Vizrt虚拟在苏州台主体演播室的应用
江苏省苏州广播电视总台 殷雪梅 黄敏杰 李宁斌
摘要
本文就《对话苏州》节目采用的技术方案，介绍了Vizrt虚拟结合机器人摇臂在苏州台主体演播室——2000平演播室的应用，说明了在线包装和机器人摇臂摄像机虚拟数据的调试步骤，总结了最适合演播室、导控间和车库的现场走线方式和机位分布，为节目的制作提供良好技术支持与保障，为以后系统的搭建、调试和接线节省时间和精力。
英文摘要
In this paper, the technical solution adopted in the program “Talk to Suzhou” introduces the application of the Vizrt Virtual Combining Robotic Rocker Arm in the 2000 studio. It explains the debugging steps of online packaging and the virtual data of robotic arm , and summarizes the on-site cabling methods and distribution of cameras which is most suitable for the studio、 control rooms and garages.We provide technical support and guarantees for the production of the programs, saving time and effort for future system setup, commissioning and wiring.
关键词
AR 机器人摇臂 虚拟跟踪数据 Vizrt在线包装
一、应用背景
在《对话苏州》节目中，制作了两个虚拟场景，图1所示的绿色生活和图2的智慧城市。现场机位如图3所示共8个，标准1/2/3/4/5号机位在观众席后方及左右两侧，6号游机，7号机器人摇臂根据虚拟场景效果位于舞台左侧，8号物理摇臂位于舞台右侧。机器人摇臂来自SEEDER，采用freed虚拟协议，具有良好的机械跟踪性能，给Vizrt渲染机提供虚拟场景的前景信号[1]；虚拟系统和在线包装是Vizrt公司产品，是目前国际最先进的虚拟系统和在线包装产品之一[2]；大屏方案是带开窗信号的1K的LED屏幕，结合返看能够使现场嘉宾和观众都能看到自己置身于虚拟场景的画面。
图 1 绿色生活AR场景
图 2 智慧城市AR场景
图 3 现场机位分布图
二、系统介绍及应用
此次将虚拟摇臂机器人运用在2000平演播室中，信号传输从8讯道转播车到2000平演播室再到摇臂机器人，完成了虚拟场景的输出，并能使在场观众直观地感受到虚拟场景的效果。
视频系统框架如图4所示。转播车接口板把摇臂画面信号和开窗信号给车库接口箱，车库接口箱再给2000导控接口箱的车库6、7接口，分别通过视分出一路信号V650给演播室的左侧墙盒1，一路信号V652给左侧墙盒2，最后接给渲染机的输入XN FG和XN IN；渲染机的虚拟跟踪数据通过RS232串口线从机器人控制面板获得[3]。注意要将虚拟摇臂摄像机镜头的Zoom的control方式设置为position，这样才能被控制面板操控。
图 4 视频系统框架
现场大屏支持2K输入方案，此次使用了1K，后续可以扩展[3]。大屏融合器的开窗信号来自车上切换台切出AUX1信号，AUX1信号可以切换大屏循环底、VCR和AR信号：72*72矩阵AUX1输入源→矩阵field1输出→车库接口板1→2000导控视分1→2000演播室接口箱右侧墙盒1→大屏融合器。转播车上切换台V信号的来源：渲染机输出V信号→演播室接口箱演播厅左后1→2000导控视分8→车库接口板8→切换台EXT1输入源→切换台AUX1输出。
为了使台上主持人和嘉宾不用转过头看大屏的显示画面，台口放置了两个显示器，显示器的输入来自转播车上的field2，field2的source为切换台的PGM。
音频上如图5所示，8讯道转播车与2000演播室音频信号走光纤，传输协议是MADI协议，一根光纤上行，一根光纤下行，每根光纤支持8路AES数字音频信号。
如果是5讯道转播车，与2000演播室音频信号从摄像机机头走，每个机头支持两路模拟音频输入。5讯道转播车给2000调音台音频信号是模拟信号，通过车库接口箱给2000导控间接口箱，可以传输4路模拟音频信号。
图 5 音频系统框架
节目的VCR和虚拟场景的音乐通过转播车上的T2P1播放；节目中使用的都是无线话筒，6个手持，1个胸麦和7个头戴；观众听到的是主扩音箱和补声音箱，主持人及台上嘉宾听到的是吊挂返听和台口的流动返听；音频混合为1路声道，通过MADI线从2000平演播室的接口箱给转播车上。
无线通话有三种方式[4]：CH1-6用于转播现场的联络，点对点通话，现场可以穿透1-2个砖墙，开阔地通话大于3公里；CH7-10可以接通本台转播车的内部通话，实现转播车内通话面板可以与对讲机通话；CH11-CH15增加了中继台服务功能，可以解决两个对讲机距离较远或者中间阻隔墙多造成的通话不畅的问题。我们此次因为8讯道转播车的天线问题没有使用中继器，使用的是点对点通话方式，并把车门稍微打开些，提高信号质量。
三、设备安装及配置
1、SEEDER的安装和配置
首页如图6所示，点击1处进入设置界面；点击2处回到设置的机器人原点；3处为设置机器人摇臂运行速度，从1到10，速度增加；点击4处进入点位设置。
图 6
1.1原点设置
进入SEEDER控制面板显示界面，打开软件，调整摇杆到想设置的原点位置。点击图6右上角1处图标进入设置，点击进入后台，进入后台管理界面，再点轴位清零，可见“轴参数显示”都为0，即完成原点的设置。
图 7
图 8
注：每次关机、断电前摇臂要回归原点，若摇臂控不上需要将控制面板关机断电再重启。
1.2限位
在后台管理页面如图8所示，在2处的限位设置中设置摇臂和云台转动角度范围，操作摇杆可发现摇臂和云台的运行范围受到限制。
1.3速度
在后台管理页面如图8所示，在3处的手动速度中设置摇杆操控的速度范围；在自动速度中设置点位运行的速度最大最小值，这样可调整点位运行时间的长短。
1.4设置点位
在首页4处新建profile，命名为“苏州”，进入profile，点击图9中的场景编辑，调整摇臂到设定的点位，点击“+”存入点位，长按点位可命名。走点位时可在触控屏上点击，也可按面板上的按键，按键数字对应点位顺序。
图 9
图 10
图 11
1.5虚拟跟踪数据输出
机器人摇臂到虚拟渲染机的数据输出采用通用freed协议[5]，通过RS232串口方式从摇臂的控制面板输出到渲染机主机的串口，波特率38400bps，数据位8bit，停止位1bit，奇校验位1bit。
freed协议里包含的跟踪信息有：数据类型、摄像机的ID、摇移角度、俯仰角度、摄像机转角、X轴位置、Y轴位置、高度（Z轴位置）、推拉、聚焦、备份用户定义、校验和。在seeder机械摇臂中用到的跟踪信息有摇移角度、俯仰角度、X轴位置、Y轴位置、高度（Z轴位置）、推拉、聚焦和校验和。
2、虚拟渲染的安装和配置
2.1安装板卡驱动
KM5200显卡驱动安装，安装后需重启。
2.2选择镜头文件
l 打开GH Terminal连接本地数据库
l 打开ENGINE，点击如图所示图标，右键按住不放选择selct camera再选择camera1。
图 12
镜头文件的存放位置如下图，需要时替换即可。
图 13
2.3 Studio Setup的配置
l 在Cameras和Computers标签页中将相应的虚拟协议freed协议和识别到的虚拟主机拖到下方。
图 14
图 15
l 点击引擎修改对应的com口，对应是com1口，修改完记得要take才生效
图 16
l Genlock选择on viz
图 17
l viz_io license server一定要打开yes，否则会认不到xn的权限。
图 18
设置修改完毕后要及时save到当前的配置文件中，并且要重启viz_io才能生效。下次若是数据被改动，重新load相应studio_setup配置文件即可。相应的studio_setup配置文件的存储位置如图20所示。
图 19
图 -20
l 测量虚拟场景原点与机器人原点在X、Y、Z轴上的偏差，调整虚拟场景的原点，单位为厘米。我们选取的机器人的原点是平行舞台朝南，位于观众席和舞台的中间，与场景的原点的偏移为摄像机的高度，即Z轴的offset为摄像机的高度。
图 21
l 校镜头范围，先点击Reset Lens Limits ，调整摇臂的zoom和focus，使得到全部的范围，大概6万，再点击Save Lens Limits。seeder控制面板重启后，需要重新校正镜头范围。
图 22
l 延迟，因为虚拟信号经过渲染输出要比实际画面信号延迟，所以要设置延迟时间，使虚拟与画面同时输出。
l 点击！，查看虚拟跟踪情况，显示Tracking good即为正常接收到虚拟信号，显示Tracking bad说明渲染机或机器人同步信号有问题。
图 23
2.4 Viz Config的配置
l 设置同步，在有输入XN FG信号的情况下选择Digital Input1即采用数字同步来锁（也可以接入BB信号）。在打开Engine的状态下按快捷键Alt+V，也可以打开同步设置的窗口。
图 24
l 若要开窗输入源选择HD 1080i
图 25
四、总结
通过这次AR场景在2000平演播室的应用，确定了转播车和演播室之间上行、下行的信号方式，使传输线路尽可能短和方便，并且考虑到可加入的扩展功能，比如加入虚拟开窗信号，方便以后转播车系统快速接入。同时，虚拟点位的制作过程中摄像机初始点和场景初始点的选择，为以后类似节目的制作提供了参考。
参考文献：
[1] 黄尧禹，程晨.泰勒轨道机器人结合Vizrt虚拟的安装调试[J].现代电视技术.2018.
[2] 郭轶君.VIZRT在电视新闻类节目中的交互应用案例分析[J].中国传媒大学学报(自然科学版).2014.
[3] 蔡莉莉.大屏在线包装在直播演播室中的应用中国新闻技术工作者联合会2015年度“新闻科技论文”优秀论文集[J].2015.
[4] 沈劲松，赵庆彬.江苏卫视2017澳门跨年演唱会制作之通话保障篇[J].现代电视技术.2017.
[5] 刘丙凯.虚拟演播室中摄像机跟踪与定位系统研究[J].南京理工大学.2016.