非線性編輯在人防警報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

房國志等

房國志婁莉鳳呂實(shí)誠

摘要：主要介紹專用于人防警報(bào)系統(tǒng)的專用非線性編輯設(shè)備應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DSP非線性編輯人防警報(bào)

1非線性編輯簡介

非線性編輯是相對傳統(tǒng)上以時(shí)間順序進(jìn)行的線性編輯而言，在進(jìn)行非線性編輯時(shí)，要將所有需要編輯的素材(包括錄象帶上的視頻信號、線路上傳輸?shù)囊曨l信號)經(jīng)過數(shù)字化采集后轉(zhuǎn)換成視頻文件的形式，然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)部對含有時(shí)間信息的視頻文件進(jìn)行無須按照時(shí)間順序的任意操作a在非線性編輯系統(tǒng)內(nèi)部，對視頻文件的操作非常簡單，完全是在指定的時(shí)間軸上進(jìn)行文件的拼接，只要沒有最后生成影片輸出或留檔，對這些文件在時(shí)間軸上的擺放位置和時(shí)間長度的修改都是非常隨意的，這也就是所謂的非線性編輯。非線性編輯方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)編輯時(shí)，搜尋素材的時(shí)間大大減少。(2)它能集編輯、特技、字幕、背景、配音和網(wǎng)上傳輸于一體。(3)便于影片整體結(jié)構(gòu)的把握。(4)運(yùn)行費(fèi)用低。非線性編輯為多媒體視頻制作提供了便利的條件，極大地提高編輯效率。

因?yàn)槿朔谰瘓?bào)廣電執(zhí)行終端所要進(jìn)行編輯的音視頻文件相對手電視臺的音視頻文件來說內(nèi)容比較單一，所要進(jìn)行的非線性編輯處理相對簡單，沒有過多復(fù)雜的特效處理和多層畫面的合成，所以對于專業(yè)級的非線性編輯板卡應(yīng)用到人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端顯然不太適合，其成本過高，系統(tǒng)過于復(fù)雜，不利于警報(bào)系統(tǒng)的不斷更新升級，又由使用：另一個方法是編寫自己的非線性編輯軟件，本文采用第二種方法。非線性編輯軟件包括信號輸入/輸出、素材管理、圖像處理、音視頻合成與剪輯、文字添加等幾個部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

通過非線性編輯軟件可實(shí)現(xiàn)音視頻文件的編輯處理，此軟件具有用戶界面友好，使用操作簡便的特點(diǎn)，使得用戶通過幾個按鍵或選擇性地操作即可完成編輯任務(wù)，其余的編輯處理完全由系統(tǒng)內(nèi)部自動完成，用戶不需要了解太多的非線性編輯知識亦能完成對本設(shè)備的操作，適用于非專業(yè)人員使用。而且，該軟件應(yīng)用先進(jìn)的視頻壓縮編碼算法—MPEG-2 MP@ML編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮兩種方式實(shí)現(xiàn)2：1的無損壓縮，能夠完全兼容NTSCA)AL制式，同時(shí)又保證了畫面的質(zhì)量，滿足人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端應(yīng)用于廣電系統(tǒng)的需要。于無卡軟編系統(tǒng)受到CPU性能的限制而不能產(chǎn)生高質(zhì)量的視頻畫面，不適用于人防警報(bào)執(zhí)行終端對于視頻文件達(dá)到廣播級的要求。所以設(shè)計(jì)一種即不太依靠硬件、系統(tǒng)易于升級，又能達(dá)到高質(zhì)量的視頻畫面，專用于人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端的非線性編輯設(shè)備是必要的。

由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)的革新，非編系統(tǒng)的軟件架構(gòu)的革命性變化，采用CPU+GPU技術(shù)進(jìn)行視頻編輯和處理已然成為一種趨勢。CPU+GPU技術(shù)完全采取軟件架構(gòu)，可以通過提高系統(tǒng)的硬件配置提高系統(tǒng)的整體性能，通過增加和升級軟件模塊提高系統(tǒng)的編輯處理能力和編輯效果。相對于基于專門硬件的廣播級非編系統(tǒng)，基于CPU+GPU軟件架構(gòu)的非線性編輯系統(tǒng)完全擺脫了對硬件板卡的依賴，突破了專用硬件結(jié)構(gòu)的局限，利用通用的硬件系統(tǒng)資源實(shí)現(xiàn)了高性能的視頻編輯和處理。這為研制專用于人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端的非線性編輯設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持。

2DSP技術(shù)

由于非線性編輯所要處理的信息量相當(dāng)大，所要進(jìn)行的運(yùn)算算法相對比較復(fù)雜，普通的處理芯片顯然無法滿足這么高的運(yùn)算量，所以考慮采用DSP——專用數(shù)字信號處理芯片作為系統(tǒng)的信息運(yùn)算中心。

采用1rI公司的C6000系列DSP，該系列的體系結(jié)構(gòu)專為實(shí)時(shí)信號處理而設(shè)計(jì)的，將實(shí)時(shí)處理能力和控制外設(shè)功能集于一身，由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠滿足非線性編輯系統(tǒng)對音視頻處理達(dá)到廣播級的要求。它的低功耗、高速數(shù)據(jù)吞吐量、高精度、高速數(shù)據(jù)處理能力等特點(diǎn)體現(xiàn)了其在音視頻處理領(lǐng)域的優(yōu)越性。DSP的高速處理能力滿足了系統(tǒng)對于復(fù)雜算法、帶寬數(shù)據(jù)傳送的要求，為非線性編輯中的壓縮算法、編解碼算法以及音視頻處理程序等的實(shí)現(xiàn)提供了硬件支持。同時(shí)DSP芯片的集成度高，運(yùn)算能力強(qiáng)，使得非編設(shè)備的體積大大減小的同時(shí)還可以維持較高的功能和性能。其技術(shù)日益成熟，成本也在不斷的下降中，使得非線性編輯DSP技術(shù)開發(fā)專用于人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端的非線性編輯設(shè)備的成本大大降低。

3系統(tǒng)整體介紹

專用于人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端的非線性編輯設(shè)備是適合人防管理部門的非專業(yè)人員使用的非線性編輯設(shè)備，具有用戶界面人性化、操作簡便、體積小、功能全等特點(diǎn)。通過簡單的選擇操作即可完成簡單的、快速的非線性編輯處理，例如聲音合成、簡單的編輯剪輯、添加文字等處理。

從系統(tǒng)整體構(gòu)成上看，采用CPU+GPU的方案，即由CPU和GPU(軟件核心算法)共同承擔(dān)非線性編輯任務(wù)，對于硬件的依賴性大大減少，在保證視頻畫面的質(zhì)量的同時(shí)設(shè)備的整體成本大大下降。從硬件結(jié)構(gòu)上看，該非線性編輯設(shè)備不以計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的硬件平臺，是一個獨(dú)立的嵌入式系統(tǒng)，同時(shí)又是人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端的一個組成部分，他可以作為板卡直接插到人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端的機(jī)箱內(nèi)，易于實(shí)現(xiàn)人防警報(bào)系統(tǒng)的升級。以DSP芯片作為系統(tǒng)的處理運(yùn)算核心，同時(shí)集成了一些專用的音視頻處理芯片，通過這些專用芯片來完成音視頻的采集、壓縮與解壓縮、音視頻的回放等功能。設(shè)備主要有DSP芯片、大容量的硬盤、專用音視頻處理芯片以及各種接口組成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖由圖1所示。

非線性編輯技術(shù)的重點(diǎn)在于處理圖像和聲音信息，這兩種信息具有數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)。實(shí)時(shí)的圖像和聲音處理需要有高速的處理器、寬帶數(shù)據(jù)傳輸裝置、大容量的內(nèi)存和外存等一系列的硬件環(huán)境支持。采用數(shù)字信號處理器DSP、專門的音視頻處理芯片以增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)運(yùn)算速度。 DSP是整個數(shù)據(jù)處理的核心，為各種算法提供硬件支持，其數(shù)據(jù)處理能力直接影響該設(shè)備的性能。由音視頻專用芯片完成音視頻的采集、預(yù)處理、回放等功能。采用硬盤存儲視頻倍頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫入和讀出時(shí)硬盤的磁頭不與磁盤接觸，所以不存在磁帶錄像機(jī)與磁頭磨損和走帶磨損問題以及沒有復(fù)制損耗，編輯、特級、動畫、字幕和配音等都可以同時(shí)進(jìn)行。通過主機(jī)接口實(shí)現(xiàn)設(shè)備與主機(jī)相連，通過網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)通信功能以及硬盤資源的共享與傳輸。設(shè)備采用音視頻信號標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)該設(shè)備與其他音視頻設(shè)備的連接，兼容不同格式的音視頻信號。人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的交互式管理和非線性編輯操作，使用LCD液晶顯示技術(shù)和觸摸屏技術(shù)，通過軟件界面的方式即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作管理，無須再添加按鍵開關(guān)等硬件設(shè)備。通過人機(jī)接口顯示用戶界面、編輯界面和命令窗口，用戶通過人機(jī)接口直接對音視頻文件進(jìn)行編輯和操作以及對設(shè)備的簡單控制。

從軟件構(gòu)成上看，設(shè)備的硬件只是完成了視音頻數(shù)據(jù)的輸入/輸出、壓縮/解壓縮、存儲以及預(yù)處理等工作，而設(shè)備的軟件為用戶提供了各種服務(wù)和支持，只有通過對非線性編輯軟件的操作才能完成相應(yīng)的編輯任務(wù)。隨著嵌入式技術(shù)尤其是嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用嵌入式技術(shù)來研制各種專業(yè)設(shè)備已經(jīng)成為了一種潮流。從某些方面上看，嵌入式操作系統(tǒng)的性能并不亞于通用操作系統(tǒng)的性能，其軟硬件的可裁減性和實(shí)時(shí)搶占能力更適用于實(shí)時(shí)性較高的場合或設(shè)備，所以采用嵌入式操作系統(tǒng)是硬件環(huán)境的需要，也是軟件環(huán)境的需要。通過嵌入式操作系統(tǒng)提供系統(tǒng)設(shè)備的管理調(diào)用、文件系統(tǒng)管理、GUI用戶界面等，為應(yīng)用軟件的開發(fā)與移植提供支持。在嵌入式操作系統(tǒng)之上，可以通過代碼移植的方法直接將現(xiàn)有的非線性編輯軟件嫁接到操作系統(tǒng)之上，但是現(xiàn)有的非編軟件功能強(qiáng)大，操作復(fù)雜，需具備非線性編輯知識的專業(yè)人員進(jìn)行操作，不適用于非專業(yè)人員使用：另一個方法是編寫自己的非線性編輯軟件，本文采用第二種方法。非線性編輯軟件包括信號輸入/輸出、素材管理、圖像處理、音視頻合成與剪輯、文字添加等幾個部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

通過非線性編輯軟件可實(shí)現(xiàn)音視頻文件的編輯處理，此軟件具有用戶界面友好，使用操作簡便的特點(diǎn)，使得用戶通過幾個按鍵或選擇性地操作即可完成編輯任務(wù)，其余的編輯處理完全由系統(tǒng)內(nèi)部自動完成，用戶不需要了解太多的非線性編輯知識亦能完成對本設(shè)備的操作，適用于非專業(yè)人員使用。而且，該軟件應(yīng)用先進(jìn)的視頻壓縮編碼算法一MPEG-2 MP@ML編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮兩種方式實(shí)現(xiàn)2:1的無損壓縮，能夠完全兼容NTSCA)AL制式，同時(shí)又保證了畫面的質(zhì)量，滿足人防警報(bào)廣電執(zhí)行終端應(yīng)用于廣電系統(tǒng)的需要。