专利名称：一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法
技术领域：
本发明涉及广电领域电视节目制播技术，具体涉及一种虚拟演播室系统中实时编辑一莫板的方法。
背景技术：
虚拟演播室系统是计算机技术与色键技术相结合的一种新的电视节目制作系统，采用了传统的色键技术，却突破了传统色键系统的限制，消除了摄像机不能与背景同步运动的致命弱点，做到了真实的演员能深入到虚拟的三维场景
中，并能与其中的虚拟对象实时交互。虚拟演播室系统主要由三个系统组成跟踪系统(也称为传感系统)、图形绘制系统、合成系统，跟踪系统主要由传感器和编码盒组成，图形绘制系统主要由图形工作站组成，合成系统主要由抠像合成器组成。工作时，首先由摄像机采集前景信号，将前景信号延时后送入抠像合成器；同时摄像机上的传感器获取摄像机的运动参数，并将其转换成电信号后输出至编码盒，再由编码盒将摄像机的运动参数实时的传递给图形工作站，然后图形工作站根据当前摄像机的位置信息实时绘制出相应的背景信号和掩膜信号，最后合成系统根据掩膜信号来合成背景和前景，实现主持人前景信号和虚拟三维背景信号的无缝合成。
目前，在虚拟演播室系统中实时编辑三维场景模板主要采用的是编播一体的方式，虚拟演播室系统由主控端和客户端(即图形工作站)两个部分组成，在编播一体的模式下，虚拟演播室系统的主控端不仅是编辑系统，需要承担三维场景冲莫板编辑的功能，同时又是虚拟演播室系统的控制端，这种方法采取编、控一体的方式，编辑系统功能比较多，但同时渲染的负重也比较大，安全系数比较低，不利于节目播出，编播一体的虚拟演播室系统工作流程如图1所示。
为解决上述问题，现在电视节目的制作越来越多的采用制播分离的模式，在制播分离模式下，三维场景模板的制作和播出在不同的环境下操作，这样更利于节目的安全性。在制播分离的模式下，由在线图文包装编辑系统(通常简称编辑系统)负责三维场景模板的制作，虚拟演播室的主控端负责读取三维场景模版、虚拟演播室的播出控制，以及三维场景模版的简单编辑功能如替换文字，替换视频开窗的图片或者视频，改变场景的空间位置，改变场景中可调物体的空间位置，播放，暂停，停止动画功能，场景中键物体是否启用，场景是
否跟踪摄像机等；客户端即图形工作站负责相应图形工作站的操作，同时读取跟踪系统的摄像机信息实时渲染三维场景用于播出，主控端与客户端通过网络进行通讯，制播分离模式的虚拟演播室系统组成如图2所示。显然制播分离，使三维场景模板的制作与播出分别在不同的环境下完成，增加了节目播出的完全性，也同时提高了栏目的制作效率，这是其优点，但是其也有不足之处，例如有时候需要根据主持人的位置实时调整动画关键帧的参数，比如一个三维物体的动画，需要实现的效果是三维物体飞入，飞入到主持人的头上然后旋转360度再飞出，这就需要对着主持人，同时根据当前演播室的摄像机实时调整关键帧的位置，而虚拟演播室系统的控制端只能对三维场景模板进行简单编辑，满足不了需要，编辑系统因是相对独立的系统又无法得到虚拟演播室中系统中的摄像机信息，所以编辑系统无法针对当前主持人的位置调整三维场景模版的参数，这样在最后输出的三维场景画面上有时会出现主持人与背景错位的情况，为了克服这种情况，用户只能根据经验手工进行盲调，但人工的操作会有很大的误差，这对节目制作带来很大的困扰，同时也会降低节目制作和播出的效率。本发明正是针对上述问题给出了解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法，通过该方法既能够保证虚拟演播室系统制播分离的安全性，又能够让虚拟演播室系统根据真实摄像机的位置信息实时编辑三维场景模板，使节目的播出安全准确。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为 一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法，包括如下步骤
(l)虚拟演播室系统开始工作时，确定图像处理通道信息，连接客户端即图形工作站，然后进行初始定位，然后生成配置信息，保存该配置信息；所述的配置信息是指机位配置，机位控制，色键配置，传感器参数，无限蓝
5箱参数，遮挡键配置等虛拟演播室系统特有信息；
(2)编辑系统读取步骤(1)中所述的配置信息，根据配置信息连接对
应的客户端即图形工作站，然后图形工作站实时发送当前演播室内摄像机的位置信息给编辑系统，编辑系统则根据收到的当前演播室内真实摄像机的位置信息渲染当前三维场景模板中的三维场景，并将渲染后的图像数据实时发
送给图形工作站，图形工作站再通过i/o卡发送给监视器进行预监，根据预
览的结果对三维场景模板中的三维场景实时进行编辑处理。
进一步，步骤(l)中所述的初始定位是将摄像机对准标志点，将传感系统初始化，然后虛拟演播室系统进行初始定位，使保证三维场景的虚拟摄像机和真实摄像机位置关系匹配一致；
进一步，步骤(l )中所述的确定图像处理通道信息是是指确定图形工作站的个数，机位个数，每个机位对应的焦距文件，每个图形工作站的计算机名称以及机位切换的延时场数等信息；
进一步，步骤(1)中将配置信息保存在一个文件中；
进一步，步骤(2)中，编辑系统与图形工作站之间通过计算机网络进行4连4妻和通ifl;
进一步，步骤(2)中，编辑系统将渲染后的图像数据实时发送给图形工作站时，采用的具体方法为
1 )在编辑系统中创建2个或2个以上的发送线程，在图形工作站中创建与编辑系统数量相同的接收线程，并将发送线程与接收线程之间建立——对应的关系，使之能够相互通信；
2)由编辑系统确定将一帧图像分割成数据块的数量，该数量与发送线程和接收线程的数量是相同的；
3 )开始实时传输图像时，首先编辑系统向图形工作站发出传输图像的请求，图形工作站收到请求后，启动接收线程，将同意发送图像的命令发回给编辑系统；编辑系统收到图形工作站的发送命令后启动发送线程，编辑系统按照步骤2)中事先确定数量，将第一帧图像分割成数据块，然后由发送线程将数据块发送给图形工作站，图形工作站通过对应的接收线程接收数据块，接收线程接收完所有的数据块后，由图形工作站将接收到的数据块重新组合
成原图像，并送I/0卡更新同步信息，并将同步信息发送给编辑系统；
4)如果图像传输完毕则处理结束，如果需要继续传输图像，则编辑系统收到来自图形工作站的同步信息后，编辑系统将第二帧图像分割成数据块，按照步骤3)所述的方法传输和接收第二帧图像，直至所有的图像传输完毕；
再进一步，步骤3)中，在图像传输的过程中，每个发送线程/接收线程保证只发送/接收一个数据块，为此采用具体的方法为在创建发送线程和接收线程时，每一个发送线程/接收线程会同时获得一个序号，序号从0开始，后续累加1，相互通信的发送线程与接收线程之间其序号是相同的；编辑系统将图像划分成数据块时，每一个数据块也会获得一个序号，序号从0开始，后续累加1;这样当编辑系统发送数据块时，特定序号的发送线程只发送和自己序号相同的数据块；同理，图形工作站的接收线程和接收到的数据块也有这种对应关系。
本发明的有益效果在于采用本发明所述的方法，在制播分离的虚拟演播室系统中，将图形工作站与编辑系统相互链接起来，让两者实现了交互，这样既能够保证虛拟演播室系统制播分离的安全性，又能够让虛拟演播室系统根据真实摄像机的位置信息实时编辑三维场景模板，使节目的播出安全准确。
图1是现有技术中编播一体的虛拟演播室系统示意图；图2是现有技术中制播分离的虛拟演播室系统示意图3是采用本发明所述方法在虛拟演播室系统中实时编辑三维场景模板的流程示意图4编辑系统与图形工站作实时交互的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
如图3所示，一种虛拟演播室系统中实时编辑模板的方法，包括如下步
骤
(1 )虚拟演播室系统开始工作时，确定图像处理通道信息即确定图形工 作站的个数，机位个数，每个机位对应的焦距文件，每个图形工作站的计算 机名称以及机位切换的延时场数等信息，连接客户端即图形工作站，然后进 行初始定位，然后生成配置信息，保存该配置信息，配置信息是现有的虚拟 演播室系统中常用的术语，它是指机位配置，机位控制，色键配置，传感器 参数，无限蓝箱参数，遮挡键配置等信息，实际操作中都会将配置信息保存 为一个配置文件，应用非常方便；所述的初始定位是指将摄像机对准标志点， 将传感系统初始化，然后虛拟演播室系统进4亍初始定位，这样可以使三维场 景的虛拟摄像机和真实摄像机的位置关系匹配一致；
(2)编辑系统读取步骤(1)中形成的配置文件，根据配置文件中保存 的相应配置参数信息连接对应的客户端即图形工作站，因为虛拟演播室系统 中主控端只链接自己预先设定好的图形工作站，没有设定的将不会连接，然 后图形工作站实时发送当前演播室内真实摄像机的位置信息给编辑系统，因 为图形工作站会实时接收来自虛拟演播室系统中跟踪系统发来的真实摄像机 的位置信息，编辑系统收到当前摄像机的位置信息后，会实时更新三维场景 虛拟摄像机的位置信息，让真实摄像机和编辑系统中三维场景的虚拟摄像机 保持一致，然后编辑系统据此渲染当前三维场景模板中的三维场景，并将渲 染后的图像数据实时发送给图形工作站，图形工作站再通过i/o卡发送给监 视器进行预监，此时就可以看到当前摄像机参数下三维场景的预览效果，根 据预览的效果，用户可以对三维场景模板中的三维场景实时进行编辑处理， 直到满意为止，编辑系统与图形工作站实时交互的示意图如图4所示。
需要说明的是，当编辑系统将渲染后的图像数据实时发送给图形工作站 时，通常图像都是实时传送的，在我国的电视领域目前多采用标清PAL制式， 图像的发送帧率为25fps, —张标清图像的大小为720*576*4 k，因此一帧图 像发送的数据量比较大，通过都大于2M，为了保证实时传输图像，本发明 采用了多线程同时传输的方法，具体如下1 )在编辑系统中创建2个或2个以上的发送线程，在图形工作站中创建 与编辑系统数量相同的接收线程，并将发送线程与接收线程之间建立——对
应的关系，使之能够相互通信；
2)由编辑系统确定将一帧图像分割成数据块的数量，该数量与发送线程 和接收线程的数量是相同的，数据块之间的数据量可以相同，也可以不同， 最好是相同；
3 )开始实时传输图像时，首先编辑系统向图形工作站发出传输图像的请 求，图形工作站收到请求后，启动接收线程，将同意发送图像的命令发回给 编辑系统；编辑系统收到图形工作站的发送命令后启动发送线程，编辑系统 按照步骤2)中事先确定数量，将第一帧图像分割成数据块，然后由发送线 程将数据块发送给图形工作站，图形工作站通过对应的接收线程接收数据块， 接收线程接收完所有的数据块后，由图形工作站将接收到的数据块重新组合 成原图像，并送I/0卡更新同步信息，并将同步信息发送给编辑系统；
4)如果图像传输完毕则处理结束，如果需要继续传输图像，则编辑系统 收到来自图形工作站的同步信息后，编辑系统将第二帧图像分割成数据块， 按照步骤3)所述的方法传输和接收第二帧图像，直至所有的图像传输完毕；
在上述图像传输的过程中，每个发送线程/接收线程保证只发送/接收一 个数据块，为此采用具体的方法为在创建发送线程和接收线程时，每一个 发送线程/接收线程会同时获得一个序号，序号从0开始，后续累加l,相互 通信的发送线程与接收线程之间其序号是相同的；编辑系统将图像划分成数 据块时，每一个数据块也会获得一个序号，序号从0开始，后续累加l;这 样当编辑系统发送数据块时，特定序号的发送线程只发送和自己序号相同的 数据块；同理，图形工作站的接收线程和接收到的数据块也有这种对应关系， 例如，将一帧图像分割成4个数据量相同的数据块，每一个数据块同时会获 得一个序号，序号从Q开始，后续累加l，即得到数据块O,数据块l，数据 块2和数据块3共计4个数据块；然后由4个发送线程将该4个数据块发送 给图形工作站，在发送数据块时，特定序号的发送线程只发送和自己序号相 同的数据块，如发送线程1只发送与自己序号相同的数据块1,同理，图形 工作站的接收线程和接收到的数据块也有这种对应关系，这样可以保证每个发送线程只发送一个数据块。图形工作站通过对应的4个接收线程接收4个 数据块，由于事先发送线程与接收线程之间已经建立了——对应的关系，因
此很容易实现数据块的接收，即接收线程Q接收来自发送线程Q的数据块0，
接收线程1接收来自发送线程1的数据块l，接收线程2接收来自发送线程2
的数据块2，接收线程3接收来自发送线程3的数据块，接收线程接收完所
有的数据块后，由图形工作站将接收到的4个数据块重新组合成原图像，并
根据1/0卡更新同步信息，确保图像的传输帧率为25fps，并将同步信息发送 给编辑系统；
另外，为了使每帧图像及其处理后的数据块按照25fps帧率同步发送， 在图像传输中采用了多锁及互斥对象技术，假设一帧图像被分成了四个数据 块，那么该技术的工作过程如下
在编辑系统中，当一帧图像数据发送完毕后，会进入一个多锁等待。该 多锁由一个全局退出自动触发事件和一个是否更新图像数据的手动触发事件 组成。后者在四个发送线程均收到接收端回传信号后被手动触发。具体流程 是在各发送线程里，先要执行数据块的发送，之后等待回传信号，当收到 回传信号后，在互斥对象的保护下共享计数器加1。此后该线程进入一个多 锁等待，该多锁由一个自动触发的全局退出事件和一个手动触发发送事件组 成。当某个线程发现共享计数器为4时，手动触发更新图像数据事件，同时 共享计数器清零。图像数据更新完毕后，会手动触发各个线程的发送事件， 使其进入新一轮的数据块发送。
在图形工作站中，创建完四个接收线程后，进入一个多锁等待。该多锁由 一个全局退出自动触发事件和一个图像数据重组手动触发事件组成。后者在四 个接收线程均收完各自数据块后被手动触发。具体流程是在各接收线程里， 先要执行数据块的接收，接收完毕后在互斥对象的保护下共享计数器加1,并向 发送端发送回传信号。此后进入一个多锁等待，该多锁由一个自动触发的全局 退出事件和一个手动触发的接收数据事件组成。当某个线程发现共享计数器为4
时，手动触发重组图像数据事件，并更新同步信息，触发各个线程的发送事件。员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
权利要求
1.一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法，包括如下步骤(1)虚拟演播室系统开始工作时，确定图像处理通道信息，连接客户端，然后进行初始定位，然后生成配置信息，保存该配置信息；(2)编辑系统读取步骤(1)中所述的配置信息，根据配置信息连接对应的客户端即图形工作站，然后图形工作站实时发送当前演播室内摄像机的位置信息给编辑系统，编辑系统则根据收到的当前摄像机的位置信息渲染当前三维场景模板中的三维场景，并将渲染后的图像数据实时发送给图形工作站，图形工作站再通过I/O卡发送给监视器进行预监，根据预览的结果对三维场景模板中的三维场景实时进行编辑处理。
2. 如权利要求1所述的一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法，其特征在于步骤(l)中所述的初始定位是将摄像机对准标志点，将传感系统初始化，然后虚拟演播室系统进行初始定位，保证三维场景的虚拟摄〗象机和真实才聂像才几位置关系匹配一致。
3. 如权利要求1或2所述的一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法，其特征在于步骤(l)中所述的确定图像处理通道信息是指确定图形工作站的个数，机位个数，每个机位对应的焦距文件，每个图形工作站的计算才几名称以及机位切换的延时场数等信息。
4. 如权利要求1所述的一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法，其特征在于步骤(l)中将配置信息保存在一个文件中。
5. 如权利要求1所述的一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法，其特征在于步骤(2)中，编辑系统与图形工作站之间通过计算机网络进行链接和通讯。
6. 如权利要求1所述的一种虚拟演^"室系统中实时编辑;漢板的方法，其特征在于步骤(2)中，编辑系统将渲染后的图像数据实时发送给图形工作站时，采用的具体方法为1)在编辑系统中创建2个或2个以上的发送线程，在图形工作站中创建与编辑系统数量相同的接收线程，并将发送线程与接收线程之间建立——对应的关系，使之能够相互通信；2) 由编辑系统确定将一帧图像分割成数据块的数量，该数量与发送线程和接收线程的数量是相同的；3) 开始实时传输图像时，首先编辑系统向图形工作站发出传输图像的请求，图形工作站收到请求后，启动接收线程，将同意发送图像的命令发回给编辑系统；编辑系统收到图形工作站的发送命令后启动发送线程，编辑系统按照步骤2)中事先确定数量，将第一帧图像分割成数据块，然后由发送线程将数据块发送给图形工作站，图形工作站通过对应的接收线程接收数据块，接收线程接收完所有的数据块后，由图形工作站将接收到的数据块重新组合成原图像，并送1/0卡更新同步信息，并将同步信息发送给编辑系统；4) 如果图像传输完毕则处理结束，如果需要继续传输图像，则编辑系统收到来自图形工作站的同步信息后，编辑系统将第二帧图像分割成数据块，按照步骤3)所述的方法传输和接收第二帧图像，直至所有的图像传输完毕。
7.如权利要求6所述的一种虛拟演播室系统中实时编辑;t莫板的方法，其特征在于步骤3)中，在图像传输的过程中，每个发送线程/接收线程保证只发送/接收一个数据块，为此采用具体的方法为在创建发送线程和接收线程时，每一个发送线程/接收线程会同时获得一个序号，序号从0开始，后续累加1，相互通信的发送线程与接收线程之间其序号是相同的；编辑系统将图像划分成数据块时，每一个数据块也会获得一个序号，序号从0开始，后续累加1;这样当编辑系统发送数据块时，特定序号的发送线程只发送和自己序号相同的数据块；同理，图形工作站的接收线程和接收到的数据块也有这种对应关系。
全文摘要
本发明涉及广电领域电视节目制播技术，具体涉及一种虚拟演播室系统中实时编辑模板的方法。本发明所述的方法将制播分离下虚拟演播室系统中原本无联系的编辑系统与图形工作站相互链接起来，使编辑系统与图形工作站能够相互实时交互，从而使编辑系统能够根据演播室内真实摄像机的位置信息实时编辑三维场景模板。采用本发明所述的方法，在制播分离的虚拟演播室系统中，既能够保证虚拟演播室系统制播分离的安全性，又能够让虚拟演播室系统根据真实摄像机的位置信息实时编辑三维场景模板，使节目的播出安全准确。
文档编号G06T15/00GK101674419SQ20081022213
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者涛 李, 马菲莹 申请人:新奥特(北京)视频技术有限公司