非線性編輯系統(tǒng)的構(gòu)成

張洋 （天津泰達先鋒文化影視傳媒有限公司 天津300456）

非線性編輯系統(tǒng)的構(gòu)成

張洋 （天津泰達先鋒文化影視傳媒有限公司 天津300456）

闡述了非線性編輯系統(tǒng)的工作原理，詳細介紹了這一編輯系統(tǒng)的構(gòu)成和特點，提出了非線性編輯系統(tǒng)的實際種類很多，應(yīng)該根據(jù)自身實際情況選擇經(jīng)濟高效的系統(tǒng)，更好地完成制作。

計算機應(yīng)用技術(shù) 非線性編輯硬件平臺 非線性編輯軟件平臺 硬盤陣列

1 非線性編輯系統(tǒng)工作原理

1.1 非線性編輯系統(tǒng)概述

非線性編輯系統(tǒng)最根本的特征就是借助于計算機軟、硬件技術(shù)使視音頻信號在數(shù)字化環(huán)境中進行制作合成，因此計算機軟、硬件技術(shù)就成為非線性編輯系統(tǒng)的核心。非線性編輯系統(tǒng)實質(zhì)上是一個擴展的計算機系統(tǒng)，簡單地說，一臺高性能多媒體計算機，配以專用的視頻圖像壓縮解壓縮卡，再加上一個大容量高速硬盤或硬盤陣列便構(gòu)成了一個非線性編輯系統(tǒng)的基本硬件系統(tǒng)。再加上相應(yīng)的制作軟件就組成了一套完整的非線性編輯系統(tǒng)。

1.2 非線性編輯系統(tǒng)工作原理

非線性編輯系統(tǒng)把錄像機或由其他信號源傳送來的視頻、音頻信號，分別經(jīng)過圖像壓縮解壓縮卡、聲音卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號即A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮形成數(shù)據(jù)流存儲到高速硬盤中。然后按創(chuàng)作意圖運用相應(yīng)的編輯軟件對存在于高速硬盤中的數(shù)據(jù)流進行編輯和特技加工，再由高速硬盤將數(shù)據(jù)流送至相應(yīng)的板卡進行數(shù)字解壓及D/A轉(zhuǎn)換，形成模擬的視音頻信號送入錄像機錄制下來?；蛘咧苯佑蓴?shù)字接口板輸入數(shù)字視音頻信號，編輯后直接通過數(shù)字輸出接口錄制在數(shù)字錄像機上，不必經(jīng)過中間的A/D、D/A轉(zhuǎn)換過程。

非線性編輯系統(tǒng)進行工作時首先要將所有需要編輯的素材（包括錄像帶上的視頻信號、線路上傳輸?shù)囊曨l信號）經(jīng)過數(shù)字化采集后轉(zhuǎn)換成圖像文件的形式，只不過這個圖像文件不同于以往常見的計算機單幀固定畫面圖像文件，它的文件內(nèi)容是活動圖像，畫面的內(nèi)容隨時間的變化而變化，也就是說這是一個有時間長度的圖像文件，即數(shù)字視頻文件。這個轉(zhuǎn)換過程也就揭示了線性編輯與非線性編輯的區(qū)別，即把對時間軸上按順序排列信號流的操作轉(zhuǎn)變?yōu)樵谟嬎銠C內(nèi)部對視頻文件進行跨躍式的訪問，從而完成了電視節(jié)目編輯在概念上的根本變化。

2 非線性編輯系統(tǒng)

一套非線性編輯系統(tǒng)由兩大部分組成，即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括計算機、視音頻處理卡、大容量存儲器、接口系統(tǒng)；軟件部分包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。目前我們還處在模擬與數(shù)字共存的時代，對于傳統(tǒng)的模擬視頻信號來說，在計算機中進行非線性編輯時，必須首先把視頻源，即來自于模擬攝像機、錄像機、影碟機等設(shè)備的視頻信號轉(zhuǎn)換成計算機能夠處理的數(shù)字形式存儲在硬盤上，這個過程稱為數(shù)字化過程（包括了采樣和量化兩個步驟）。非線性編輯系統(tǒng)實質(zhì)上就是一個擴展的計算機系統(tǒng)。更為直截了當?shù)卣f，就是一臺高性能計算機加一塊或一套視音頻輸入/輸出卡（俗稱非編卡），再配上一個大容量SCSI磁盤陣列便構(gòu)成了一個非線性編輯系統(tǒng)的基本硬件。這三者相互配合，缺一不可。

2.1 非線性編輯的硬件系統(tǒng)

2.1.1 計算機硬件平臺 目前的非線性編輯系統(tǒng)，不論復雜程度和價格高低如何，一般都是以通用的工作站或個人計算機作為系統(tǒng)平臺的，編輯過程中和編輯結(jié)果的視、音頻數(shù)據(jù)均存儲在硬盤里。編輯的過程就是高速高效地處理數(shù)字化的視音頻信號。對于高質(zhì)量的活動圖像，圖像存儲載體與編輯裝置間的傳輸碼率應(yīng)在100 Mb/S以上，存儲載體的容量應(yīng)達幾十GB或更高。

從這些年非線性編輯系統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展來看，“高性能多媒體計算機+大容量高速硬盤+廣播級視音頻處理卡+專業(yè)非線性編輯軟件”這樣的產(chǎn)品組合架構(gòu)已被廣大業(yè)內(nèi)人士所認可。在這種架構(gòu)的非線性編輯系統(tǒng)產(chǎn)品中，計算機屬于基礎(chǔ)硬件平臺，任何一臺非線性編輯系統(tǒng)都必須建立在一臺多媒體計算機上，它要完成數(shù)據(jù)存儲管理、視音頻處理卡工作控制、軟件運行等任務(wù)，它的性能和穩(wěn)定性決定了整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。除了極少數(shù)廠商將它們的系統(tǒng)建立在自有平臺上以外，作為一個標準化的發(fā)展趨勢，越來越多的系統(tǒng)采用的是通用硬件平臺。一般是以PC機、Macintosh機為主，比較高檔的非線性編輯系統(tǒng)采用的是像SGI的Octane、O2工作站這樣的操作平臺，或者更為昂貴的ONYX系統(tǒng)。如AVID公司的Media Fusion運行在SGI工作站上，Media Spectrum是運行在ONYX平臺上的高價位產(chǎn)品。早期的系統(tǒng)大多選擇了Macintosh機，因為當時Macintosh機與PC機相比在交互性和多媒體方面有著先天的優(yōu)勢。然而隨著PC機的迅速發(fā)展，CPU的性能越來越高，總線速度越來越高，使得當年需要在小型機或工作站上完成的工作，如今PC機就可以勝任，PC機在非線性編輯系統(tǒng)平臺競爭中處于更加有力的競爭地位。

需要指出的是，非線性編輯系統(tǒng)的大部分特技功能并不是依賴計算機CPU的計算速度來實現(xiàn)的，在這里計算機所起的主要作用是管理人機界面、提供字幕、支持網(wǎng)絡(luò)。而特技和合成主要是靠專門的特技加速卡來完成的。

然而隨著PC機的發(fā)展，基于PC機上的系統(tǒng)軟件平臺Windows也不斷發(fā)展，繼Microsoft推出Windows 98和Windows NT這樣功能強大的操作系統(tǒng)后，又推出了Windows 2000和Windows XP。目前Windows NT成為非線性編輯的主流系統(tǒng)軟件平臺。

2.1.2 視音頻處理卡 視音頻處理卡是非線性編輯系統(tǒng)的“引擎”，在非線性編輯系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，它直接決定著整個系統(tǒng)的性能。它主要有以下功能：

一是完成視、音頻信號的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，即進行視頻、音頻信號的采集、壓縮/解壓縮和最后的輸出等功能，也稱這類卡為視頻采集卡。視音頻處理卡是模擬信號與數(shù)字信號的分水嶺，所有模擬視音頻信號在此經(jīng)過A／D變換后，每一段素材都成為了一個視頻文件存放在硬盤陣列中，供計算機進行數(shù)字域的處理。需要輸出的視音頻數(shù)碼流經(jīng)過D／A變換成為可供記錄或直播的視音頻信號。視音頻處理卡上包括模擬信號接口如復合、分量、S-VIDEO，已涵蓋現(xiàn)有模擬電視系統(tǒng)的所有接口形式，也包括像IEEE-1394和SDI這樣的數(shù)字接口。

視頻采集卡是非線性編輯系統(tǒng)產(chǎn)品的決定性部件。一套非線性編輯系統(tǒng)所能達到什么樣的視頻質(zhì)量，與視頻采集卡的性能密切相關(guān)。壓縮與解壓縮是視頻采集卡的核心內(nèi)容。在數(shù)字視頻信號不能被有效而高質(zhì)量地壓縮時，非線性編輯都是在昂貴的工作站上實現(xiàn)的。因為龐大的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量使蘋果機和普通PC機都不堪重負，不能正常處理數(shù)碼率高達216 Mb/s的無壓縮數(shù)字分量視頻信號或者142 Mb/s的無壓縮數(shù)字復合數(shù)字視頻信號，從而無法勝任無壓縮數(shù)字視頻信號的非線性編輯工作。然而，隨著數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展，各種圖像壓縮算法日臻成熟，使得在蘋果機和PC機上進行視頻非線性編輯成為了現(xiàn)實，這些圖像壓縮算法是實現(xiàn)相對廉價的視頻非線性編輯的關(guān)鍵所在。而視頻采集卡正是采用這樣的壓縮算法。只不過它把壓縮程序集成在硬件中。目前，國內(nèi)外的非線性編輯系統(tǒng)，大都是采用Motion－JPEG算法。這種壓縮算法對活動的視頻圖像通過實行實時幀內(nèi)編碼過程單獨地壓縮每一幀，可以進行精確到幀的后期編輯。Motion－JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的，可以由相同的硬件和軟件來實現(xiàn)，這對壓縮／解壓電路實現(xiàn)高度集成化有幫助。由于這種算法不太復雜，可以用很小的壓縮比（2∶1）進行全幀采集，從而實現(xiàn)廣播級指標所要求的無損壓縮。

二是進行特技的加速。以前的非線性編輯系統(tǒng)多使用軟件的方式制作特技，需要漫長的生成時間，效率很低，只能依靠計算機的計算能力。而且信號又被重新壓縮，圖像質(zhì)量劣化。視頻處理卡中的DVE特技板，可以完成兩路或多路的實時特技。用硬件方式來完成特技的制作，速度快，效率高，還可以實時回放。

三是疊加字幕的功能。早期的非線性編輯系統(tǒng)中這三類卡是獨立的，分別安放在不同的插槽中。這樣既繁瑣又增加了故障出現(xiàn)的幾率，也影響處理速度。目前已經(jīng)將視音頻采集、壓縮與解壓縮、視音頻回放、實時特技、字幕等全部集成在同一塊卡或一套卡上，使得整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)非常簡潔。

壓縮與解壓縮是視頻處理卡的核心內(nèi)容，因為龐大的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量使普通的計算機都不堪重負，不能正常處理數(shù)碼率高達216 Mb/s（27 MB/s）的無壓縮數(shù)字分量視頻信號，或者142 Mb/s（17.75 MB/s）的無壓縮數(shù)字復合視頻信號，從而無法勝任無壓縮數(shù)字視頻信號的非線性編輯工作。目前，我國擁有的非線性編輯系統(tǒng)大都是采用M－JPEG算法。這種壓縮算法對活動的視頻圖像通過實行實時幀內(nèi)編碼過程單獨地壓縮每一幀，可以進行精確到幀的后期編輯。由于這種算法不太復雜，可以用很小的壓縮比（2∶1）進行全幀采集，從而實現(xiàn)廣播級指標所要求的無損壓縮。若采用廣播級指標進行2∶1壓縮，經(jīng)過壓縮的數(shù)字視頻信號其數(shù)碼率仍有108 Mb/s（分量視頻）或71 Mb/s（復合視頻）。

2.1.3 大容量數(shù)字存儲載體 數(shù)字非線性編輯系統(tǒng)所要存儲的是大量的視頻音頻素材，數(shù)據(jù)量極大，因此需要大容量的存儲載體，在目前情況下硬磁盤（即硬盤）是一種最佳的選擇。非線性編輯的特點對硬盤的容量和讀寫速度提出了更高的要求。影響硬盤數(shù)據(jù)傳輸率的因素一是磁頭的讀寫速度；二是接口類型和總線速度。磁頭的讀寫速度既取決于采用何種磁頭技術(shù)（如磁阻式磁頭技術(shù)），又取決于硬盤的主軸轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在常見的硬盤轉(zhuǎn)速有4 500 rpm、5 400 rpm、7 200 rpm、10 000 rpm。

用于非線性編輯系統(tǒng)的硬盤從4.3 G、9 G、18 G發(fā)展到更大容量，也難以滿足系統(tǒng)的需要，硬盤陣列技術(shù)成為大容量數(shù)字存儲載體今后的發(fā)展方向。

硬盤陣列 RAID（Redundant Array of Inexpensive Disk）是具有冗余度的多重化磁盤陣列，它有獨立的機箱和供電系統(tǒng)，不占計算機CPU資源，與計算機操作系統(tǒng)無關(guān)，利用若干臺小型硬盤加上控制器按一定的組合條件而組成一個大容量快速響應(yīng)的存儲系統(tǒng)，從用戶看是一個大硬盤。這一硬盤技術(shù)不但大大提高硬盤的容量和讀寫速度，更重要的是提高了系統(tǒng)的可靠性。當硬盤塔中某一個硬盤遭到物理損壞時，可將其熱拔出，并將備份磁盤熱插入，系統(tǒng)內(nèi)的RAID控制器將利用冗余硬盤中的數(shù)據(jù)進行恢復。故一個硬盤發(fā)生故障時不成問題，能繼續(xù)保持播出工作。而且，在不切斷電源下也可以更換硬盤，所以維修中更換故障硬盤不必使系統(tǒng)停止工作。另外，隨著光盤技術(shù)的發(fā)展，今后將能開發(fā)出大容量、低價格、便于攜帶的可讀寫光盤技術(shù)用于非線性編輯系統(tǒng)，這將大大改善非線性編輯系統(tǒng)的性能。

2.1.4 非線性編輯接口 非線性編輯系統(tǒng)在工作時，視音頻素材是從錄像機上載至計算機的硬盤上，經(jīng)過編輯后再輸出至錄像機記錄下來。信號的傳送是通過視音頻信號接口來實現(xiàn)的。另外，為了適合網(wǎng)絡(luò)傳送的需要，非線性編輯系統(tǒng)的接口也要考慮到廣播電視數(shù)字技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的潮流。在非線性編輯系統(tǒng)中，數(shù)字接口由兩部分組成：計算機內(nèi)部存儲體與系統(tǒng)總線的接口，以及非線性編輯系統(tǒng)與外部設(shè)備的接口。與外部設(shè)備的接口也包括兩部分：與數(shù)字設(shè)備連接的接口及與網(wǎng)絡(luò)連接的接口。

2.2 非線性編輯系統(tǒng)的軟件環(huán)境

從非線性編輯系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)來看，它只是完成了視音頻數(shù)據(jù)的輸入／輸出、壓縮／解壓縮、存儲等工作，這還不夠。要完成非線性編輯工作，還要有相應(yīng)的應(yīng)用軟件，才能組成一套完善的非線性編輯系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界上非線性編輯軟件種類繁多，但我們?nèi)匀豢梢砸罁?jù)這些軟件的功能，用從輸入／輸出到制作的次序來排定它們的層次。

2.2.1 穩(wěn)定可靠的操作系統(tǒng) 運行在硬件平臺上的是計算機的軟件操作系統(tǒng)，對應(yīng)不同的機型存在著不同的操作系統(tǒng)平臺。早期非線性編輯系統(tǒng)的主流操作平臺是建立在Macintosh計算機基礎(chǔ)之上的Mac OS系統(tǒng)，Mac顯示出它強大的處理能力，如創(chuàng)造性的應(yīng)用程序，為廣告制作商、后期制作室和演播室等用戶方面提供了比較完善的功能，初期大約有60%的非線性編輯系統(tǒng)是基于Mac平臺的，現(xiàn)在有代表性的產(chǎn)品如Media-100系列。目前比較高檔的非線性操作系統(tǒng)都運行在Windows NT平臺上，它支持32位線程級多任務(wù)、對稱多處理器和多種類型的中央處理器，具有工業(yè)級的穩(wěn)定性、安全性和容錯能力。

對于以SGI工作站為硬件平臺的系統(tǒng)來說，UNIX是最流行的操作系統(tǒng)。

2.2.2 方便實用的非線性編輯軟件 非線性編輯軟件是指運行在計算機硬件平臺和操作系統(tǒng)之上，在開發(fā)軟件平臺上發(fā)展的用于非線性編輯的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，這是非線性編輯系統(tǒng)的核心，非線性編輯的大部分操作過程都要在非線性編輯軟件中完成。

這類軟件大致可分為專用型和通用型。其中專用型的軟件大都由非線性編輯系統(tǒng)開發(fā)商根據(jù)他們所選用的視頻處理卡的特點而專門開發(fā)，如國產(chǎn)的大洋、奧維迅、新奧特等公司開發(fā)的軟件，國外的如AVID公司的軟件。作為專門開發(fā)的非線性編輯軟件，充分考慮了與視頻處理卡的匹配，由此組成的整個系統(tǒng)性能較穩(wěn)定。

除了專用型的軟件外，目前還有許多通用型的軟件，都是由第三方的公司（既不是視頻處理卡制造商，也不是非線性編輯系統(tǒng)集成商）開發(fā)的，它的特點是可以不依賴硬件運行，安裝在任何電腦上都可以使用。這些軟件種類繁多，功能強大，在很大程度上填補了非線性編輯系統(tǒng)在特技效果和多層畫面合成能力上的不足。

3 結(jié)語

本文簡單概述了非線性編輯系統(tǒng)的構(gòu)成，實際種類很多，我們應(yīng)該根據(jù)自身實際情況選擇經(jīng)濟高效的非線性編輯系統(tǒng)，從而更好地完成制作。■

2012-05-09