非线性编辑系统

非线性编辑系统

非线性编辑的概述

非线性编辑系统产生于20世纪70年代初期，直到20世纪90年代后，随着JPEG压缩标准的确立，实时压缩半导体芯片的出现，数字存储技术的发展和其他相关硬件与软件技术的进步，非线性编辑系统才进入了快速发展的时期。

目前，非线性编辑系统不仅能够编辑视、音频节目，还可以处理文字、图形、图像和动画等多种形式的素材，极大地丰富了电视盒多媒体制作的手段。非线性编辑的概念

非线性编辑是音视频节目的一种编辑手段，它是相对于线性编辑的一个概念。它指的是可以对画面进行任意顺序的组接而不必按镜头稿本顺序编辑影视节目的方式。非线性编辑以视听信号能够随机记录和读取为基础，它依托的是盘基记录载体。

非线性编辑允许任意调整影片的编辑工作顺序,无论是一个镜头还是镜头中的一段，可以用交叉跳跃的方式进行编辑；对已编部分的修改不影响其余部分，无需对其后面的所有部分进行重编或者再次转录。传统的电影剪辑是最早的非线性编辑，剪辑师不必从头到尾的顺序工作，而是随时可以将样片从中间剪开，插入一个镜头或者剪掉一些画面。非线性编辑是传统设备同计算机技术结合的产物，它利用计算机数字化地记录所有音视频片段并将它们存储在硬盘上，利用计算机对媒体的交互性，人们可以与存储的数字化文件反复更新和编辑视频节目，从本质上讲这种技术提供了一种方便、快捷、高效的电视编辑方法。线性编辑和非线性编辑的比较（一）线性编辑系统的优点

1、可以很好地保护原来的素材，能多次使用。

2、不损伤磁带，能发挥磁带可以随意录、随意抹去的特点，降低制作成本。

3、可以迅速而准确地找到最适当的编辑点，正式编辑前可预先检查，编辑后可立刻观看编辑效果，发现不妥可马上修改。

2.软件结构

非线性编辑软件既要满足用户的前台操作，又要有效指挥各硬件设备。它是连接用户与数据的桥梁，人们对数据进行编辑处理必须依靠相应的编辑软件。换句话说，在同一计算机平台上，编辑软件的性能也直接影响编辑结果。而不同类型的电视节目对非线性编辑系统的软件和硬件都有着不同的要求。

（二）线性编辑系统的局限性

1、素材不可能做到随机存取

线性编辑系统是以磁带为记录载体，节目信号按时间线性排列，在寻找素材时录像机需要进行卷带搜索，只能在一维的时间轴上按照镜头的顺序一段一段地搜索，不能跳跃进行，因此素材的选择很费时间，影响了编辑效率。另外大量的搜索操作对录像机的机械伺服系统和磁头的磨损也较大。2、模拟信号经多次复制，信号严重衰减，声画质量降低

节目制作中一个重要的问题就是母带的翻版磨损。传统的编辑方式的实质是复制，是将源素材复制到另一盘磁带上的过程。而模拟视频信号在复制时存在着衰减，当我们在进行编辑及多代复制时，特别是在一个复杂系统中进行时，信号在传输和编辑过程中容易受到外部干扰，造成信号的损失，使图像的劣化更为明显。

3、线性的编辑难以对半成品完成随意的插入或删除等操作

因为线性编辑方式是以磁带的线性记录为基础的，一般只能按编辑顺序记录，虽然插入编辑方式允许替换已录磁带上的声音或图像，但是这种替换实际上只能是替掉旧的，它要求要替换的片断和磁带上被替换的片断时间一致，而不能进行增删，就是说，不能改变节目的长度，这样对节目的修改就非常不方便。

4、所需设备较多，安装调试较为复杂

线性编辑系统连线复杂，有视频线、音频线、控制线、同步机，构成复杂，可靠性相对降低，经常出现不匹配的现象。另外设备种类繁多，录象机(被用作录像机/放像机)、编辑控制器、特技发生器、时基校正器、字幕机和其它设备一起工作，由于这些设备各自起着特定的作用，各种设备性能参差不齐，指标各异，当它们连接在一起时，会对视频信号造成较大的衰减。另外，大量的设备同时使用，使得操作人员众多，操作过程复杂。

（三）非线性编辑系统的优势

1、素材为数字信号，保证了节目画面的高质量

非线性编辑的技术核心是将视频信号作为数字信号进行处理，全系统以计算机为核心，以数字技术为基础，使编辑制作进入了数字化时代。处理数字信号比处理模拟信号有许多优点，数字信号在存储、复制和传输过程中不易受干扰，不容易产生失真，存储的视音频信号能高质量地长期保存和多次重放，在多带复制性上效果更加明显，编辑多少版都不会引起图像质量下降，从而克服了传统模拟编辑系统的致命弱点。

2、自由易操作

非线性的编辑能轻松地完成插入、修改及删除等编辑任务，真正实现了非线性的功能，可以做到随心所欲，为制作者提供了充分发挥创造思维的空间。

3、系统集成度高，集多种功能于一身

非线性编辑系统集传统的放像机、录像机、编辑控制器、特技发生器、时基校正器、调音台、字幕机等设备于一身，一套非线性编辑系统几乎涵盖了所有的电视后期制作设备，操作方便。硬件结构的简化，实际上就降低了整个系统的投资成本和运行成本。

（三）非线性编辑系统的缺点

首先，大容量高速存储硬盘价格贵，数字压缩比低时需更多的硬盘空间，压缩比高时图像质量又会下降。

其次，特技生成不实时，需预演或输出后才能看到实际的制作效果。

再次，前期摄像仍需用磁带，使得非线性编辑设备仍未摆脱磁带录像机。

最后需要注意的是，机器性能不够稳定，经常会有死机现象，造成工作数据丢失。

非线性编辑系统运用了大量的高新科技，随着科技的不断发展，非线性编辑也有着长足的发展空间。非线性编辑系统的发展

每一次变革、每一项进步背后都有其强大的推动力。非线性编辑系统正是在视音频数据记录载体和编辑技术不断进步的推动下从诞生逐步发展成熟的。(1)基于胶片的手工剪辑阶段

(2)基于磁盘的非线性编辑阶段

1970年CMX600的问世标志着非线性编辑系统登上历史舞台。CMX600是最早的基于磁盘的非线性编辑系统，它由CBS和Memorex联合研制。CMX600将磁盘作为自己的存储载体，将视频信息以模拟信号的形式存储在12块硬盘上，每块硬盘的存储空间只有39MB。(3)基于磁带的电子非线性编辑阶段

(4)基于光盘的电子非线性编辑阶段

(5)基于硬盘的数字非线性编辑阶段非线性编辑系统的工作原理

非线性编辑系统把录像机或由其它信号源传送来的视频、音频信号，分别经过图像压缩解压缩卡、声音卡转换成数字信号即A/D转换，再经过数据压缩形成数据流存储到高速硬盘中。然后按创作意图运用相应的编辑软件对存在高速硬盘中的数据流进行编辑和特技加工，再由高速硬盘将数据流送至相应的板卡进行数字解压及D/A转换，形成模拟的视音频信号送入录像机录制下来。或者直接由数字接口板输入数字视音频信号，编辑后直接通过数字输出接口录制在数字录像机上，不必经过中间的A/D、D/A转换过程。非线性编辑系统进行工作时首先要将所有需要编辑的素材(包括录象带上的视频信号、线路上传输的视频信号)经过数字化采集后转换成图象文件的形式，只不过这个图象文件不同于以往常见的计算机单帧固定画面图象文件，它的文件内容是活动图像，画面的内容随时间的变化而变化，也就是说这是一个有时间长度的图像文件，即数字视频文件。这个转换过程也就揭示了线性编辑与非线性编辑的区别，即把对时间轴上按顺序排列信号流的操作转变为在计算机内部对视频文件进行跨跃式的访问，从而完成了电视节目编辑在概念上的根本变化。非线性编辑系统的组成

一套非线性编辑系统由两大部分组成，即硬件系统和软件系统。硬件系统包括计算机、视音频处理卡、大容量存储器、接口系统；软件部分包括系统软件和应用软件。

目前我们还处在模拟与数字共存的时代，对于传统的模拟视频信号来说，在计算机中进行非线性编辑时，必须首先把视频源，即来自于模拟摄像机、录像机、影碟机等设备的视频信号转换成计算机能够处理的数字形式存储在硬盘上，这个过程称为数字化过程（包括了采样和量化两个步骤）。非线性编辑系统实质上就是一个扩展的计算机系统。更为直截了当地说，就是一台高性能计算机加一块或一套视音频输入/输出卡(俗称非编卡)，再配上一个大容量SCSI磁盘阵列便构成了一个非线性编辑系统的基本硬件。这三者相互配合，缺一不可。（一）计算机硬件平台

目前的非线性编辑系统，不论复杂程度和价格高低如何，一般都是以通用的工作站或个人计算机作为系统平台的，编辑过程中和编辑结果的视音频数据均存储在硬盘里。编辑的过程就是高速高效地处理数字化的视音频信号。对于高质量的活动图像，图像存储载体与编辑装置间的传输码率应在100Mb／S以上，存储载体的容量应达几十GB或更高。从这些年非线性编辑系统产品的发展来看，"高性能多媒体计算机+大容量高速硬盘+广播级视音频处理卡+专业非线性编辑软件"这样的产品组合架构已被广大业内人士所认可。在这种架构的非线性编辑系统产品中，计算机属于基础硬件平台，任何一台非线性编辑系统都必须建立在一台多媒体计算机上，它要完成数据存储管理、视音频处理卡工作控制、软件运行等任务，它的性能和稳定性决定了整个系统的运行状态。除了极少数厂商将它们的系统建立在自有平台上以外，作为一个标准化的发展趋势，越来越多的系统采用的是通用硬件平台。

硬件平台的种类和特点目前使用的非线性编辑系统按照硬件平台的种类可以分为三类:一是基于工作站平台的系统。该系统大多建立在SGI图形工作站基础上，一般图形、动画和特技功能较强，但价格昂贵，软硬件支持不充分。二是基于Macintosh平台的系统。该系统在非线性编辑发展的早期应用得比较广泛，未来的发展在一定程度上受到苹果硬件平台的制约。三是基于PC平台的系统。这类系统以Intel及其兼容芯片为核心，型号丰富，性价比高，装机量大，发展速度也非常快。（1）SGI工作站

国际上比较著名的工作站生产厂家有SGI（SiliconGraphics）、SUN（SunMicrosystems）、DEC（DigitalEquipmentCorporation）和HP（Hewlett-Packard）等，其中以SGI实力最强。SGI工作站是通用系统，可以处理电视、录像、三维动化，包括制作和编辑。（2）Macintosh机

macintosh具有良好的多媒体功能，图形功能也很强，早期的非线性编辑产品大都建立在Macintosh机平台上，但由于其兼容性差，也限制了其在非线性编辑领域中的发展。用Macintosh为平台的非线性编辑系统有DataTranslation的Media100，GVG的VideodesktoP，以及Avid的mc9000.（2）PC机

PC机得到广泛使用是由于其与另外两种平台相比有独特的优势。

首先，PC机平台的价位与工作站相比十分低廉。其次，PC机平台的兼容性较高，可以支持多种软硬件。

此外，PC机发展的同时，其操作系统Ｗindows也不断发展。

国内外的一些较著名公司如大洋、索贝、新奥特、亚细亚以及索尼、松下等公司，都曾用过或正在使用非线性编辑板卡和软件组成PC机非线性编辑系统。

（二）视频编辑卡(视音频采集处理卡)

视频编辑卡实际上是非线性视频编辑系统中的主要设备。将传统的线性视频编辑中的各单一设备所产生的特技、动画、字幕、调音等功能集于一体，大大简化了影视后期制作。主要完成视音频信号的输入处理、压缩解压缩、特技混合处理、图文字幕的产生与叠加等任务。视频编辑卡的工作原理与结构

视频编辑卡从硬件的角度看，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器之前的独立的视频回放通道。目前绝大多数的非线性视频编辑系统采用M-JPEG算法，因此可分为只有一个M-JPEGCodec（解码器）的单通道系统和具有两个M-JPEGCodec的双通道系统。•单通道系统只能对一路视频信号进行压缩记录和解压回放，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回放，再与系统内部其他处理单元相配合，就可以完成两路活动画面的实时混合处理。

1)单通道系统

单通道处理卡只有一个编码器，只能对一路视频信号进行处理。具有的功能只有“采集--压缩--回放”。板卡上没有DVE和混合器，特技、划像、键控都需要用软件实现，软件在合成字幕或特效的时候是对整个图像上每个像素进行处理需要时间很长。单通道系统结构图

控制总线地址总线数据总线游戏接口MIDI接口总线接口和控制器DSP混合信号处理器line输入CD输入麦克风MIC放大器功率放大器总线MIDI音乐合成器2）双通道系统

双通道系统实际上就是传统二对一编辑的模仿。与单通道系统相比，双通道系统增加了DVE（DigitalVideoEffect数字视频特技）、Key（键特技，包括亮度键、色度键和Alpha键）和混合器。其有两路视音频的采集回放通道，可以实现两路视音频信号的编辑处理。双通道系统通常有两块以上的套卡组成，每块板卡都有其各自的功能，如图像处理卡是套卡的中心，主要用于视频信号的捕捉处理和播放。双通道系统结构

背景输入A/DSCSI硬盘SCSI接口数据缓冲CodecCodecVFBVFBVFBDVEDVEDVEDVEDVEKeyKeyKeyKeyKeyMixer音频处理GFB计算机总线3）内存中心结构

Pinnacle公司近期生产的高端视频编辑卡普遍采用了该公司的一种独到的革新方案“内存结构”用来代替传统的“视频流中心结构”。下面左图显示了“视频流中心结构”的解决方案，右图显示了“内存中心结构”的解决方案。

Codec1Codec2MixerGraphicsMixerMemoryVideoAudioGraphicsCodecsHUB34)Flex3D特技结构

Flex3D是Matrox公司在2000年推出的一种创新的实时视频混合和特技结构。Flex3D首次将视频技术与三维技术相结合，利用图形加速技术提供种类无限的实时广播级2D、3D数字视频特技（DVE）。视频编辑板卡（非编卡）市场扫描1．Matrox公司

加拿大的Matrox

公司是视频编辑领域著名的公司之一，它推出的视频板卡主要是DigiSuite系列非线性编辑板卡。包括有DigiSuite

、DigiSuiteLE、DigiSuiteDTV和DigiSuiteLX，以及MatroxRT系列板卡。2001年Matrox公司又推出了DigiSuiteMAX实时三维特技板卡，可分别配合在公司的其他板卡系列上使用。这些产品适用于实时非线性编辑、数字合成、绘画、字幕合成、三维动画、三维动画的录制、音频处理、DVD刻录等。2．PINNACLE公司

PINNACLE公司的ReelTime系列广播级实时双通道非线性编辑卡采用了4:2:2全数字化YUV信号处理,Motion-JPEG帧内压缩方式，数据率为13.4MB/s，压缩比为1.6:1,具有独立的实时图文字幕通道；不需生成的A/B卷实时特技及数字接口。ReelTime系列所使用的实时特技除包括“亚拉丁”特技的全部效果外，还有专为该系统设计的130种专利特技效果。包括淡入淡出、实时抠像、心形、彩虹、钻石、碎片、水波、卷页、画中画在内的数百种实时二维、三维特技效果。而“亚拉丁”是PINNACLE公司的经典特技产品，有神奇的三维特技效果。

PINNACLE公司产品（1）DC1000MPEG-2非线性视频编辑系统（2）DV500实时3D效果的DV非线性编辑系统（3）miroVIDEODC30plus桌面视频编辑系统（4）miroVIDEODV300plus桌面视频编辑系统（5）TARGA3100增强型编辑系统3．DPS公司

加拿大的DPS公司是最早涉足与视频编辑卡制造领域的公司之一，它的一系列产品在中国都有相当的用户群体，但一般都局限于高端用户领域。

（1）PVR3500广播级的模拟非线性编辑系统

（2）EditBAY

实用的PAL制式下的视频编辑系统

（3）SPARKDV数字格式剪接卡（三）大容量数字存储载体

数字非线性编辑系统所要存储的是大量的视频音频素材，数据量极大，因此需要大容量的存储载体，在目前情况下硬磁盘（即硬盘）是一种最佳的选择。非线性编辑的特点对硬盘的容量和读写速度提出了更高的要求。影响硬盘数据传输率的因素一是磁头的读写速度；二是接口类型和总线速度。磁头的读写速度既取决于采用何种磁头技术（如磁阻式磁头技术），又取决于硬盘的主轴转速。现在常见的硬盘转速有4500rpm、5400rpm、7200rpm、10000rpm。

用于非线性编辑系统的硬盘从4.3G、9G、18G发展到更大容量，也难以满足系统的需要，硬盘阵列技术成为大容量数字存储载体今后的发展方向。硬盘阵列RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisk）是具有冗余度的多重化磁盘阵列，它有独立的机箱和供电系统，不占计算机CPU资源与计算机操作系统无关，利用若干台小型硬盘加上控制器按一定的组合条件而组成一个大容量快速响应的存储系统，从用户看是一个大硬盘。这一硬盘技术不但大大提高硬盘的容量和读写速度，更重要的是提高了系统的可靠性。当硬盘塔中某一个硬盘遭到物理损坏时，可将其热拔出，并将备份磁盘热插入，系统内的RAID控制器将利用冗余硬盘中的数据进行恢复。故一个硬盘发生故障时不成问题，能继续保持播出工作。而且，在不切断电源下也可以更换硬盘，所以维修中更换故障硬盘不必使系统停止工作。另外，随着光盘技术的发展，今后将能开发出大容量、低价格、便于携带的可读写光盘技术用于非线性编辑系统，这将大大改善非线性编辑系统的性能。目前非线性中使用的RAID分为三种类型：

第一种类型是独立于计算机的硬盘阵列，具有独立的机箱和供电系统。

第二种类型是软件RAID，软件RAID必须在操作系统建立后才能创建。

第三种类型是RAID卡，这种方式介于独立硬盘阵列和软件RAID之间，它可分担一部分CPU的负担，但必须在操作系统建立后才能创建。（四）非线性编辑接口

非线性编辑系统中的各个部件都是独立存在的，计算机内部接口将它们连接在一起，使视音频数据可以传输。同时，非线性编辑系统与外部设备进行数据交换需要外部接口。

编辑系统外部接口分为模拟信号接口和数字信号接口。模拟接口主要有复合信号接口、Y/C（S-VIDEO）和YUV分量接口。如果外围使用的是数字录像机，则可以选用数字接口。这些接口将非编系统与信号源连接起来，实现信号的采集与输出。1.SDI接口

SDI（SerialDigitalInterface串行数字接口）是把数据流通过单一通道顺序传送的接口。它是最先出现的用于视频制作领域的数字接口。由于串行数字信号的数据率很高，在传送前必须经过处理。

SDI接口能通过270Mb/s的串行数字分量信号，对于16：9格式图像，应能传送360Mb/s的信号。NRZI码是极性敏感码。用“1”和“0”表示电平的高和低，如果出现长时间的连续“1”或连续“0”，会影响接收端从数字信号中提取时钟。特点：1）不同格式的录像机之间数字信号传输极为方便2）是对于非线性编辑系统其上载信号和下载信号不再经过数模和模数转换。

SDI接口不能直接传送压缩数字信号，数字录像机、硬盘等设备记录的压缩信号重放后，必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统。如果反复解压和压缩，必将引起图像质量下降和延时增加，为此各种不同格式的数字录像机和非线性编辑系统，规定了自己的用于直接传输压缩数字信号的接口。2.SDTI接口

SDTI（QSDI，CSDI，SDDI）接口（SMPTE305M）是由SDI接口（SMPTE259M）发展而来，码率为270

MB/S或360

MB/S，支持净码率在34

MB/s以上的高码率可通过多个连接来实现。SDTI支持多种格式，如DVCPRO，DVCPRO

50，Betacam

SX，Digital-S，DVCAM，M-JPEG，MPEG-2等，可用于高于实时的速度传输，如多倍速下载。SDTI接口适用于传统演播室环境，直接支持切换台、录像机和切换矩阵，但不太适应双向传输。

3.AES/EBU及S/PDIF数字音频接口

AES/EBU（音频工程师协会/欧洲广播联盟）标准是很常用的专业数字音频标准。其中AES是指AES3-1992“双通道线性表示的数字音频数据串行传输格式”，EBU是指EBU发表的数字音频接口标准EBU3250。两者实质内容是相同的，但物理上不能互换。两者统称为AES/EBU数字音频接口。

4.FDDI光纤分布式数据接口

FDDI数据接口以光纤作为信号数据的传输通道，将是未来后期节目制作设备的接口标准。现已有松下、AVID等公司的支持。光纤传输带宽可实现1

Gb/s，甚至2

Gb/s以上的数据传输，其速率更高，数据交换也更为方便。随着非线性制播网络的发展和应用，数据传输要求更高，FDDI接口将更为普遍地应用于非线性编辑系统。5.遥控接口

在非线性编辑系统中计算机和录像机通信时，遥控接口必不可少。利用遥控接口能使非线性编辑机具备控制录像机动作的功能。目前，在非线性编辑系统中常用RS-232C和RS-422A接口。RS-485接口主要应用于大型视音频矩阵的控制面板与主机的通讯。6.IEEE-1394接口

IEEE-1394接口将视音频信号和控制信号集中在一条线上，这样，无需标识ID设备和终端设定，便于连接。IEEE-1394接口可保证在传输视音频信号时的实时显示。DV和DVCPRO格式录像机也将其定为连接格式。IEEE-1394接口可以在DV和DVCPRO格式的摄像机、录像机之间直接传送视音频信号。

非线性编辑系统的软件平台是以硬件平台为基础的，按照硬件平台的分类方法，非线性编辑软件也可分为三类：运行于工作站上的非线性编辑软件、运行于MAC机上的非线性编辑软件和运行于PC机上的非线性编辑软件。1.Jaleo

Jaleo是运行于SGI工作站上的非线性编辑软件系统，它采用全过程图像不压缩技术进行视频图像数字特技合成及非线性编辑处理。（五）非线性编辑系统的软件平台

2.FinalCutProFinalCutPro是由Premiere创始人RandyUbillos设计的运行于MAC平台上的非线性后期编辑软件，它充分利用了PowerPCG4处理器中的“极速引擎”（VelocityEngine）处理核心，提供全新功能，不需要加装

PCI卡，就可以实时预览过渡、视频特技编辑、合成和特技效果。3.AdobePremiereAdobePremiere可以用于Mac和PC平台，通过对数字视频编辑处理的改进（从捕获视频到编辑，直到最终的项目输出），已经设计成专业人员使用的产品。它提供内置的跨平台支持以利于DV设备的大范围的选择，增强的用户界面，新的专业编辑工具以及与其他Adobe应用软件无缝的结合。4.AfterEffectsAfterEffects是一款用于视频特效系统的专业视频合成软件，它借鉴了许多优秀软件的成功之处，将视频特效合成提升到了一个新的高度。和Premiere一样，Af