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1、非线性编辑视频压缩技术非线性编辑视频压缩技术1 概论视频压缩技术在非线性编辑系统中，数字视频信号的数据量非常庞大，必须对原始信号进行必要的压缩。常见的数字视频信号的压缩方法有 M-JPEG、MPEG 和 DV 等。311 M-JPEG 压缩格式目前非线性编辑系统绝大多数采用 M-JPEG 图像数据压缩标准。1992 年，ISO（国际标准化组织）颁布了 JPEG 标准。这种算法用于压缩单帧静止图像，在非线性编辑系统中得到了充分的应用。JPEG 压缩综合了 DCT 编码、游程编码、霍夫曼编码等算法，既可以做到无损压缩，也可以做到质量完好的有损压缩。完成 JPEG 算法的信号处理器在上世纪 90 年
2、代发展很快，可以做到以实时的速度完成运动视频图像的压缩。这种处理法称为 Motion-JPEG（M-JPEG） 。在录入素材时，M-JPEG 编码器对活动图像的每一帧进行实时帧内编码压缩，在编辑过程中可bswk |视频素材 以随机获取和重放压缩视频的任一帧，很好地满足了精确到帧的后期编辑要求。Motion-JPEG 虽然已大量应用于非线性编辑中，但Motion-JPEG 与前期广泛应用的 DV 及其衍生格式（DVCPRO 25、50 和 Digital-S 等） ，以及后期在传输和存储领域广泛应用的 MPEG-2 都无法进行无缝连接。因此，在非线性编辑网络中应用的主要是 DV 体系和 MPE
3、G 格式。312 DV 体系1993 年，包括索尼、松下、JVC 以及飞利浦等几十家公司组成的国际集团联合开发了具有较好质量、统一标准的家用数字录像机格式，称为 DV 格式。从 1996 年开始，各公司纷纷推出各自的产品。DV 格式的视频信号采用420 取样、8bit 量化。对于 625/50 制式，一帧记录576 行，每行的样点数：Y 为 720；CR、CB 各为 360，且隔行传输。视频采用帧内约 51 数据压缩，视频数据率约 25Mbit/s。DV 格式可记录 2 路（每路 48kHz 取样、bswk |视频素材 16bit 量化）或 4 路（32kHz 取样、12bit 量化）无数据
4、压缩的数字声音信号。DVCPRO 格式是日本松下公司在家用 DV 格式基础上开发的一种专业数字录象机格式，用于标准清晰度电视广播制式的模式有两种，称为 DVCPRO 25 模式和 DVCPRO 50模式。在 DVCPRO 25 模式中，视频信号采用 411 取样、8bit 量化，一帧记录 576 行，每行有效样点，Y 为720，CR、CB 各为 180，数据压缩也为 51，视频数据率亦为 25Mbit/s。在 DVCPRO 50 模式中，视频信号采用422 取样、8bit 量化，一帧记录 576 行，每行有效样点，Y 为 720，CR、CB 各为 360，采用帧内约 331 数据压缩，视频数据
5、率约为 50Mbit/s。DVCPRO 25 模式可记录 2 路数字音频信号，DVCPRO 50 模式可记录 4 路数字音频信号，每路音频信号都为 48kHz 取样、16bit 量化。DVCPRO 格式带盒小、磁鼓小、机芯小，这种格式的一体化摄录机体积小、重量轻，在全国各地方电视台都用得bswk |视频素材 非常多。因此，在建设电视台的非线性编辑网络时，DVCPRO 是非编系统硬件必须支持的数据输入和压缩格式。313 MPEG 压缩格式MPEG 是 Motion Picture Expert Group（运动图像专家组）的简称。开始时，MPEG 是视频压缩光盘（VCD、DVD）的压缩标准。M
6、PEG-1 是 VCD 的压缩标准，MPEG-2 是DVD 的压缩标准。现在，MPEG-2 系列已经发展成为DVB（数字视频广播）和 HDTV（高清晰度电视）的压缩标准。非编系统采用 MPEG-2 为压缩格式将给影视制作、播出带来极大方便。MPEG-2 压缩格式与 Motion-JPEG 最大的不同在于它不仅有每帧图像的帧内压缩（JPEG 方法） ，还增加了帧间压缩，因而能够获得比较高的压缩比。在MPEG-2 中，有 I 帧（独立帧） 、B 帧（双向预测帧）和 P帧（前向预测帧）三种形式。其中 B 帧和 P 帧都要通过计算才能获得完整的数据，这给精确到帧的非线性编辑带来了一定的难度。现在，基于
7、 MPEG-2 的非线性编辑技bswk |视频素材 术已经成熟，对于网络化的非编系统来说，采用 MPEG2-IBP 作为高码率的压缩格式，将会极大减少网络带宽和存储容量，对于需要高质量后期合成的片段可采用 MPEG2-I格式。MPEG2-IBP 与 MPEG2-I 帧混编在技术上也已成熟。32 数据存储技术由于非线性编辑要实时地完成视音频数据处理，系统的数据存储容量和传输速率也非常重要。通常单机的非编系统需应用大容量硬盘、SCSI 接口技术，对于网络化的编辑，其在线存储系统还需使用 RAID 硬盘管理技术，以提高系统的数据传输速率。321 大容量硬盘硬盘的容量大小决定了它能记录多长时间的视音
8、频节目和其它多媒体信息。以广播级 PAL 制电视信号为例，压缩前，1s 视音频信号的总数据量约为 32MB，进行 31压缩后，1min 视音频信号的数据量约为 600MB，1h 视音bswk |视频素材 频节目需要约 36GB 的硬盘容量。近年来硬盘技术发展很快，一个普通家用电脑的硬盘就可以达到 40GB，通常专业使用的硬盘容量在 100GB 左右，因此，现有的硬盘容量完全能够满足非线性编辑的需要。322 SCSI 接口技术数据传输率也称为“读写速率”或“传输速率” ，一般以MB/s 表示。它代表在单位时间内存储设备所能读写的数据量。在非线性编辑系统中，硬盘的数据传输率是最薄弱的环节。普通硬
9、盘的转速还不能满足实时传输视音频节目的需要。为了提高数据传输率，计算机使用了 SCSI接口技术。SCSI 是 Small Computer System Interface（小型计算机系统接口）的简称。目前 SCSI 总线支持 32bit 的数据传输，并具有多线程 I/O 功能，可以从多个 SCSI 设备中同时存取数据。这种方式明显加快了计算机的数据传输速率，如果使用两个硬盘驱动器并行读取数据，则所需文件的传输时间是原来的 1/2。目前 8 位的 SCSI 最大数据传输率为 20MB/s，16 位的 Ultra Wide SCSI(超级宽 SCSI)bswk |视频素材 为 40MB/s，最
10、快的 SCSI 接口 Ultra 320 最大数据传输率能达到 320MB/s。SCSI 接口加上与其相配合的高速硬盘，能满足非线性编辑系统的需要。对非线性编辑系统来说，硬盘是目前最理想的存储媒介，尤其是 SCSI 硬盘，其传输速率、存储容量和访问时间都优于 IDE 接口硬盘。SCSI 的扩充能力也比 IDE 接口强。增强型 IDE 接口最多可驱动 4 个硬盘，SCSI-规范支持 7 个外部设备，而 SCSI-一般可连接 15 个设备，Ultra 2 以上的 SCSI 可连接 31 个设备。323 RAID 管理技术网络化的编辑对非编系统的数据传输速率提出了更高的要求。处于网络中心的在线存储系
11、统通常由许多硬盘组成硬盘阵列。系统要同时传送几十路甚至上百路的视音频数据就需要应用 RAID 管理电路。该电路把每一个字节中的位分配给几个硬盘同时读写，提高了速度，整体上等效于一个高速硬盘。这种 RAID 管理方式不占用计算机bswk |视频素材 的 CPU 资源，也与计算机的操作系统无关，传输速率可以做到 100Mbit/s 以上，并且安全性能较高。33 图像处理技术在非线性编辑系统中，我们可以制作丰富多采的“数字视频特技” （Digital Video Effects，DVE）效果。数字视频特技有硬件和软件两种实现方式。软件方式以帧或场为单位，经计算机的中央处理器（CPU）运算获得结果。
12、这种方式能够实现的特技种类较多，成本低，但速度受CPU 运算速度的限制。硬件方式制作数字特技采用专门的运算芯片，每种特技都有大量的参数可以设定和调整。在质量要求较高的非编系统中，数字特技是由硬件或软件协助硬件完成的，一般能实现部分特技的实时生成。电视节目镜头的组接可分为混合、扫换（划像） 、键控、切换 4 大类。多层数字图像的合成实际上是图像的代数运算的一种。它在非线性编辑系统中的应用有两大类，即全画面合成与区域选择合成。在电视节目后期制作中，bswk |视频素材 前者称为“叠化” ，后者在视频特技中用于“扫换”和“抠像” 。多层画面合成中的层是随着新型数字切换台的出现而引入的。视频信号经数
13、字化后在帧存储器中进行处理才能使层得到实现。所谓的层实际上就是帧存，所有的处理包括划像、色键、亮键、多层淡化叠显等数字处理都是在帧存中进行的。数字视频混合器是非线性编辑系统中多层画面叠显的核心装置，主要提供叠化、淡入淡出、扫换和键控合成等功能。随着通用和专用处理器速度的提高，图像处理技术和特级算法的改进，以及 MMX(Multimedia Extensions，多媒体扩展)技术的应用，许多软件特技可以做到实时或准实时。随着由先进的 DSP 技术和硬件图像处理技术所设计的特技加速卡的出现，软件特技处理时间加快了 820倍。软件数字特技由于特级效果丰富、灵活、可扩展性强，更能发挥制作人员的创意，因
14、此，在图像处理中的应用越来越多。34 图文字幕叠加技术bswk |视频素材 字幕是编辑中不可缺少的一部分。在传统的电视节目制作中，字幕总是叠加在图像的最上一层。字母机是串接在系统最后一级上的。在非线性编辑中，插入字幕有硬件和软件两种方式。软件字幕是利用作图软件的原理把字幕作为图形键处理，生成带 Alpha 键的位图文件，将其调入编辑轨对某一层图像进行抠像贴图，完成字幕功能。硬件字幕的硬件构成通常由一个图形加速器和一个图文帧存组成。图形加速器主要用于对单个像素、专用像素和像素组等图形部件的管理，它具有绘制线段、圆弧和显示模块等高层次图形功能，因而明显减轻了由于大量的图形管理给 CPU 带来的压
15、力。图形加速器的效率和功能直接影响图文字幕的速度和效果。叠加字幕的过程是将汉字从硬盘的字库中调到计算机内存中，以线性地址写入图文帧存，经属性描述后输出到视频混合器的下游键中，将视频图像合成后输出。4 结束语非线性编辑技术的发展经历了 20 多年的时间。近年来数bswk |视频素材 字电视技术和电脑多媒体技术的高速发展，硬件技术的日趋成熟，使非线性编辑在影视制作中的应用越来越多。随着设备的不断小型化，相信这种高质量、高效率的影视制作手段将得到更加广泛普及的应用 1 概论视频压缩技术在非线性编辑系统中，数字视频信号的数据量非常庞大，必须对原始信号进行必要的压缩。常见的数字视频信号的压缩方法有 M-JPEG、MPEG 和 DV 等。311 M-JPEG 压缩格式目前非线性编辑系统绝大多数采用 M-JPEG 图像数据压缩标准。1992 年，ISO（国际标准化组织）颁布了 JPEG 标准。这种算法用于压缩单帧静止图像，在非线性编辑系统中得到了充分的应用。JPEG 压缩综合了 DCT 编码、游程编码、霍夫曼编码等算法，既可以做到无损压缩，也可以做到质量完好的有损压缩。完成 JPEG 算法的信号处理器在上世纪 90 年代发展很快，可以做到以实时的速度完成运动视频图像的压缩。这种处理法称为 M
