «реальности» происходящего. Взаимодействие между актером и декорацией – вот основное различие между истинной виртуальной студией и другими системами с рирпроекцией.

Ввиртуальных студиях используется цветовая рирпроекция (Chroma Keying), при которой задник (стены и пол студии) замещается трехмерной компьютерной декорацией. Причем для создания иллюзии трехмерного пространства недостаточно просто заменить голубой или зеленый задник статической картинкой. Изображение, подчиняясь законам перспективы, также должно синхронно преобразовываться при перемещениях камеры. Необходимо учитывать

иизменяющиеся установки объектива телевизионной камеры (трансфокацию и фокусировку).

Варианты построения виртуальных студий. По способу формирования изображения задника виртуальные студии подразделяются на две группы.

В2D-системах предварительно созданное и записанное изображение задника реализуется специализированным процессором или компьютером. При относительно невысокой цене и кажущейся простоте решения данные устройства фактически не находят реального применения, что обусловлено их эксплуатационными недостатками. В основном, это ограничения при трансфокации и изменениях панорамы, отсутствие возможности перемещения телевизионной камеры в виртуальной студии.

Вболее сложных 3D-комплексах виртуальные объекты задника создаются в специализированных программах трехмерного моделирования и просчитываются в режиме реального времени с частотой 50 полей в секунду высокопроизводительными графическими компьютерами. Для просчета сложных объектов приходится вводить компрессию цифровых потоков с целью снижения необходимого объема вычислений. Данные комплексы не имеют ограничений, присущих 2D-системам. Благодаря возможностям создания более реалистичных изображений в соответствии с законами пространственной перспективы 3Dкомплексы к настоящему времени получили наибольшее распространение.

Виртуальные студии также различаются механизмами получения и обработки информации о текущем состоянии камерной системы во время формирования (съемки) телевизионной передачи. Данные о состоянии камеры (пространственные координаты x, y, z, поворот и наклон камерной головки, фокусировка, положение трасфокатора) должны обрабатываться в цифровом процессоре или графической станции для преобразования или просчета замещающего голубой задник изображения. На практике используется один из двух различных способов получения информации о положении камерной системы:

непосредственно из снимаемого ею видеоизображения (так называемые системы оптического распознавания);

от закрепленных на телевизионной камере датчиков.

Впервом случае положение телевизионной камеры в пространстве и информация о состоянии ее оптической системы вычисляются специальным процессором (модулем) по изменяющемуся во время съемки изображению сетки (или иного геометрического рисунка), которая специальным образом наносится на голубой задник в студии (рис. 10.8). Сетка наносится голубым оттенком (отличным от цвета задника), обеспечивающим, с одной стороны, ее четкое распознавание, а с другой – надежную, без сбоев работу генератора рирпроекции [66].

Во втором случае информация, снимаемая непосредственно с закрепленных на телевизионных камерах датчиков (механических, оптических, лазерных и др.), преобразуется в цифровую форму и по последовательному порту передается на специальную рабочую станцию, осуществляющую преобразование виртуального пространства.

Обе технологии имеют свои достоинства и недостатки. При оптическом распознавании не требуется проведения трудоемкого процесса калибровки датчиков объективов, можно использовать уже установленные стандартные камерные системы. При этом телевизионные камеры можно свободно перемещать по студии, но с одним строгим ограничением: в снимаемых ими планах должен присутствовать хотя бы один элемент сетки.

Системы с датчиками положения телевизионной камеры отличаются большей стабильностью работы в режимах, критических для систем распознавания. Но для их установки необходима замена ранее установленного камерного оборудования (адаптация существующих пьедесталов, штативных головок и объективов практически невозможна). Кроме того, существуют технологические ограничения свободного перемещения камер. Фактически камерные си-

Рис. 10.8. Функциональная схема виртуальной студии, использующей принцип оптического распознавания формируемых изображений

стемы должны быть снабжены точнейшими датчиками перемещения. Однако обеспечить необходимую точность определения координат положения камеры при перемещениях в студийном пространстве без сложных рельсовых и роботизированных крановых систем пока не удается. Причем системы с датчиками перемещения требуют достаточно трудоемкой и тонкой процедуры калибровки. В виртуальных студиях с применением сложных крановых и рельсовых конструкций предпочтительней использовать системы с датчиками положения камеры. Предварительно запрограммированные траектории движения крановой системы позволяют получать очень выразительные планы.

В настоящее время виртуальные студии разрабатываются ограниченным кругом компаний: Accom, Discreet Logic, Brain Storm, RT-Set, Radamec, Orad,

которые представляют вполне законченные решения. Для примера рассмотрим три наиболее оригинальных решения построения виртуальных студий.

Virtual Scenario – виртуальная студия компании Radamec (рис. 10.9) [66]. В

данной системе информация от датчиков по последовательному порту поступает на рабочую станцию (представляет собой высокопроизводительный компьютер, оборудованный пакетом программ, управляющих виртуальной студией), которая в соответствии с перемещениями камерной головки и объектива осуществляет по определенной программе управление специализированным цифровым процессором, преобразующим изображение предварительно созданного задника. Все возможные преобразования задника сводятся к комбинации двух

Рис. 10.9. Функциональная схема виртуальной студии фирмы Radamec

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