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1、,电视节目制作系统,第7章 非线性编辑系统,,71 非线性编辑系统概述,产生于20世纪70年代初期，图像信号采用模拟调频的处理方式，其记录载体为可装卸的磁盘，编辑时通过随机访问磁盘以确定编辑点。20世纪90年代初，出现纯数字的非线性编辑系统，该系统使用磁盘和光盘作为数字视频信号的记录载体，画面是以不压缩的方式记录的，系统所能处理的节目总长度约为几十秒至几百秒。20世纪90年代后，随着JPEC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，非线性编辑系统进入了快速发展的时期。,,1线性编辑与非线性编辑比较,基于磁带的线性编辑所存在的固有缺陷无法克服：(
2、1) 磁头和走带系统的磨损大，而且会导致磁带磁粉的脱落。(2) 需要复最多版才能完成，每经过一次复录，图像质量都会下降。(3) 节目带进行修改和增删时，需重新编辑。(4) 属于功能分担型系统，投入较大。,,非线性编辑系统优点,非线性编辑系统以其集成度高，功能强大，可进行灵活的编辑及无损耗的多代复制等诸多优势，正逐步取代传统的线性编辑系统。非线性编辑系统以计算机为平台，配以专用板卡和高速硬盘，由软件控制完成视、音频节目制作。非线性编辑采用盘基存储器，用磁头或光头读取信息，可以随机地、非线性地存取镜头，因而具有寻找速度快、存取时间短、磨损小、不需预卷、修改方便、编辑精度高、图像损伤小等优点。,,2
3、非线性编辑系统的分类,(1)以硬件平台分类基于PC平台、基于MAC平台、基于工作站平台和基于传统编辑录像机和编辑控制器等。基于PC平台的系统以Intel及其兼容芯片为核心，型号丰富，是目前的主导型系统。基于MAC平台的系统，受到单一的苹果硬件制约。基于工作站平台的系统图形和动画功能较强，但价格昂贵，软件、硬件支持不充分。 基于传统编辑录像机和编辑控制器的系统，注重传统线性系统与非线性系统的平稳过渡，自成体系，处理通用多媒体数据的功能比较弱。,,(2)以压缩格式分类,此类主要有M-JPEG、DV25、DV50、MPEG-2等,,(3)以应用类型分类,单机应用型：单机非线性编辑系统的特点是硬件配置
4、齐全，工作稳定可靠，但使用数量较大时投资成本明显增加，且不能实现资源共享，导致工作效率降低，不利于非线性编辑系统优势的充分发挥。网络非线性编辑系统。,,3非线性编辑系统的功能,(1)硬盘数字录像机。能充当一台硬盘录像机进行视频信号的记录和重放。(2)(非线性)编辑控制器。在硬盘上快速实时地寻找编辑点，设定入点、出点及其他标记。(3)切换台。采用了时间线、视频轨和音频轨的概念。一条视频轨可以看做一台放像机，用多条轨模拟多通道切换台。线编分别需要一台放机、一台录机或两台放机、一台录机。(4)特技机。可以使用内置软件或硬件实现特技的功能。软件特技可不断升级；硬件支持的特技速度较快。,3非线性编辑系统
5、的功能,,非线性编辑系统的功能,(5)字幕和图形创作。有专门的软件用于制作字幕和图形，并与视频信号叠加。(6)动画制作。所有动画制作都是借助电脑完成的，尤其是三维动画。(7)数字录音机、音源和调音台。 非线性编辑系统中都包含音频输入输出单元、软件波表或(和)硬件波表及硬件混音器，可以录制和编制高质量的声音。,,72 非线性编辑系统的基本组成及工作原理,以高性能计算机为平台，配以专用非线性编辑板卡和大容量高速硬盘(AV硬盘)，利用相应的视、音频编辑软件，控制完成视、音频节目的制作。由摄像机录制素材，将素材通过非线性编辑板卡进行AD转换，将数字信号压缩后存储在AV硬盘上，在多媒体平台上对其进行编辑
6、、加工和进行各种动画和特技制作。,,非线性编辑系统的基本组成,,PC&编辑板卡,非线性编辑用的PC实质上就是一台多媒体计算机非线性编辑板卡，也称为图像处理卡，多数集成音频卡的功能。它主要完成视、音频信号的AD、DA转换，编码、解码，压缩、解压缩，实现视、音频特技处理等。,,素材存储,素材存储单元是非线性编辑系统的重要组成部分，存储单元目前普遍采用大容量的高速硬盘，由于数据率较大，为保证图像质量，一般使用10000转以上的SCSI硬盘。通过SCSI接口可以接入多个硬盘，形成大容量的硬盘阵列。,,非编软件,非线性编辑软件主要由操作系统软件和应用程序软件组成。应用程序软件包括非线性编辑软件和各种图形
7、图像处理软件、动画制作软件、声音编辑创作软件等。,,非线性编辑应用软件分类,非线性编辑应用软件有专用型和通用型两大类。专用型由非线性编辑系统开发商根据他们所选用的非线性编辑板卡的特点而专门开发的。它与特定的硬件系统配套使用，有的甚至固定在机器里面，整体性能好，应用方便，制作节目质量高，价格相对昂贵。通用型主要是由非线性编辑系统开发商以外的软件公司开发的，能够支持广泛的非线性编辑板卡，通用性强，对硬件环境的要求相对较低，节目制作质量较高(与硬件相关)，有丰富的第三方软件(插件)支持。Adobe公司的Premiere等。,,Premiere软件特点,(1)广泛兼容性。Premiere支持多种文件格
8、式，并且Premiere支持第三方插入软件，这使得该软件具有强大的扩展功能。(2)音频、视频的实时采集。Premiere配合视频卡可以实现对模拟音频、视频的实时采集，在采集过程中，可以对信号进行调整。(3)强大的特技功能。Premiere提供了近百种视频、音频滤镜，多种转换效果，多种运动效果和字幕叠加功能。(4)所见即所得特性。在PremiereTimeline(时间线)窗口排列的各种片段，均可在显示窗口中进行播放和预览，为节目的编辑、处理、预演等提供方便。(5)时间的非线性。Premiere提供了99个视频轨道和99个音频轨道，在编辑、合成过程中，可以根据所编辑节目的特点随机地调整文件顺序，
9、并配以恰当的声音效果。,,7.2.2 系统视频压缩基本原理,非线性编辑系统是以计算机技术为基础的视频专用设备，其对输入信号的第一个处理环节就是数字化转换和压缩。压缩的基本原理就是采用最佳的数据编码方法，在保证尽可能少地丢失信息量的情况下，尽可能多地去除冗余数据。,,1统计冗余度的压缩,熵编码方法主要是霍夫曼编码和自适应算术编码，它们的思想是使一个数值的编码长度与该数值出现的概率尽可能的成反比。熵编码压缩比不高，约为1.6:1，优点是它是一种无损压缩技术，目前在图像压缩编码中被广泛采用。,,2空间冗余度的压缩,一幅视频图像相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，这就是空间冗余度。图像的空间
10、相关性表示相邻像素点取值变化缓慢。从频域的观点看，意味着图像信号的能量主要集中在低频附近，高频信号的能量随频率的增加而迅速衰减。通过频域变换，可以将原图像信号用直流分量及少数低频交流分量的系数来表示，正交余弦变换就是变换编码的 一种，它是JPEG和MPEG压缩编码的基础，可对图像的空间冗余度进行有效的压缩。视频图像中经常出现一连串连续的像素点具有相同值的情况，典型的如彩条、彩底信号、人物、景物特写等。只传送起始像素点的值及随后取相同值的像素点的个数，也能有效地压缩码率，这就是行游程编码。目前在图像压缩编码中，行游程编码并不直接对图像数据进行编码，主要用于对量化后的变换域系数进行编码。,,3时间
11、冗余度的压缩,时间冗余度表现在电视画面中相继各帧对应像素点的值往往相近或相同，具有时间相关性。在知道了一个像素点的值后，利用此像素点的值及其与后一像素点的值的差值就可求出后一像素点的值。因此，不传送像素点本身的值而传送其与前一帧对应像素点的差值，也能有效地压缩码率，这就是差分编码(DPCM)。,,4视觉冗余度的压缩,视觉冗余度是相对于人眼的视觉特性而言的。视觉特性：对亮度信号比对色度信号敏感；对低频信号比对高频信号敏感；对静止图像比对运动图像敏感；对图像水平线条和垂直线条比对斜线敏感等。因此，包含在色度信号、图像高频信号和运动图像中的一些数据并不能对增加图像相对于人眼的清晰度做出贡献，而被认为
12、是多余的，这就是视觉冗余度。压缩视觉冗余度的核心思想是去掉那些相对人眼而言是看不到的或可有可无的图像数据。,,7.2.3 非线性编辑常用的压缩格式,1.M-JPEG压缩格式MJPEG压缩方式是帧内压缩方式，是对于运动图像的每一帧的压缩，技术最为成熟，当压缩比较小时，其重建图像具有很高的质量，而在压缩比较大时，图像损伤呈DCT算法方块效应它不破坏活动图像的帧结构，故可以实现精确到零帧的图像编辑，它只利用了空域(帧内)压缩，而未利用时域(帧间)压缩，故压缩效率低，不利于存储和传输。,,M-JPEG两个问题,(1)不能单独对一帧视频图像进行压缩，必须考虑视频分场问题，简单的压缩会对电视图像造成严重损
13、伤。(2)缺乏相关的标准对压缩后的流式数据的拼接句法进行规范。JPEG标准只规定了一幅图像内的句法结构，对于连续的压缩图像数据的拼接没有规定，造成不同厂家的硬件产生的压缩码流不能互相通用最早以加拿大Matrox公司为代表的一些公司提供的硬件平台，使用M-JPEG压缩方式，大部分采用Zoran公司的JPEG压缩芯片。,,2MPEG-2压缩格式,MPEG是活动图像专家组(Moving Pictures Expert Group)的缩写，该组织成立于1988年，MPEG-2是其制定的第二个MPEG标准，MPEG-2由系统、视频、音频等9个部分组成，与MPEG-1不同的是，在MPEG-2中引入了类和级
14、的概念，其中与类对应的主要是编码的复杂程度，与级对应的主要是图像格式，,,MPEG-2 主要思想,MPEG-2是以图像组(GOP)作为单元对图像进行处理的。一个GOP内包括3种类型的图像帧，分别称为帧内编码帧(I帧)、前向预测帧(P帧)和双向预测帧(B帧)。首先编I帧，然后以前一个I帧作为预测帧编P帧，最后在I帧和P帧之间插入若干个B帧，B帧是由相邻最近的I帧或P帧作为双向预测后编码的。一般来说，一个GOP中P帧的信息量约占其I帧的12，B帧的信息量约占其I帧的 14。,,解码时，先解码I帧，然后解码P帧，再解码B帧。I帧是帧内编码，不需要其他帧的数据，可直接解码，P帧的解码则要依靠所在GOP中该帧之前的I帧和P帧，B帧的解码要依靠所在GOP中前后的I帧和P帧。图像的传送顺序与显示的顺序是不同的，则图像的传送顺序为PBBPBBIBBPBB，图像的显示顺序则为IBBPBBPBBIBBP。,,由于MPEG-2使用了基于DCT的帧内压缩(空间压缩)和采用运动补偿的帧间压缩（时间压缩)，且同一帧内可使用不同的压缩比，在同等质量的情况下，其压缩效率远高于M-JPEG格式，因而在视频的采集、传输、存储等领域有非常高的应用价值。然而由于MPEG-2标准的I、B、P格式压缩破坏了视频图像的帧结构，使得编辑困难。,,3DV压缩格式,
