第八章 非线性编辑系统

1、第八章 非线性编辑系统8.1非线性编辑系统概述一.什么是非线性编辑？非线性编辑是把输入的各种视音频信号进行A/D变换，采用数字压缩技术将信息存入计算机硬盘中，总在计算机中进行任意的随机存取、加工和修改，从而利用一台计算机就完成了传统电视节目后期制作系统中录象机、特技机、字幕机、调音台等一大堆设备所做的工作。传统的编辑方法称为线性编辑。在传统编辑中，镜头要按前后顺序依次的剪辑与记录，如果发现前面录制的镜头需要修改，则只能找一段与要修改镜头等长度的内容去替换，长一点短一点都不行。如果要在某一位置添加一段内容，则该内容以后的内容都依次推后，即都要重新编辑。而非线性的概念就是对镜头的任意编辑，可以按顺

2、序从前到后编辑，也可以从任意位置开始编辑。当需要修改时，可以把一个镜头直接插入到节目的任意位置，也可以把任意位置的镜头从节目中删除，丝毫不会影响后面的内容。可以进行镜头的移动、对换，或者让一个镜头覆盖另一个镜头。这种对素材的灵活编辑是在传统线性编辑中不可能实现的。在非线性编辑中，每段素材都能帧画面的形式显示在屏幕上，可进行非线性的镜头搜索，直接快速的找到所需素材，从而避免了传统设备搜索难的问题。二.为什么要用非线性编辑？随着数字视频技术的发展和成熟，与传统的编辑系统相比，非线性编辑系统表现出来的优点很多。 1.编辑制作灵活方便，效率高。非线性编辑采用硬盘为记录介质，利用时间地址码检索，省去了磁

3、带录象机搜索的卷带时间，不仅大大加快了编辑速度，提高了编辑效率，而且编辑精度可精确到零帧。另外，线性编辑的信号是在磁带上顺序记录的，而非线性编辑的信号连接、删除等并非在存储介质的物理位置上进行，而是依靠软件跳跃式的进行。任意进行剪辑、修改、调动画面的前后顺序，为编辑制作带来了极大的方便和灵活性。2.编辑过程中信号损失小传统线性编辑制作中，必须一遍遍地快进、快退，一个点一个点地找素材上的编辑点，而且同一段素材如果重复使用，则要先制作一份拷贝后，一遍一遍复制，耗费的时间可能是几倍甚至于几十倍于非线性编辑了；同时，由于拷贝次数增加，图象质量则会大大下降。而非线性编辑系统的处理过程是数字式的，在整个信

4、号处理过程中，除编码、解码、A/D、D/A转换、压缩、解压缩和文件格式转换会引起信号损失之外，实际编辑制作过程完全由数字比信号处理，无论对录入的素材怎样进行反复编辑和修改，都不会引起图象质量下降，从而克服了传统编辑的致命弱点。3.设备一体化，可靠性高，使用寿命长。将编辑、特技、字幕、动画、音频等功能集于一身，在机内完成对视、音频信息的处理，即使制作多尽特技，信号损失也降低最低，一次编辑完成，并保证其声像质量。它集各种设备与一体，减少了设备之间的连线、接口，免去了信号之间的重复转换，提高了可靠性。由于是非线性编辑，输入输出只需要一台录象机，而且在整个编辑过程中，录象机只启动工作两次，一次是输入素

5、材，一次是记录完成带，没有过去那种大量的搜索过程，所以使设备寿命大大延长。另外主机采用硬盘记录，记录时由于是非接触式，不存在介质磨损问题，工作寿命也大大延长。4.联成网络，资源共享非线性编辑系统可以通过联网形成制作群，实现媒体共享，这就是目前炒得很热的视频网络。总之，非线性编辑手段提高了节目制作人员的编辑效率，拓展了节目创作的空间，同时也赋予了创作人员前所未有的修改自由度与编辑精度。三. 非线性编辑系统的工作原理。 非线性编辑系统系统的信号流程如图8-1所示。对模拟信号来说，首先要将其进行A/D变换，转化为数字化数据，然后经过适当的压缩压缩比一般较小，高档系统采用压缩格式，将信号数据送到计算机

6、数据总线上，并存储于外设硬盘中。根据编辑人员的操作，CPU会发出相应的指令，从数据总线上调用数据进行处理，处理后的视音频数据经过能压缩与转换恢复为模拟信号输出。由于音频信号的信息量远远低于图像信号的信息量，因此无需进行压缩与能压缩处理，直接传输与记录。数字电视信号是Y、R-Y、B-Y格式，而非线性编辑系统中计算机对图形的显示与处理方式都采用计算机RGB格式。这两种格式可以相互转换，但不能直接兼容，这就意味着非线性编辑系统存在一个格式统一的问题。或者将RGB格式转换成Y、U、V格式进行处理，或者将Y、U、V格式转换成RGB格式进行处理。以RGB格式为基准的系统需将电视信号Y、U、V转换成计算机R

7、GB格式才能对数据进行处理，输出时再转换成电视Y、U、V信号。反复的转换必然会引起信号的误码，最终输出的信号也会因此受一些影响。另一种系统的电视信号格式为基准，而对计算机的RGB格式进行转换。这种系统没有反复的格式转换过程，视频指标显然优于前者。四.视频数据压缩技术非线性编辑的真正动力来自于视频数据压缩技术的发展，由于码率压缩技术的飞速发展，使得低码率下的图像质量有了很大的提高，从而推动了非线性编辑在专业领域中的应用。早期由于硬盘价格较贵，因此使用了较高的压缩比，如10：1。后来为了减少压缩过程中对图像质量的损失使其质量能与专业录象机相匹配，使用的压缩比逐步下降，现在采用了3：1和2：1的已很

8、多，还有一些不采用压缩的非编设备。目前多媒体技术常用的压缩编码方法主要有JPEG和MPEG。JPEG标准主要针对静止图像，也应用于活动图像。JPEG标准主要针对静止图像，也应用于活动图像。JPEG标准为帧内压缩，采用自适应DCT离散余弦函数编码根据JPEG标准可以得到不同压缩比的图像。用于非线性编辑系统的压缩方法为M-JPEG，它的运算速度不一般的JPEG快，可用于视频运动图像的压缩。目前绝大多数的非编系统都使用M-JPEG压缩方法。但是M-JPEG至今没有一种统一的文件格式标准，造成不同厂家的非编线性系统的文件格式不能通用，而M-JPEG压缩后的高数据率不适应网络传输。MPEG格式的出现给视

9、频压缩带来了统一的标准，因此它的视频压缩领域内起着重要的作用。MPEG-1适用于家用和非广播级应用；而MPEG-2的压缩效率大大优于M-JPEG，可以节省存储空间，而且还能保证极高的图像质量。MPEG-2克服了M-JPEG存在的缺点，在今后的发展中会逐步取代M-JPEG。8.2非线性编辑系统的组成与配接 一.典型的非线性编辑系统的组成 典型的非线性编辑系统的组成如图8-2所示。1.主机主机是非线性编辑系统的核心运算及集成部件，它连接和集成各种外围设备和内置板卡，运行编辑软件，控制外部设备的工作。主机是非线性编辑系统的运行平台，它的性能高低很大程度上决定了非编系统的整体性能。目前主流的主机平台有

10、三种，一种是苹果机，运行Macintosh操作系统；二是高性能的微机，运行Windows NT操作系统；三是基于RISC技术的视频工作站，运行UNIX操作系统。 2图象处理卡 图象处理卡是非线性编辑系统的主要视音频处理部件，它主要功能是完成视音频信号的实时采集、压缩、解压缩、播放、数字特技、变换等处理。它决定了视音频信号的质量，是非线性编辑系统的关键部件。目前，复杂的非线性编辑系统一般采用由几块板卡组成的套卡形式。就视频处理而言，视音频卡还存在单通道和双通道之分，后者的价格较为昂贵，但具备实时特技制作功能。3数字存储设备非线性编辑对电视节目进行编辑时，操作对象是数字视频和音频，数字视频的数据量

11、十分庞大，要求系统的数据传输率高，所以一般非线性编辑系统中都配有比较高速的存储设备，常见的是磁盘阵列，一般数据存储量都在10GB以上。4显示设备显示设备是非线性系统中一个重要的部件，它是人机交互的窗口。其显示质量的好坏对编辑工作有比较大的影响。一般质量较好的非线性编辑系统都有双屏显示功能，一个屏幕显示编辑素材，一个屏幕显示编辑制作窗口，显示器的大小都在17英寸以上。5模拟输入/输出设备模拟输入/输出设备主要是指存储、播放、录制模拟视音频的设备，如录象机、摄像机、录音机等。二 以PC机为平台的非编系统的组成与配置1硬件组成以PC机为硬件搭载平台，配以专用的图象卡（包含音频卡），视频硬盘及周边外设

12、等，以软件为控制中心来制作电视节目。系统的硬件组成如图表83所示。2系统的主要配置CPU：Pentium 500以上内存：256MB以上主板：Intel系统硬盘：20GB以上光驱：24倍速以上软驱：3.5英寸图象处理卡：含音频卡的双通道实时卡AV硬盘：32GB以上显卡：显示内存16MB以上AGP显卡彩色显示器：19英寸以上，分辨率1280×1024，点距小于0.25mm数控模拟彩显编辑软件：图象处理卡专用软件三、系统的配接根据前期使用的视频设备不同，非线性编辑系统的组成与配接也有所不同。前期数字视频设备和非线性编辑系统的有机结合，可以组成全数字电视节目制作系统，采用高速数据上下载、硬

13、盘式录象机、盘带式录象机等新技术以及网络化的资源共享等，已经不是传统意义上的节目编辑和制作，为电视节目制作的全数字化开拓了新局面。在模拟向数字过渡时期，非线性编辑系统与模拟前期视频设备结合使用是目前最有效的应用之一，既可充分利用现有视音频设备，发挥调动节目编制人员的创造性，大大提高节目制作的水平。下面的模拟录放像机作为周边设备的PC平台非线性编辑系统为例，介绍系统的配接。一个由双通道图象卡Perception RT构成的非线性编辑系统配接示意图如图84所示。图中虚线框内为主机，内装有 CPU、内存、显示卡、图象卡的主板，安装在机箱内并连接到主板相应插槽和接口上的系统硬盘、CD-ROM、软驱、鼠

14、标、键盘和彩显连接到相应的接口上，插在PCI总线上的图象卡连接着 SCSI素材硬盘，并通过外置接口箱与话筒、音箱、放录机、录象机和监视器相连。系统的工作过程如下：来自放像机或其它信号源的视音频信号，经图象卡变换成数字信号，并利用硬件进行实时压缩，然后将压缩后的视音频素材存储到 SCSI硬盘中，应用图象编辑软件来进行编辑制作。根据创作意图，可以联合使用多个编辑软件对硬盘中的素材进行特技加工处理，最后形成一个完整的电视节目。输出时，在图象卡上再进行数字解压缩并还原成模拟信号，用录象机记录下来。83图象处理卡一概述 图象处理卡在整个非线性编辑系统中可以说是最核心的部分，它的输入输出接口压缩方式决定了

15、系统的图象质量图象卡的重要功能救灾与对视频信号进行压缩采集，然后解压播放。不同厂家的处理卡采用的压缩技术也不同，这也决定了视频信号的质量也有所不同。视频压缩标准化对集成电路的大量生产，降低生产成本，解决不同厂家设备的兼容性有重要意义。目前市场上的非线性编辑系统的价格从几万，十几万，几十万，上百万不等，常会让用户不知所措。其实任何非线性系统都只有两个方面的核心部件，一是板卡，用与采集输出视音频，做特技加工；二是软件，好的软件实时性好，特技功能强。目前市场上主流板卡有：Pinnacle公司的Targa系列，它属于视音频合一卡，是最早进入国内的板卡，其突出特点是采集质量高，信号稳定，但支持它的软件不

16、多，在与三维动画软件搭配方面有良好的发挥，至今仍是许多广告公司应手的工具。这是一个TARGE3100型号的非线性编辑卡，其主要特点是：64位PCI卡（兼容32位主板），可以在WINDOWS NT4和WINDOWS 2000上运行。可采用DV25M格式、MPEG4：2：2压缩或无压缩格式进行混合编辑。具有图象缩放，划像特技，抠像等功能。DPS公司的Velocity系列：举例：DPS公司的新员Velocity Q。64位PCI板卡，10Bit无压缩采集，4轨无压缩活动视频，6层活动字幕实时剪辑，合成。4通道二维，三维实时特技处理，是一款广播级无压缩编辑系统。Matrox公司的Digisuite D

17、TV。它可采用DV，DV50和MPEG-2等多种格式压缩，允许在编辑过程中始终按原来的格式保留素材，同时对素材进行细致的多层合成，色度键控和图形加工，为方便DVD刻录和网络视频传输，该板卡简化了节目格式转换过程。国内有大洋DY3000，创意98，NC97等，这些使用国外硬件进行软件开发的系统突出的特点是特技数量多，实时性好，而且各有其特点，在某以方面有卓越的表现。从硬件构成的角度看，图象卡可分为单通道和双通道两种。这里通道的意思是指在内部视频混合之前独立的视频压缩解压缩通道。目前绝大多数非线性编辑系统使用的都是M-JPEG压缩算法，由此可分为只有一个M-JPEG处理的双通道系统。单通道系统只能

18、对一路视频信号进行压缩记录和解压缩回放，这就意味着系统肯定无法完成多层画面的实时处理。双通道系统由于可以完成两路视频信号的解压缩回放，再与系统中其它处理单元相配合，就可以完成两路活动画面的实时混合处理。二单通道系统和双通道系统1单通道系统单通道系统即指只有一个压缩/解压缩通道的系统，一般在硬件上设有数字特技，数字混合和字幕叠加部分。它只是完成视音频信息的采集，压缩，解压缩和转换输出，如图85所示。其核心硬件构成一般为一块图象卡或者是背子板的套卡。单通道系统的核心部件就是M-JPEG图象系统，它需要完成视频信号的采集，压缩，解压缩，显示以及信号的转换输出。由于但通道系统只有一个四放通道，因此无法

19、实时地完成电视节目制作中常用的特技混合和切换处理，图象的处理只能通过软件来生成。采用软件生成素材有两大缺陷：其一是由于生成需要不断对同一素材进行压缩和解压缩，造成视频质量的损失；其二是通过软件生成的文件还要再存到硬盘上去，又占用了硬盘空间。单通道板卡计较著名的是DPS公司的PVR3500和Miro公司的DC50。在单通道板卡中视音频信号的采集一般有两种方式：一种是图象卡不带音频通道，只进行视频信号的采集压缩，音频信息的采集需在附加一块质量较高的声卡，如PVR3500；另一种是卡上自带音频通道，因此不需要在附加声卡，如DC50。有的单通道系统中视频数据和音频数据是分开存储的。视频数据存储在SCS

20、I硬盘上，而音频数据存储在系统硬盘上，视音频的同步要通过软件来连接。特别是视频与音频是由不同的卡采集，在硬盘上没有任何联系时，采集播放的文件如果时间较长时，就会发现声音和画面不同步。在存储方面，有的图象卡上带有SCSI接口，可以外挂SCSI硬盘，数据记录在独立与总线的硬盘上。还有的图象板卡不带SCSI接口，需要另加一块SCSI接口卡，存储硬盘挂在SCSI接口卡上。在单通道系统中图文字幕的叠加基本有两种形式：一种是在图象编辑软件中输入汉字并保存为字幕文件，再铺在一条图象编辑轨道上，字幕是以图象的形式与视频画面逐帧混合而完成制作，这就是软件字幕。软件字幕的本质是软件特技的合成，需要生成时间，制作大

21、量的字幕必然费时费工。合成过程是对两轨图象的数据进行处理，等于对原始图象多进行一次处理，多少会损伤原始图象，而且由于广泛使用如Adobe Premiere等英文编辑软件中不具备对汉字的修饰描述功能，从而使软件字幕的功能要受到限制。另外一种字幕叠加方式是另外一块字幕卡，如果硬件板卡上自带不经过PCI总线的SCSI硬盘接口，那么就可以在后台SCSI硬盘回放图象，在前台播出字幕。在系统构成上是将图象的输出再接至字幕卡的输入，这种方式相当于增加了一个专用的字幕通道。在这种方式中，如果声音文件和字母文件均存放在系统硬盘上，就会造成声音和字幕“打架”的情况，这是因为两者的存储媒介和回放通道相同，会抢占总线

22、和CPU的资源。单通道系统的设计主要是为了降低成本，其着眼点只是具备基本的“采集-压缩-存储-解压缩-回放”功能。随着超大规模集成电路的发展，芯片高度集成化，有许多公司推出了用于M-JPEG压缩解压缩芯片组，如ZORAN公司的ZR系列，只需三块芯片和附加外围电路就可以完成单通道系统的基本功能，因而使单通道系统的设计变得大大简单，同时也为多通道系统提供了解决方案。电视非线性编辑系统已经向多层面一次合成和多声道处理方向发展，单通道设备显然不能适应这一要求，而逐步退位到非专业领域中去。2双通道系统双通道系统有两路视频压缩/解压缩通道，其硬件结构包括对视频信号的编解码，A/D，D/A信号转换和数字信号

23、处理部分。数字信号处理部分主要有压缩和解压缩通道，帧存储以及实现编辑和特技处理的专用芯片。图8-6所示是一种双通道板卡的工作原理方框图。由于该卡只有一个视频采集通道，在双通道图象卡中，其成本较低，但有两个压缩/解压缩通道，可以实时地进行两路视频的特技处理。视频采集是将输入的复合视频信号经过A/D变换后，经数字梳状滤波分离为数字Y/C信号，又经解码变为数字Y，U，V信号，利用M-JPEG压缩技术进行压缩，压缩后形成一个图象文件存入硬盘。视频重放与采集过程相反。但实际上，无论从外部视频源采集后存盘，还是从硬盘中调出视频数据送去显示，都需要经过板卡上的帧缓存。图中的帧存储由一般占用计算机主内存的一部分，作为编辑和特技处理的工作平台，从帧缓存到帧存储器，要经过PCI总线