668_Mamchev_G.V._Tekhnicheskie_sredstva_TV_vehhanija_

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 транфокатора, быстрые перемещения камеры).

Наиболее известной разработкой фирмы Orad является виртуальный комплекс Orad CyberSet 0 (рис. 10.10) [66]. 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, позволяет 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.

Рис. 10.10. Функциональная схема виртуальной студии фирмы Orad

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 рир-

проекции, 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 рирпроекции.

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 рирпроекции;

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.

10.4. 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.

Врамках 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.

Всвязи с упрощением наземных терминалов спутниковой связи, обусловленным использованием ИСЗ на геостационарной орбите, ими стали оснащаться даже малые мобильные репортерские и новостные группы (автомобиль типа «джип» или «седан», 1…2 камеры, 2…3 человека), работающие, например, в горячих точках планеты.

10.5. Конструктивные особенности медиаархивов современных телецентров

Функционирование практически любой телекомпании требует решения задачи эффективного управления массивами информационных материалов, включающими аудио-видеоданные, метаданные и служебную информацию, оперативного поиска требуемых видеофрагментов, а при необходимости сравнительно быстрого просмотра всего созданного контента. Следовательно, переход телерадиовещания на цифровые технологии, необходимость создания вещательных мультикомплексов практически возможны только при условии хранения полностью оцифрованного контента в цифровых архивах. Кроме того, в архивах должны храниться легко доступные для профессионального использования proxy-копии основных видеоматериалов, которые создаются на телецентрах автоматически и могут использоваться для срочного восстановления потерянной информации.

На российских телекомпаниях основная часть информационных ресурсов хранится на жестких дисках или массивах RAID, обеспечивающих оперативный доступ, то есть немедленное предоставление необходимых данных большому количеству пользователей корпоративной сети. Основные требования к подобным системам – непрерывность доступа и высокая скорость работы.

Общая идея RAID (Redundant Array of Independent Disks) – объединение нескольких независимых 2,5ʺ жестких магнитных дисков в одно логическое устройство с целью повышения эффективной емкости, быстродействия и надежности. Конструктивно такие устройства представляют собой самостоятельные системы на 4…48 дисков в отдельном корпусе со своим процессором и оперативной памятью, надежным (избыточным) питанием и охлаждением, встроенной интеллектуальной системой управления и самодиагностики.

Конфигурации RAID-систем разделяются по семи уровням (RAID-0...

RAID-6) для выполнения различных задач и значительного повышения надежности, характеризующейся десятками тысяч часов безотказной работы, и помехозащищенности самих устройств видеозаписи.

Наиболее совершенная конструкция RAID-систем соответствует седьмому уровню их конфигурации (RAID-6).

Система RAID-6 работает с большими блоками данных и производит раздельную запись на каждом дисководе, что допускает многократную выборку информации при воспроизведении (рис. 10.11). Как проверочные данные, так и обрабатываемая информация распределяются по всем дискам. Дисковод для записи только проверочных данных отсутствует. Дисковая система по своим возможностям в отношении записи и воспроизведении симметрична и хорошо приспособлена для многоканальной работы. Седьмая конфигурация RAIDсистем характеризуется наиболее высокой помехозащищенностью за счет дополнительной записи двух пакетов проверочных данных (пакеты типа Р и Q). Пакет Р формируется с помощью устройств XOR логики (обозначение логической операции «исключающее ИЛИ») и содержит информацию об ошибках.

Рис. 10.11. Функциональная схема дисковой системы видеозаписи RAID-6

Второй пакет проверочных данных Q вырабатывается корректором ошибок, использующим код Рида-Соломона. Кроме того, имеется дополнительная возможность защиты от ошибок, заложенная в работе контроллера.

На практике чаще всего используется прямое подключение RAID-массива к рабочему компьютеру по одному из стандартных компьютерных интерфейсов, такая схема называется DAS (Direct Attached Storage – непосредственно подключенное хранилище). В более сложном варианте, например, при работе над общим видеоматериалом в рамках рабочей группы, из одного или нескольких устройств хранения создается единая высокоскоростная система хранения данных с организацией и разделением (контролем одновременного совместного доступа к данным между многими пользователями), тогда это уже будет SAW (Storage Area Network – сеть хранения данных).

Вкачестве интерфейса, позволяющего удалить систему хранения данных на значительное расстояние от рабочих мест, чаще всего используется Fibre Channel (FC), что в переводе означает волоконный канал. Типичная схема SANсети приведена на рис. 10.12.

Взаключение немного о доступных объемах хранения данных, находящихся в оперативном доступе. Здесь все просто – для стандартного 24дискового RAID-массива эффективный объем хранимой информации равен суммарной емкости 22 дисков. Если выбрать диски емкостью 3 ТБ, то доступно

Рис. 10.12. Структурная схема SAN-сети, использующей в качестве интерфейса FC

будет 66 ТБ. SAN-сеть допускает подключение по FC-интерфейсу нескольких RAID-массивов, например пяти. Тогда результирующая емкость сети возрастет до 330 ТБ. Если этого не хватает, тогда следует объединить информационные ресурсы нескольких SAN-сетей с практически неограниченной емкостью. При этом скорость записи/стирания данных, то есть быстродействие дисковой системы достигает нескольких Гбит/с.

В дополнение к сетевым RAID-массивам на телецентрах имеются системы долговременного хранения больших объемов данных на базе роботизированных библиотек (Jukebox) оптических дисков DVD и кассет (картриджей) с магнитной лентой, имеющих специальный механизм для снятия картриджей с полки хранения, загрузки их в привод для считывания требуемой информации, а также выполнения обработанной операции установки в хранилище. Максимальный объем хранимый системой DVD Jukebox информации зависит от емкости используемых оптических дисков и их количества.

Для долговременного архивного хранения данных в настоящее время широко используются устройства с магнитной лентой, представляющие собой ленточный привод Ultrium, разработанный фирмой IBM на основе применения технологии LTO (Linear Tape-Open – «ленточный-открытый»). При этом обеспечиваются большая емкость хранимой информации, высокая надежность при долговременном хранении данных, «открытость», предполагающая взаимозаменяемость в устройствах записи и воспроизведения информации, простота эксплуатации при скорости передачи (обмена) данных до 1,44 Гбит/с [67].

Носителем информации в ленточном приводе Ultrium служит однокатушечная кассета («картридж») размером 105х102х21 мм, вмещающая 600м ленты. Емкость одного картриджа за несколько лет эволюционировала со 100 ГБ (поколение ленточного носителя LTO-1) до 1,5 ТБ некомпрессированных данных. Например, картридж стандарта LTO-8 имеет емкость до 12,8 ТБ сжатых данных.

По ширине магнитной ленты данные записываются на 384 дорожки в виде четырех полос по 96 дорожек в каждой. Сверху и снизу каждой полосы записываются управляющие данные, обеспечивающие надежное и точное позиционирование ленты по отношению к считывающим головкам. Запись групп данных на ленту производится последовательно. Благодаря применению передовой технологии изготовления металлопорошковой магнитной ленты (типа МР++) обеспечивается длительная сохранность записанной информации.

Внутри картриджа имеется бесконтактное энергозависимое радиочастотное запоминающее устройство LTO-CM, позволяющее на расстоянии считывать данные из встроенной долговременной памяти объемом 4 кбайта. В долговременную память вносятся калибровочные данные, информация об изготовителе, а также код инициализации режимов записи-считывания.

При намотке в кассету на ленту предварительно записываются дублирующие служебные данные Dedicated Dual Servo. При потере одного служебного элемента или утрате части служебного кода головка продолжает считывать с помощью второй, «запасной» служебной системы.