市級氣象高清數字虛擬演播室建設研究

石 濤，張 麗，馬 菊

(安徽省蕪湖市氣象局，安徽 蕪湖 241000)

市級氣象高清數字虛擬演播室建設研究

石 濤，張 麗，馬 菊

(安徽省蕪湖市氣象局，安徽 蕪湖 241000)

針對目前地市氣象影視節目收視率普遍較低、節目質量無法滿足人們觀賞要求的情況，設計了蕪湖市氣象高清數字虛擬演播室建設方案。重點論述了演播室藍箱、聲學系統、燈光系統、視音頻系統、虛擬演播系統及非編系統建設中需要重點解決的幾個問題和難點，保證了蕪湖市氣象高清數字虛擬演播室技術定位準確、業務銜接順暢、欄目質量提高明顯。蕪湖市高清數字虛擬演播室的建成及投入業務使用，開創了在安徽地市級氣象影視部門應用的先河，為在地市級氣象影視部門中的搭建和運行積累了豐富的經驗。

市級;氣象;影視;高清數字虛擬;演播室

隨著全球氣候變暖以及城鎮化、工業化的不斷推進，極端的天氣和氣候事件不斷增加，自然災害造成的損失呈明顯上升趨勢，而其中70%以上都與氣象因子相關[1-2]；另一方面，隨著社會經濟的發展和生活水平的提高，人們對與生產生活高度相關的氣象服務也提出了較高的要求。而氣象影視服務相對于其他服務方式來說具有突出的豐富性、快捷性和廣泛性，因而在公共氣象服務中占有主導地位[3-5]。氣象影視服務可以將氣象災害發生的機制、原因以及可能造成的后果和預防措施傳播給受眾，還可以根據人們不同的需求制作出內容豐富的氣象預報產品。由此可見，氣象影視服務在防災減災、普及氣象知識、豐富氣象預報產品等方面有著不可替代的優勢。

目前，市級氣象影視制作中心在各省市的公共氣象服務部門中已成為氣象影視節目制作的重要力量。2014年蕪湖市氣象局建成了高清數字虛擬演播室，總使用面積113 m2，共兩部分，演播室75 m2，播控室38 m2，目前是安徽省地市級氣象影視部門中唯一的高清數字化虛擬演播室。

1 氣象高清演播室的方案設計

隨著氣象節目制作技術的發展[6-10]，為了更好地完成市級氣象演播室的工作任務，充分利用音視頻技術和信息技術，發揮現代氣象防災減災功能，促進氣象事業發展，提高氣象節目質量，本局需要建立一個包含演播室、播控室、虛擬演播等功能為一體的高清數字虛擬演播室(見圖1)，在設計演播室方案時需要遵循下列原則：

1)安全穩定。演播室的設計方案應該以安全穩定為首要原則，由于演播室屬于單位大樓的重點消防區域，因此它對于安全的要求非常嚴格，總體要求采用氣體消防方式，氣瓶可以安裝在移動小推車上。同時，演播室對于影視設備運行的可靠性和穩定性要求很高，當出現故障時，能夠迅速判斷故障發生位置以及時采取應急措施。

2)先進合理。演播室在投入業務運行后，在布局和流程上不宜進行較大的改動，因此演播室的搭建和運行必須要有足夠的“超前意識”，跟隨氣象影視行業的發展趨勢并結合業務單位的具體需求來設計方案。

3)擴展性。影視設備技術發展速度很快，因此演播室建設方案在設計時必須統籌規劃，需要存在一定的發展空間，為日后演播室的技術設備更新打下基礎。

4)經濟適用。演播室的建設方案要在經濟和功能之間達到平衡，具有較高的性價比。

圖1 蕪湖市氣象高清數字虛擬演播室平面圖

2 氣象高清演播室的建設

2.1 演播室藍箱

藍箱的制作是保證虛擬演播室錄制質量的關鍵之一，如果藍箱不滿足高清虛擬演播室系統的工藝要求，就會產生主持人出鏡的跟蹤路徑不準確的狀況[6]。

根據設計方案，演播室藍箱的設計尺寸為3.5 m×2.8 m×4.5 m(長寬高)，這里選擇使用性價比較高的木料和阻燃漆來搭建演播室藍箱。由于藍箱是搭建在演播室這樣相對密閉的環境中，并且選用的木料為易燃物，所以在施工前一定要對木料進行預處理，從而保證演播室的消防安全。需要注意的是，在進行藍箱施工時，為了達到最佳的摳像效果，所有背面墻與底面交界處均為圓弧。

2.2 演播室聲學系統

2.2.1 演播室吸聲措施

通常將聲源停止輻射后降至60 dB所需要的時間定義為混響時間。混響時間的長短一般是由房間的容積以及地板、墻壁、頂棚等界面的吸聲系數決定的。演播室的混響時間在0.6 s左右[7]，為了縮短混響時間，需要加強演播室的吸聲措施，具體做法是：演播室的墻壁和頂棚全部采用吸音效果好的材料，在125～400 Hz噪聲范圍內使得演播室的最高吸音系數能達到0.9以上。

2.2.2 演播室隔聲措施

建筑之間的隔聲包括兩種：空氣聲和撞擊聲。空氣聲是指經過空氣傳播的噪聲，如透過門縫、穿線孔和通風管道的聲音，撞擊聲是指固體之間碰撞而引起的噪聲。由于氣象演播室處于相對單一的辦公環境，樓板噪聲較低，主要在隔絕空氣聲方面采取了一系列措施：

1)原外窗為沿街的外立面，在不允許改變外立面的情況下，在底基層制作雙面石膏玻璃棉夾芯的隔聲體，安裝在原窗側墻面，再用聲學密封膠封堵勾縫，以物理手段隔絕或減弱聲波的傳入。同時為了保證大樓外立面的美觀，在雙層石膏板靠玻璃側采用和大樓玻璃顏色相近的防火涂料噴涂。

2)隔聲門是進入演播室的大門，外面是經隔聲墻分隔的播控室。根據演播室的設計方案，隔聲門和門套均采用鋼制結構的鋼架，門扇采用冷軋鋼材料制成，面層為薄鋼板，并用多孔吸聲材料作為填充物，這樣可以達到聲偶合較小、阻尼較高的特性。門樘和門欄也使用型材鋼來制造，以保證足夠的強度和剛度；門框的內部需要填充防火隔聲材料，外面包裹鋼板，門框止口處的密封槽內裝有橡膠條。

3)控制室和演播室之間，主播人員和制播人員之間在節目制作時的聯系除了音視頻設備就是通過觀察窗來傳遞信號，采用二層玻璃，注意夾層空間不能造成兩玻璃平行的腔體，嚴格控制密封處理。

2.3 演播室燈光系統

按照國家及相關行業的標準和規范，同時根據根據演播室的節目制作流程和技術需要，在專業燈光配置方面應該達到以下指標要求：

1) 景區1.5 m高度的垂直照度應該達到1 500 lx。

2)景區內的色溫達到(3 050±150)K。

3)景區內的顯色指數Ra≥85。

4)燈光結構在三維方向上可以實現靈活的調整。

在布光時，遵循傳統的三點式布光基礎理論，采用冷熱光源結合的手段，提高輪廓照明的銳度，柔化面部照明的親和度。具體需要達到以下要求：

1)播音員的主光、輔助光、輪廓光可以單獨控制。

2)冷熱光源配合，色溫統一，燈桿結構可以靈活調度，以方便不同節目的照明需要。

3)所有的系統都需要具有提升、擴容的空間，不同的系統設備都要能夠方便靈活地切換以滿足不同演播需要，最后所有系統都要考慮先進性、實用性和可靠性。

2.4 演播室視音頻系統

2.4.1 視頻系統

演播室的總體高清視頻信號為1 920×1 080/50i，接口為HD-SDI。如圖2所示，有效視頻信號源：2個通道的三同軸高清EFP攝像機、1路高清藍光錄像機的播放信號、1路非編高清信號、1路虛擬視頻合成信號，合計5路視頻信號。所有的有效視頻信號源輸入到切換臺，統一格式為HD-SDI、1 920×1 080/50i進行切換操作。之后從切換臺的PGM接口輸出為最終視頻信號，其中一路HD-SDI信號進入高清視頻分配板進行分配，輸入到高清藍光錄像機和高清非編中進行記錄，一路HD-SDI信號進入廣播級下變換器進行下變換后輸出到標清分配板，分配到RET、標清錄像機及預留標清接口。同時，在導播廳內放置2臺32 in(1 in=2.54 cm)寸液晶電視，用于節目返看，主持人可以實時地觀察到自身出鏡的質量，方便調整手勢姿態，把握地圖位置，從而提高節目的制作水平。

圖2 蕪湖市氣象高清數字虛擬演播室視視音頻系統拓撲圖

2.4.2 音頻系統

演播室的音頻信號共計10路，如圖2所示，全部輸入到調音臺中(2路為桌面話筒MIC信號，采用XLR3芯接口；2路為無線麥克風MIC信號，采用XLR3芯接口；6路為回放音頻信號，采用6.5音頻接口LINE)，所有音頻信號進行調音后輸出至音頻延時器。音頻延時器的工作模式分為直通和延時兩種，使用實景演播的時候可以用直通模式，虛擬演播時切換為延時模式。經過延時器的音頻信號送至模擬音頻分配板進行分配，輸出到高清及標清錄像機中進行記錄，MON接口輸出至監聽信箱進行監聽。

2.5 虛擬演播系統及非編系統

演播室的虛擬系統為Vision-Magic，與以往的虛擬系統不同的是，該系統采用無軌的虛擬場景解決方案，使得龐大的硬件配置和繁瑣的大規模數據運算得到了極大地簡化，簡單的功能設置和友好的用戶界面使得該軟件成為一套功能強大的影視節目制作工具。非編軟件采用D3-Weather，該系統具有專業水準的氣象加工模塊和強大的非線性編輯功能，使得影視節目制作方便、快捷，同時又大大提升了影視節目的可視性，在投入業務使用后，面對影視節目的批量制作，后期編輯人員能夠節省大量的時間和精力。

2.6 外部傳輸系統

本演播室最終目的是將制作好的節目傳輸出去。根據要求，按照傳輸方式分為：

1)在本系統中配置了高清數字光端機，此光端機能夠支持音頻加嵌功能，傳輸到臺里的節目可以直接進入電視臺直播演播室調用。

2)內部FTP傳輸，目前采用的FTP傳輸方式，主要受限于非編的生成時間過長，一天的節目，生成的時間占2/3，為了節約時間，提高節目制作效率，特采用內網傳輸工作站來承擔原非編上生成節目的工作。內網傳輸工作站能夠實時地將非編時間線上的內容編碼成為指定的格式，各分局能夠很快地從內網FTP上獲得需要的氣象節目。

3)外部網絡傳輸，目前主要是通過QQ或者郵件的方式傳輸。直接從非編上拷貝生成好的節目，然后通過外網傳送給節目接收單位。此方法存在病毒感染的風險，極不安全。本方案中設計一個外網傳輸工作站，此工作站和非編使用視音頻的連接方式，能夠杜絕病毒感染非編的渠道，保證節目編輯設備的安全。

4)送磁帶的傳輸方式。目前送到蕪湖電視臺還是采用送播出帶的方式，使用的IMX格式的錄像帶。隨著技術的發展，蕪湖電視臺已經開始使用高清藍光盤為節目交流介質，所以在本系統中也設計采用了一臺藍光高清錄像機，用作以后跟蕪湖電視臺的節目交流。

3 結語

通過與省影視中心和蕪湖廣電等部門的對接交流，保證了蕪湖市氣象高清數字虛擬演播室技術定位準確、業務銜接順暢、欄目質量提高明顯，目前，演播室已投入業務運行，每日制作的天氣預報節目多達11套，通過電視、公交、網絡等方式服務覆蓋一市四縣，受到了社會各界的一致好評。

目前高清數字技術在影視行業全面發展的時代已經來臨，同時虛擬演播室技術在不斷進步，使得影視節目的視覺感官效果突飛猛進，隨著氣象影視節目制作技術的逐步發展和人們對氣象影視節目要求的不斷提高，高清數字虛擬演播室在氣象影視部門中的應用前景越來越廣闊。蕪湖市高清數字虛擬演播室的建成及投入業務使用，開創了高清數字虛擬演播室在安徽地市級氣象影視部門應用的先河，為高清數字虛擬演播室在地市級氣象影視部門中的搭建和運行積累了豐富的經驗。

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石 濤(1987— )，碩士，工程師，主要從事氣象影視技術、應用氣象研究；

張 麗(1975— )，女，碩士，工程師，主要從事氣候學、應用氣象服務研究；

馬 菊(1970— )，女，學士，工程師，主要從事氣象影視技術、公共氣象服務研究。

責任編輯：許 盈

【本文獻信息】鄭娜，吳舟，鄭朝亮.基于大容量鏡像NAS存儲結構的設計[J].電視技術,2015，39(24).

【本文獻信息】楊光，楊慕松，宋斌洋.基于4G網絡傳輸的馬拉松直播[J].電視技術,2015，39(24).

Study on Construction of Meteorological HD Digital Virtual Studio in Prefecture-level City

SHI Tao，ZHANG Li，MA Ju

(WuhuMeteorologicalBureau，AnhuiWuhu241000,China)

For the generally low audience rating of meteorological television program and the low quality which could not meet people's viewing requirements in prefecture-level city, the scheme of HD-digital virtual studio is designed. Some problems and difficulties to be solved of studio blue box, acoustic system, lighting system, audio system, virtual studio system and nonlinear editing system are focused on, ensuring the HD-digital virtual studio technology accurate in positioning, smooth in business link-up and improved the program quality obviously. The completion and operation of Wuhu HD digital virtual studio create a precedent for the application in prefecture-level city of Anhui, and accumulated rich experience in the building and running of high-definition digital virtual studio in municipal meteorological studio.

prefecture-level city; meteorological; television; HD digital virtual; studio

P49

A

10.16280/j.videoe.2015.24.019

2015-07-12