非线性编辑系统

第八章第八章 非线性编辑系统非线性编辑系统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 RGB 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。8 83 3 图象处理卡图象处理卡 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