電視非線性編輯系統(tǒng)(參考)

1、電視非線性編輯系統(tǒng)余勝泉2000/11/10北京師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所目錄n編輯系統(tǒng)的發(fā)展歷史n非線性編輯概要n數(shù)字視頻技術(shù)基礎(chǔ)n非線性編輯系統(tǒng)的基本構(gòu)成n如何選購(gòu)非線性產(chǎn)品n非線性編輯的發(fā)展趨勢(shì)n典型的非線性編輯系統(tǒng)簡(jiǎn)介編輯系統(tǒng)的發(fā)展歷史物 理剪 輯1956年，安培公司發(fā)明了2英寸磁帶錄像機(jī)，電視節(jié)目不必像以前那樣借助電影膠片記錄和借助電影銀幕播出了。早期電視節(jié)目編輯沿用了電影的剪加方式，它首先用放大鏡對(duì)磁帶上的磁跡進(jìn)行定位，然后使用刀片或切刀在特定的位置切割磁帶，找出一段段所需的節(jié)目片段后，用膠帶把他們粘在一起。這種編輯對(duì)磁帶的損傷是永久性的，制作過(guò)節(jié)目的磁帶以后不能再使用。同時(shí)由于不

2、能在編輯時(shí)查看畫(huà)面，編輯點(diǎn)的選擇無(wú)法保證精確，編輯人員只能憑經(jīng)驗(yàn)并借助刻度尺來(lái)確定每個(gè)鏡頭的大致長(zhǎng)度。電 子編 輯電視編輯在1961年前后進(jìn)入了電子編輯的階段。由于能夠使用快進(jìn)和快速例帶功能在磁帶上尋找編輯點(diǎn)，以及使用暫停功能控制錄像機(jī)的錄制和重放，編輯人員可以連接一臺(tái)放像機(jī)（放機(jī)）、一臺(tái)錄像機(jī)（錄機(jī)）和相應(yīng)的監(jiān)視器，構(gòu)成一套標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)編系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從素材到節(jié)目的轉(zhuǎn)錄。電子編輯擺脫了物理剪輯的黑箱操作模式，避免了對(duì)磁帶的永久性的物理?yè)p傷，節(jié)目制作人員在編輯過(guò)程中可以查看編輯結(jié)果，并可以及時(shí)進(jìn)行修改，也可以保存作為節(jié)目源的素材母帶。電子編輯存在的主要問(wèn)題是精度不高，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的2英寸錄像機(jī)無(wú)法逐幀重放

3、。此外，在編輯過(guò)程中，由于編輯人員手動(dòng)操作錄像鍵，錄像鍵按下的時(shí)機(jī)掌握需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，一般無(wú)法保證編輯點(diǎn)的完全精確。而且錄機(jī)在開(kāi)始錄像和停止錄像的時(shí)候帶速不均勻，與放機(jī)的走帶速度存在差異，容易造成節(jié)目中各鏡頭接點(diǎn)處的跳幀現(xiàn)象。時(shí) 碼編 輯受到電影膠片的片孔號(hào)碼定位的啟發(fā)，美國(guó)電子工程公司（EECO）于1967年研制出了EECO時(shí)碼系統(tǒng)。1969年，使用小時(shí)、分鐘、秒和幀對(duì)磁帶位置進(jìn)行標(biāo)記的SMPTE/EBU時(shí)碼在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。其后，在電視節(jié)目后期制作領(lǐng)域，各種基于時(shí)碼的編輯控制設(shè)備不斷涌現(xiàn)，同時(shí)也開(kāi)發(fā)出了大量新的編輯技術(shù)和編輯手段。例如，錄機(jī)放機(jī)同步預(yù)卷編輯、編輯預(yù)演、自動(dòng)串編、脫機(jī)草編

4、和多對(duì)一編輯等等。同時(shí)，為了改善編輯精度與提高編輯效率，專業(yè)電視設(shè)備廠商在穩(wěn)定帶速和增加搜索速度上也作了很多工作。然而盡管如此，由于信號(hào)記錄媒體的固有限制，電視編輯仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編輯點(diǎn)定位等功能，由于磁帶復(fù)制造成的信號(hào)損失也無(wú)法徹底避免。非 線性 編輯世界上第一臺(tái)非線性編輯系統(tǒng)1970年出現(xiàn)于美國(guó)，在這種早期的模擬非線性編輯系統(tǒng)中，圖像信號(hào)以調(diào)頻方式記錄在可裝卸的磁盤(pán)上，編輯時(shí)可以隨機(jī)訪問(wèn)磁盤(pán)以確定編輯點(diǎn)。80年代，出現(xiàn)了純數(shù)字的非線性編輯系統(tǒng)，這些系統(tǒng)使用磁盤(pán)和光盤(pán)作為數(shù)字視頻信號(hào)的記錄載體。由于當(dāng)時(shí)的磁盤(pán)存儲(chǔ)容量小，壓縮硬件也不成熟，所以畫(huà)面是以不壓縮的方式記錄的。系統(tǒng)所能處理的節(jié)目總長(zhǎng)

5、度約為幾十秒至幾百秒，因此僅能用于制作簡(jiǎn)短的廣告和片頭。80年代末到90年代初，非線性編輯系統(tǒng)進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期，這得益于JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)的確立、實(shí)時(shí)壓縮半導(dǎo)體芯片的出現(xiàn)、數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展和其它相關(guān)硬件與軟件技術(shù)的進(jìn)步。同時(shí)，由于多種主要的媒體都以數(shù)字化的形式存在，在存儲(chǔ)和記錄形式上實(shí)現(xiàn)了真正的統(tǒng)一，因此非線性編輯系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也大大超越了傳統(tǒng)的編輯設(shè)備，它不僅能夠編輯視頻和音頻節(jié)目，還可以處理文字、圖形、圖像和動(dòng)畫(huà)等多種形式的素材，極大的豐富了電視和多媒體制作的手段。概要n非線性編輯系統(tǒng)（Noliner Editing System ，簡(jiǎn)稱NLE），是使用數(shù)字存儲(chǔ)媒體進(jìn)行數(shù)字視頻編輯的數(shù)

6、字化后期制作系統(tǒng)。它是在高檔多媒體電腦的基礎(chǔ)上構(gòu)造的專用數(shù)字視頻后期制作設(shè)備，它不但能完成一臺(tái)多媒體計(jì)算機(jī)的大部分工作，還具備了在高畫(huà)質(zhì)情況下完成線性編輯系統(tǒng)的所有功能，集成了電視臺(tái)后期機(jī)房中多種傳統(tǒng)設(shè)備的功能，而且具備了傳統(tǒng)線性電視編輯系統(tǒng)所無(wú)法比擬的功能。n非線性編輯技術(shù)是一門(mén)新的綜合性技術(shù)，它覆蓋了電視技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要領(lǐng)域，包括音頻技術(shù)、視頻技術(shù)、數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)字圖象處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，把數(shù)字化、多媒體、交互性和網(wǎng)絡(luò)化帶人編輯工作中，它解決了線性編輯存在的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了節(jié)目編輯流程，提高了編輯效率，特別是方便的剪切和編輯和靈活多變的數(shù)字特效處理功能，把制作

7、人員從繁雜的搜尋鏡頭和修改工作中解脫出來(lái)，并給制作者以無(wú)限的藝術(shù)創(chuàng)造空間。非線性編輯給電視后期制作帶來(lái)重大的變革?；竟δ茉陔娨暪?jié)目制作過(guò)程中，典型的非線性編輯系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下傳統(tǒng)電視編輯設(shè)備的功能：n硬盤(pán)數(shù)字錄像機(jī)：即使是最簡(jiǎn)單的非線性編輯系統(tǒng)，也能充當(dāng)一臺(tái)硬盤(pán)錄像機(jī)進(jìn)行視頻信號(hào)的記錄和重放。存儲(chǔ)節(jié)目的最長(zhǎng)時(shí)間根據(jù)硬盤(pán)容量和對(duì)圖像質(zhì)量的不同要求而定。n（非線性）編輯控制器：在硬盤(pán)上快速實(shí)時(shí)的尋找編輯點(diǎn)，設(shè)定入點(diǎn)、出點(diǎn)及其它標(biāo)記，這是非線性編輯系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)編輯控制器的一個(gè)重要特點(diǎn)。n切換臺(tái)：在傳統(tǒng)的磁帶式編輯中，進(jìn)行對(duì)編和A/B卷編輯分別需要一臺(tái)放機(jī)、一臺(tái)錄機(jī)或兩臺(tái)放機(jī)、一臺(tái)錄機(jī)。在非線性編輯

8、系統(tǒng)中，采用了時(shí)間線和視頻、音頻軌的概念，一般來(lái)說(shuō)一條視頻軌可以看作一臺(tái)放像機(jī)，因此能用多條軌模擬多通道切換臺(tái)。n特技機(jī)：非線性編輯系統(tǒng)可以使用內(nèi)置軟件或用硬件實(shí)現(xiàn)特技的功能。軟件特技成本低廉，并可不斷升級(jí)；硬件支持的特技速度較快。n字幕和圖形創(chuàng)作：在非線性編輯系統(tǒng)中，一般有專門(mén)的軟件用于制作字幕和圖形，并通過(guò)軟件或硬件方法實(shí)現(xiàn)與視頻信號(hào)的疊加。n動(dòng)畫(huà)制作：所有動(dòng)畫(huà)制作都是由助電腦完成的，尤其是三維動(dòng)畫(huà)。在非線性編輯系統(tǒng)中生成的動(dòng)畫(huà)采用標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，可以包含透明及摳像信息，便于和視頻畫(huà)面進(jìn)行合成。n數(shù)字錄音機(jī)、音源和調(diào)音臺(tái)：非線性編輯系統(tǒng)中都包含音頻輸入/輸出單元、軟件波表或（和）硬件波表

9、及硬件混音器，可以錄制高質(zhì)量的聲音，可以用數(shù)百種樂(lè)器的原始音色演奏MIDI（音樂(lè)儀器數(shù)字接口）樂(lè)曲，也可以配合軟件完成多路音頻信號(hào)電平的調(diào)節(jié)。除了后期制作，非線性系統(tǒng)開(kāi)始插足前期制作，有些廠商推出硬盤(pán)攝錄一體機(jī)，如日本池上公司生產(chǎn)的Editcam全數(shù)字?jǐn)z錄一體機(jī)，即以硬盤(pán)作為記錄載體。同磁帶攝錄一體機(jī)相比，它能即時(shí)記錄瞬間即逝的鏡頭，放像過(guò)程中也能立即進(jìn)入記錄狀態(tài)，不丟失畫(huà)面，還可以直接通過(guò)攝錄機(jī)磁盤(pán)進(jìn)行簡(jiǎn)單的節(jié)目編輯。技術(shù)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)與線性系統(tǒng)相比，非線性編輯系統(tǒng)具有高度集成化、功能齊全、操作方便等特性，只需外加一臺(tái)錄像機(jī)，非線性編輯系統(tǒng)就能完成一套線性編輯系統(tǒng)所能完成的編輯工作。具體有：n（

10、1）數(shù)字非線性編輯系統(tǒng)全部的工作過(guò)程均以32BIT數(shù)字量化壓縮算法完成。因此視頻信號(hào)處理鏈路基本不受外界噪波干擾，沒(méi)有傳統(tǒng)模擬線性編輯過(guò)程中的噪聲干擾現(xiàn)象產(chǎn)生，圖像質(zhì)量高。n（2）由于是數(shù)字信號(hào)的編輯，圖像質(zhì)量不會(huì)因設(shè)備的新舊而出現(xiàn)大的差別。n（3）制作節(jié)目快捷，高效。n（4）節(jié)省機(jī)時(shí)，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。傳統(tǒng)的視頻磁頭壽命為5001 000小時(shí)，計(jì)算機(jī)硬盤(pán)為300 000小時(shí)。n（5）硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化，適應(yīng)多種編輯軟件，可隨意制作多種數(shù)字特技，增加節(jié)目的藝術(shù)性。n（6）具備多代拷貝而圖像質(zhì)量不會(huì)急劇下降的特點(diǎn)。n（7）由于編輯系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，易于構(gòu)建大型甚至全球視頻網(wǎng)絡(luò)，從而使節(jié)目的交換及素材

11、資料資源共享成為可能。n（8）由于視頻和音頻均可以被采集和量化，因而還可以應(yīng)用靜幀凍結(jié)技術(shù)，制作出多彩多姿的圖像電子郵件或軟件封面，在多媒體制作領(lǐng)域中加以應(yīng)用。n（9）設(shè)備體積小，便攜性能好，易于掛接計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，編輯、傳輸工作可以隨時(shí)隨地進(jìn)行。線性與非線性磁鼓磁頭磁頭磁帶磁盤(pán)ADCBE磁盤(pán)與磁帶對(duì)比圖磁盤(pán)上信息組織方式脫機(jī)（Offline）與聯(lián)機(jī)（Online）第一步是“初編”，有人稱為“原始編輯”，后來(lái)又稱其為“草稿編輯（Draft Editing）”，那就是先以大壓縮比，如100：1，決定編輯點(diǎn)、特技效果的編輯決定表（EDL），這就是草稿編輯。節(jié)目制作者在編輯過(guò)程中，不斷選擇各種有用的

12、場(chǎng)景片段，這些片段都有一個(gè)地址，這就需要將這些地址存儲(chǔ)在一個(gè)表中，如果需要的話可以直接返回到以前選擇的某一個(gè)過(guò)程，這種存儲(chǔ)場(chǎng)景選擇信息的表稱為編輯決策表（EDL）或編輯判決表。利用EDL控制硬盤(pán)的快速旋轉(zhuǎn)，在重放過(guò)程中只選取EDL中所規(guī)定的視頻和音頻片段，在軟件的高速執(zhí)行過(guò)程中，重放無(wú)間隙，編輯點(diǎn)處無(wú)停頓或閃爍，視頻、音頻、圖形均可隨機(jī)迭加。顯然，草稿編輯目的在于得到EDL。這種原始的草稿編輯過(guò)程，稱為“脫機(jī)”編輯。脫機(jī)編輯是非線性的，圖像質(zhì)量達(dá)不到廣播級(jí)水平。第二步，以小壓縮比，如2：1，將存有EDL的軟盤(pán)插入編輯控制器內(nèi)，控制廣播級(jí)錄像機(jī)按照EDL進(jìn)行廣播級(jí)成品帶的編輯，這種生產(chǎn)節(jié)目成品帶

13、的過(guò)程，稱為“聯(lián)機(jī)”編輯。 非線性編輯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)錄像機(jī)監(jiān)視器CPU硬盤(pán)內(nèi)存特技卡視音頻處理卡計(jì)算機(jī)顯示器音箱磁盤(pán)陣列典型的非性編輯系統(tǒng)非線性編輯系統(tǒng)組成信號(hào)輸入接口單元多媒體素材存儲(chǔ)單元中央處理單元信號(hào)輸出接口單元非線性編輯系統(tǒng)工作原理A/DD/A錄像機(jī)特技切換壓縮與解壓縮CPU內(nèi)存硬盤(pán)模擬信號(hào)輸入模擬信號(hào)輸出基本的編輯過(guò)程n素材采集模擬視頻信號(hào)源及其設(shè)備：模擬視頻信號(hào)源及其設(shè)備：錄像機(jī)（VCR）、攝像機(jī)（VideoCamera或Camcorder），激光視盤(pán)機(jī)（Laser Disc Player）電視機(jī)；模擬設(shè)備與非線性主機(jī)的連接：VideoOut：VideoIn；AudioOut：LineI

14、n；RFOut：RFIn；SpeakerOut：音箱；數(shù)字接口：QSDI接口、CSDI接口、SDI接口和DV接口；設(shè)置采集參數(shù)：對(duì)同一種壓縮方法來(lái)說(shuō)，壓縮比越小，圖像質(zhì)量越高，相應(yīng)地占用的存儲(chǔ)空間越大。采用不同壓縮方式的非線性編輯系統(tǒng)，錄制視頻素材時(shí)的壓縮比可能不同，但也可能獲得同樣的圖像質(zhì)量。n素材分類：素材箱（BIN） 基本的編輯過(guò)程n編輯制作素材處理時(shí)間線編輯數(shù)字特技處理字幕制作音效處理n合成輸出時(shí)間線編輯特技制作視頻的基本概念n人的視覺(jué)特性人眼依靠視網(wǎng)膜上光敏細(xì)胞一桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞獲得了彩色視覺(jué)人眼僅對(duì)電磁波譜中的可見(jiàn)光區(qū)（波長(zhǎng)從380nm到780nm）敏感人眼對(duì)亮度的敏感程度比對(duì)顏

15、色的敏感程度高n電視信號(hào)及其分類為兼容黑白電視機(jī)，因此把彩色信號(hào)分成亮度信號(hào)和兩上色差信號(hào)分別傳送Y0.30R+0.59G+0.11B色差信號(hào)分別為R-Y、G-Y和B-Y亮度信號(hào)帶寬為6MHZ，色度信號(hào)的帶寬為1.3MHZ電視制式：PAL制、NTSC制和SECAM制n視頻信號(hào)的產(chǎn)生、處理和傳送過(guò)程攝像機(jī)拍攝、后期編輯、發(fā)送與接收n視頻信號(hào)的描述像素、掃描行數(shù)、幀頻和場(chǎng)頻、寬高比視頻信號(hào)的數(shù)字化n視頻序列的SMPTE表示單位SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）使用的時(shí)間碼標(biāo)準(zhǔn)，其格式是：小時(shí)：分鐘：秒：幀，或hours

16、：minutes：seconds：frames 一段長(zhǎng)度為00：02：31：15的視頻片段的播放時(shí)間為2分鐘31秒15幀n數(shù)字視頻的采樣步驟 濾波、采樣、量化 ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)YCbCr信號(hào)的采樣方案為4：2：2，即亮度信號(hào)采樣頻率約為副載波頻率的4倍，為13.5MHZ。色度信號(hào)的采樣頻率是亮度信號(hào)采樣頻率的一半，為6.75MHZ。n數(shù)字視頻的采樣格式Y(jié)：U：V4：1：1，這種方式是在每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個(gè)亮度Y的樣本值，而色差U、V分別取其第一點(diǎn)的樣本值，共6個(gè)樣本。顯然這種方式的采樣比例與全電視信號(hào)中的亮度、色度的帶寬比例相同，數(shù)據(jù)量較小。Y：U：V4：2：2，這種

17、方式是在每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個(gè)亮度Y的樣本值，而色差U、V分別取其第一點(diǎn)和第三點(diǎn)的樣本值，共8個(gè)樣本。這種方式能給信號(hào)的轉(zhuǎn)換留有一定余量，效果更好一些。這是通常所用的方式。Y：U：V4：4：4，在這種方式中，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)，亮度Y、色差U、V各取一個(gè)樣本。顯然這種方式對(duì)于原本就是較高質(zhì)量分量信號(hào)的信號(hào)源（如SVideo源），可以保證其色彩質(zhì)量，但信息量大。數(shù)字演播室標(biāo)準(zhǔn)：ITUR601(CCIR601)ITU-601中，包含了如何將模擬視頻變?yōu)閿?shù)字形式的技術(shù)問(wèn)題，但是它沒(méi)有發(fā)布物理上的實(shí)行方法，對(duì)采樣頻率；采樣結(jié)構(gòu)；色彩空間轉(zhuǎn)換等也都作了嚴(yán)格的規(guī)定，主要包括：n分量視頻:ITU-601公布

18、的數(shù)字編碼應(yīng)基于使用一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)不同的色度信號(hào)，也就是通常所說(shuō)的YCrCb色彩空間。對(duì)電視行業(yè)，這些信號(hào)直接與如何將整個(gè)電視信號(hào)編碼、與通過(guò)基帶同軸電纜或是地面廣播頻率傳送、和與在電視監(jiān)視器或是在磁帶錄像機(jī)上解碼有關(guān)。n2濾波：ITU-601描述了為了獲得最高的數(shù)字質(zhì)量，在進(jìn)行YCrCb采樣之前，必須進(jìn)行濾波。n3采樣率：ITU-601規(guī)定了對(duì)PAL和NTSC視頻圖像的采樣率，實(shí)現(xiàn)了世界范圍的可互操作性。為了保證信號(hào)的同步，采樣頻率必須是電視信號(hào)行頻的倍數(shù)。ITU為NTSC、PAL和SECAM制式制定的共同的電視圖像采樣標(biāo)準(zhǔn)：f s13.5MHZ 這個(gè)采樣頻率正好是PAL、SECAM制行

19、頻的864倍；NTSC制行頻的858倍，可以保證采樣時(shí)采樣時(shí)鐘與行同步信號(hào)同步。對(duì)于4：2：2的采樣格式，亮度信號(hào)用fs頻率采樣；兩個(gè)色差信號(hào)分別用fs26.75MHZ的頻率采樣。由此可推出色度分量的最小采樣率是3.375MHZ。n亮度和色度采樣方法：ITU-601推薦對(duì)色度的采樣頻率是亮度的一半，這就是所謂的4:2:2采樣方法。n分辨率：根據(jù)采樣頻率，可算出對(duì)于PAL和SECAM制式，每一掃描行采樣864個(gè)樣本點(diǎn)；對(duì)于NTSC制則是858個(gè)樣本點(diǎn)。由于電視信號(hào)中每一行都包括一定的同步信號(hào)和回掃信號(hào)，故有效的圖像信號(hào)樣本點(diǎn)并沒(méi)有那么多，ITU 601規(guī)定對(duì)所有的制式，其每一行的有效樣本點(diǎn)數(shù)為7

20、20點(diǎn)。由于不同的制式其每幀的有效行數(shù)不同（PAL和SECAM制為576行，NTSC制為484行），ITU 定義720484為高清晰度電視HDTV（High Definition TV）的基本標(biāo)準(zhǔn)。n量化：ITU-601提供了一種編碼方法，是關(guān)于如何將亮度和色度信號(hào)從模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。對(duì)亮度通道，黑色是16，白色是235。在16以下和在235以上的數(shù)值是用于尖峰值和特殊控制目的的。（一個(gè)8位的采樣系統(tǒng)允許總共256個(gè)數(shù)值）。對(duì)色度，有很細(xì)微的差異。n數(shù)據(jù)量：ITU601規(guī)定，每個(gè)樣本點(diǎn)都按8位數(shù)字化，也即有256個(gè)等級(jí)。但實(shí)際上亮度信號(hào)占220級(jí)；色度信號(hào)占225級(jí)，其它位作同步、編碼等

21、控制用。如果按f s 的采樣率、4：2：2的格式采樣，則數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量為：13.5（MHZ）8（BIT）26.75（MHZ）8（BIT） = 27Mbyte / s (黑場(chǎng)空白信號(hào)) 同樣可以算出，如果按4：4：4的方式采樣，數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量為每秒40兆字節(jié)！按每秒27兆字節(jié)的數(shù)據(jù)率計(jì)算，一段10秒鐘的數(shù)字視頻要占用270兆字節(jié)的存儲(chǔ)空間，編輯數(shù)字視頻的關(guān)鍵問(wèn)題是數(shù)字視頻的壓縮技術(shù)。數(shù)字視頻編碼n視頻壓縮編碼的基本概念有損（Lossy）和無(wú)損（Lossless）壓縮幀內(nèi)（Intraframe）和幀間（Interframe）壓縮對(duì)稱（symmetric）和不對(duì)稱（asymmetric）編碼n常

22、用視頻壓縮技術(shù)預(yù)測(cè)編碼：也稱為差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM），是根據(jù)原始信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)相差除去視頻圖像信號(hào)的相關(guān)性，達(dá)到壓縮的目的離散余弦變換（DCT）編碼：在變換域里描述視頻圖像比空間域里簡(jiǎn)單，利用變換編碼，視頻圖像的相關(guān)性明顯下降，信號(hào)能量集中在幾個(gè)變換系數(shù)上，可有效的壓縮數(shù)據(jù)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，分形圖像壓縮：分形編碼實(shí)際就是把圖像分割成若干個(gè)子圖像，子圖像通過(guò)迭代函數(shù)反復(fù)迭代而成，這些迭代函數(shù)只需幾個(gè)參數(shù)即可確定，因此得到較高的壓縮比。小波壓縮：采用局部函數(shù)在頻域和時(shí)域同時(shí)分析法，將圖像信號(hào)分解成不同頻率區(qū)域，然后根據(jù)圖像統(tǒng)計(jì)特性和人眼生理特性，在不同的頻域采用不同的壓縮

23、方法，是視頻數(shù)據(jù)量減少。n非線性編輯系統(tǒng)的常用幾種壓縮方式目前應(yīng)用于非線性編輯系統(tǒng)的幾種壓縮方式包括：Motion JPEG、MPEG、SONY的BETACAM SX、DVCAM，松下公司的DVCPRO，JVC的Digital S，小波壓縮格式等。Motion-JPEG RGB轉(zhuǎn)換器YUV色抽樣 DCT量化零記數(shù)霍夫曼編碼RGBMotion-JPEG可以理解為活動(dòng)圖像的JPEG壓縮，M-JPEG基于靜態(tài)圖像壓縮格式JPEG，對(duì)活動(dòng)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的幀內(nèi)壓縮，幀內(nèi)壓縮有一個(gè)好處就是可以精確的定位每一幀圖像，這一點(diǎn)非常適合非線性編輯，在編輯過(guò)程中，可以隨機(jī)存取任意一幀圖像，對(duì)于幀編輯十分理想。M-JP

24、EG采用DCT編碼技術(shù)。JPEG（Joint Photographic Experts Group）即聯(lián)合圖片專家組，是一個(gè)聯(lián)合ISO/ITU-T技術(shù)委員會(huì)，成立于1986年低，主要工作是為連續(xù)色調(diào)（灰度或彩色）靜止圖像壓縮制定通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)用電視測(cè)試圖像（720576，Y:U:V=4:2:2；每像素16比特；寬高比4:3）進(jìn)行不同的方案測(cè)試，經(jīng)過(guò)多次篩選，于1988年1月完成最終測(cè)試和評(píng)選，結(jié)果選出自適應(yīng)88DCT方案為最佳方案，1991年正式提交了ISO CD10918號(hào)建議草案。JPEG提供了3種壓縮算法：基本系統(tǒng)（Baseline System）、擴(kuò)展系統(tǒng)（Extended Sy

25、stem）和無(wú)失真壓縮（Lossless）。所有的JPEG編碼器和解碼器必須支持基本系統(tǒng)，另外兩種壓縮算法適用于特定環(huán)境。基本系統(tǒng)基于DCT和可變長(zhǎng)編碼（VLC）壓縮技術(shù)，能提供高達(dá)100：1的壓縮比，且能保證可接受的重建圖像質(zhì)量，由于DCT編碼有失真，故重建圖像不能精確地再現(xiàn)原始圖像，其圖像的失真程度與壓縮比密切相關(guān)。JPEG最初雖然是為靜止圖像設(shè)計(jì)的，但實(shí)際上，只要硬件處理速度足夠快，完全可以應(yīng)用與視頻壓縮，因此，許多非線性編輯系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在JPEG的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了M-JPEG壓縮技術(shù)。MJPEG的壓縮過(guò)程n色抽樣：色抽樣：在視頻處理器中處理的是分量信號(hào)（YUV），因此輸入的信號(hào)不是分量信號(hào)

26、，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，亮度信號(hào)（Y）、色度信號(hào)（UV）各用8比特表示，每個(gè)采樣共用24比特。信號(hào)轉(zhuǎn)換后，亮度信號(hào)直接進(jìn)入DCT編碼器中，而色度信號(hào)需要進(jìn)行再抽樣、同步，然后進(jìn)入DCT編碼器，這個(gè)過(guò)程是個(gè)有損失的過(guò)程，有些信息丟失后無(wú)法還原。色度抽樣時(shí)，處理U分量的同時(shí)，丟失V分量；處理V分量時(shí)，丟失U分量，這樣減少了數(shù)據(jù)量，本來(lái)需要24比特來(lái)表示一個(gè)抽樣，現(xiàn)在只用16比特（8比特的亮度信號(hào)，8比特的色度信號(hào)），這就是常說(shuō)的4：2：2（Y：U：V）。不同的廠家可能有不同的處理方法，有的會(huì)提高壓縮比，有的可能不做處理，而采用24比特的無(wú)損信號(hào)。色度抽樣完成后，色度信號(hào)與亮度信號(hào)輸入到DCT變換器中，DC

27、T變換器的作用主要是用頻率變換來(lái)表示圖像。nDCT：分量信號(hào)的圖像進(jìn)入DCT變換器中，每幀被分割成許多88（像素）的正方形，一幅圖像可以分割成幾千個(gè)這樣的正方形，DCT變換器對(duì)這些正方形進(jìn)行分析，計(jì)算出其灰度變化，然后用頻率表示其灰度值，比如大塊圖形或輪廓變化不大的部分用低頻表示，對(duì)邊緣或細(xì)節(jié)這樣變化大的部分用高頻表示，DCT變換器對(duì)所有正方形分析完后，在對(duì)下一幅圖像進(jìn)行分析。從DCT變換器輸出的亮色信號(hào)使用頻率來(lái)表示的，進(jìn)入下一個(gè)過(guò)程-量化。n量化：量化：量化過(guò)程決定了整個(gè)壓縮過(guò)程的壓縮程度，可以采用有損壓縮或無(wú)損壓縮，一旦進(jìn)行有損壓縮，丟失的信息無(wú)法還原。M-JPEG一般采用2：1的壓縮比

28、，在回放時(shí)，可以達(dá)到無(wú)壓縮時(shí)的視覺(jué)效果。根據(jù)對(duì)人類視覺(jué)系統(tǒng)的分析，人眼對(duì)亮度和色度的敏感程度不同，在辨別一幅圖形時(shí)，亮度信號(hào)對(duì)人眼的刺激更為重要，而色度信號(hào)在損失90%的情況下，人眼仍然可以分辨出圖形。數(shù)字視頻壓縮技術(shù)參考了人眼的這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)色度信號(hào)進(jìn)行壓縮，來(lái)得到較高的壓縮比。量化級(jí)數(shù)是量化的重要參數(shù)，其范圍從0到255，級(jí)數(shù)越大，圖像信息丟失越多，圖像質(zhì)量越差，可以得到較高的壓縮比。量化級(jí)數(shù)與每幀的數(shù)據(jù)量成反比，級(jí)數(shù)大，每幀圖像的數(shù)據(jù)量小，反之亦然。通過(guò)量化，把圖像的頻率數(shù)據(jù)根據(jù)量化轉(zhuǎn)換成一系列的數(shù)，記錄了圖像的信息。n零記數(shù)：零記數(shù)：量化過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)數(shù)組，通過(guò)計(jì)算數(shù)組中的零的個(gè)數(shù)，來(lái)幫助

29、在傳輸過(guò)程中判斷數(shù)組的尾端。這個(gè)過(guò)程多采用RLE（run-length encoding）算法。n霍夫曼編碼：霍夫曼編碼：霍夫曼編碼是DCT編碼的最后一步，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余計(jì)算，把多余的信息去掉，傳遞更少的數(shù)據(jù)。霍夫曼編碼得到的結(jié)果，就是存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)。如果要看視頻影象，將這些數(shù)據(jù)解碼，然后通過(guò)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，得到模擬的視頻信號(hào)，又可以在監(jiān)視器上瀏覽或記錄在錄像帶上了。壓縮比與碼速率、記錄時(shí)間和圖像質(zhì)量比較壓縮比碼速率MBS記錄時(shí)間（每GB）圖像質(zhì)量119.7852秒D1、D51.612.361分2秒D2、D329.891分43秒DVW36.592分35秒Batacam SP、M244

30、.953分26秒Batacam M53.964分19秒U(xiǎn)-matic SP82.476分54秒SVHS、Hi8101.988分37秒U(xiǎn)-matic VO200.9917分23秒VHSMPEG編碼MPEG（Moving Pictures Experts Group）即活動(dòng)圖像專家組，建立于1988年，MPEG的主要任務(wù)是為了把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和廣播電視系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，建立統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)。在制定MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)前，確定出標(biāo)準(zhǔn)建立的要求，規(guī)定質(zhì)量和當(dāng)前錄像機(jī)所達(dá)到的水平相當(dāng)，壓縮圖像和伴音總碼率為1.5Mbps，數(shù)字存儲(chǔ)適合當(dāng)前應(yīng)用的幾種媒體。MPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)于1990年制訂，是一種既可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，也可

31、以同過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。M-JPEG是基于靜態(tài)圖像的壓縮技術(shù)，MPEG卻是基于動(dòng)態(tài)圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG也采用88DCT壓縮編碼技術(shù)，編碼過(guò)程和前面介紹的類似，但在分析運(yùn)動(dòng)部分時(shí)，會(huì)采用更大面積的分塊。MPEG壓縮技術(shù)有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如VCD、非線性編輯、電視會(huì)議、VOD等。MPEG有好幾個(gè)版本，各有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用：(1)MPEG-1：MPEG-1以4：2：0采樣壓縮，每秒12MBITS的傳輸碼率，圖像大小352240，掃描頻率30場(chǎng)/秒。MPEG-1采用幀間編碼技術(shù)，幀間編碼比幀內(nèi)編碼可達(dá)到的壓縮比高，而且能夠自適應(yīng)幀內(nèi)/幀間編碼，圖像活動(dòng)劇烈時(shí)，視頻信號(hào)的幀間相關(guān)性下降，幀內(nèi)相關(guān)性增強(qiáng)

32、，圖像活動(dòng)緩慢或靜止時(shí)，幀間相關(guān)性增強(qiáng)，因此自適應(yīng)幀內(nèi)/幀間編碼使幀間預(yù)測(cè)誤差減小，提高編碼效率。MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)提供的圖像質(zhì)量比電視略強(qiáng)，適合于非專業(yè)視頻領(lǐng)域，如VCD等，但用于廣播電視方面，其視頻質(zhì)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。(2)MPEG-2：MPEG-2是一種高質(zhì)量視頻的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，也有人稱它為用于廣播電視的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像格式采用720480像素，這與ITU601標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的演播室用數(shù)字電視像素相同，是MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)所定像素的4倍，同時(shí)規(guī)定傳輸碼率為410Mbps，差不多是MPEG-1傳輸碼率的4倍，MPEG-2采用10比特量化方式，MPEG-2與MPEG-1完全兼容。MP

33、EG-2的專業(yè)版本（Professional Profile main level）采用4：2：2采樣壓縮，傳輸碼率可達(dá)50-60Mbps。MPEG-2視頻體系包括5類（簡(jiǎn)單類、主類、SNR可分級(jí)類、空間可分級(jí)類、高類）、4個(gè)等級(jí)（低級(jí)、主級(jí)、高1440級(jí)、高級(jí)），適應(yīng)廣播、通信、計(jì)算機(jī)和家電視聽(tīng)工業(yè)的不同需求。在同等視頻質(zhì)量下，MPEG-2所占空間為M-JPEG的10%15%，同時(shí)MPEG-2已經(jīng)成為DVD和DVB的標(biāo)準(zhǔn)，因此，有些非線性編輯系統(tǒng)也采用MPEG-2這種壓縮方式，目前基于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字壓縮格式有SONY的BETACOM SX（4：2：2PML）和松下的DVCPRO（4：

34、2：0）等。 (3)MPEG-4： MPEG-4正在制訂中，是一種廣域傳輸標(biāo)準(zhǔn)，傳輸碼率在10kbps到1Mbps之間。交換格式在產(chǎn)品的后期處理過(guò)程中，我們經(jīng)常強(qiáng)烈需要將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)從一個(gè)應(yīng)用程序平滑地傳送到另一個(gè)應(yīng)用程序。為此，不同應(yīng)用程序之間為了相互交換數(shù)據(jù)而共同遵守某一共同的交換文件格式是非常重要的，常用有兩種視頻交換文件格式。1OMFOMF就是開(kāi)放媒體格式（Open Media Format）的縮寫(xiě)。OMF交換是為方便各種不同的系統(tǒng)協(xié)作處理數(shù)字媒體數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的一種交換格式。目前OMF是異質(zhì)平臺(tái)上交換數(shù)字媒體的文件標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)使用OMF存儲(chǔ)數(shù)字媒體時(shí)，視頻數(shù)據(jù)從一個(gè)應(yīng)用程序傳遞到另一個(gè)時(shí)就不

35、需要重新采樣：只需將其輸出成OMF文件格式，再在另一個(gè)程序中從OMF格式文件中導(dǎo)入即可。OMF在專業(yè)質(zhì)量級(jí)別上定義了一個(gè)交換數(shù)字媒體的標(biāo)準(zhǔn)方法。它被設(shè)計(jì)成可擴(kuò)展的并且隨著數(shù)字媒體使用的廣泛性和復(fù)雜性的增長(zhǎng)而演化。創(chuàng)建、編輯和播放數(shù)字媒體所需要的所有信息都可以在某個(gè)OMF交換文件中封裝；盡管OMF主要是被設(shè)計(jì)用來(lái)交換的但它的結(jié)構(gòu)同樣適于直接播放。最初是AVID公司開(kāi)始研制OMF的，但現(xiàn)在有400多家生產(chǎn)廠商和終端公司一起在參與OMF標(biāo)準(zhǔn)的制定。但根據(jù)我們目前所了解的情況和市場(chǎng)前景（從不同的制造商獲取的信息），主要的非線形編輯系統(tǒng)的制造商都不愿意遵守OMF。他們中的一些人認(rèn)為OMF是AVID公司所

36、專有的格式?jīng)]有成為標(biāo)準(zhǔn)的潛在可能。2 Open DMLOpen DML最初由Microsoft、D-vision、Dynatech EML、JVC、Montage、Pinnacle Systems、C-Cube、Truvision和Adobe等大公司一起制定。 Open DML是一個(gè)通用的數(shù)字媒體文件格式。它允許用戶直接讀取任何公司產(chǎn)品中的同一塊視頻數(shù)據(jù)。Open DML是一個(gè)在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的程序，這就意味著所有基于Mac的的產(chǎn)品將被排除在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之外。OMF方法與Open DML方法有著本質(zhì)上的區(qū)別：它們并不是對(duì)立的，而是一種互補(bǔ)的關(guān)系。OMF是一種在兩個(gè)不同的非兼容格式下的交換

37、格式，Open DML是一種通用文件格式。AVID正在準(zhǔn)備與Open DML靠攏，但其它公司如Panasonic、Sony、Quantel等卻都沒(méi)有絲毫靠攏的跡象。數(shù)字音頻技術(shù)n聲音的本質(zhì)：通過(guò)空氣、水或物體中分子的震動(dòng)傳播的一種縱向波。n聲音描述：振幅與頻率，聽(tīng)覺(jué)頻率范圍稍有差異，但一般認(rèn)為是在20HZ到20000HZn聲音的記錄原理：物理存儲(chǔ)（電流信號(hào)）、磁存儲(chǔ)和光存儲(chǔ)n聲音的數(shù)字化:采樣、量化音頻采樣類型聲音類型采樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)存儲(chǔ)量（每分鐘）電話質(zhì)量的語(yǔ)音11.025 KHZ8單聲道662 KB高質(zhì)量的語(yǔ)音11.025 KHZ16單聲道1.32MB音樂(lè)22.05 KHZ16單聲道

38、2.65MB音樂(lè)22.95 KHZ16立體聲5.3MBCD質(zhì)量的音頻44.1 KHZ16立體聲10.6MB 音頻卡中聲音信號(hào)的處理過(guò)程S/H保持A/D采樣抗混濾波器PGA程序放大器PGA程序放大器DA重建濾波LPsinx/xDSP（ASIC）DMA接口總線輸出輸入輸入的模擬音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器放大后，由程序可控增益放大器進(jìn)一步對(duì)輸入信號(hào)的幅度進(jìn)行控制。抗混濾波器根據(jù)采樣頻率濾除可能引起噪聲的頻率。經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）和采樣保持（S/H）電路，得到8位或16位數(shù)字化聲音數(shù)據(jù)。DSP芯片對(duì)聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行ADPCM壓縮，以DMA傳送方式，通過(guò)PC總線將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤(pán)上。聲音重放輸出的過(guò)程正好相反，

39、從硬盤(pán)讀出的編碼聲音數(shù)據(jù)，被系統(tǒng)以DMA方式傳道到DSP處理器，經(jīng)DSP解碼和數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A），變成模擬信號(hào)，再由重建濾波器進(jìn)行低通平滑（sinx/x）濾波。聲音信號(hào)的輸出電平在軟件的控制下，經(jīng)過(guò)功率放大器輸出。數(shù)字音頻的壓縮編碼及文件存儲(chǔ)n編碼和壓縮ADPCM：高質(zhì)、高數(shù)據(jù)率的無(wú)損音頻壓縮算法，可用于任何類型聲音的編碼。MPEG Layer3低數(shù)據(jù)率、高質(zhì)量的復(fù)合音頻壓縮方法，對(duì)混合類型的聲音比對(duì)純語(yǔ)壓縮的效果要好，在Internet網(wǎng)上應(yīng)用比較普遍。DSP Group TrueSpeech：一種中低速碼率的、面向語(yǔ)音的壓縮編碼方法。（CCITT）G 711 A-Law and u-Law

40、:電話質(zhì)量的語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)率比較低。n“指令”格式又稱“創(chuàng)作”格式，一般由音樂(lè)作曲和創(chuàng)作人員設(shè)計(jì)完成，其典型的文件類型是MIDI文件。在這種文件中記錄了一系列的發(fā)聲指令，其中包含音色、音調(diào)和聲音的延續(xù)長(zhǎng)度等信息。MIDI文件只占用很小的硬盤(pán)存儲(chǔ)空間，但需要比較復(fù)雜的硬件和軟件（例如波表音源）相配合才能使用，而且在不同的音源上演奏的效果相差非常遠(yuǎn)；“數(shù)據(jù)”格式又稱“記錄”格式，這種類型的音頻文件一般用來(lái)保存真實(shí)世界中發(fā)生的語(yǔ)音、音樂(lè)和音響。n常用的音頻文件幾種：*.aif：蘋(píng)果Macintosh多媒體計(jì)算機(jī)中標(biāo)準(zhǔn)音頻文件格式；*.asf：微軟所定義的流式音頻格式，支持多種壓縮編碼方案，適用于

41、14.4KBPS和28.8KBPS的低速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，該種格式的文件中除了保存原始音頻信號(hào)之外，還能記錄附加的數(shù)據(jù)信息。*.avi：一種常見(jiàn)的視頻文件格式，也可用于記錄采用多種壓縮算法的多軌音頻信號(hào)；*.ra：一種網(wǎng)絡(luò)流式音頻格式，適用于14.4KBPS和28.8KBPS的低速連接；*.voc：用于多媒體PC計(jì)算機(jī)的音頻數(shù)據(jù)格式，支持8比特和16比特?cái)?shù)字采樣，由創(chuàng)通公司定義；*.wav：標(biāo)準(zhǔn)的Windows音頻數(shù)據(jù)格式，支持多種壓縮算法、8比特和16比特?cái)?shù)字采樣和單聲道與立體聲通道。*.mov：蘋(píng)果Macintosh多媒體計(jì)算機(jī)中視音頻文件記錄格式，可以不包括視頻畫(huà)面只包含音頻信號(hào)。非線性編輯系統(tǒng)

42、的基本構(gòu)成非線性系統(tǒng)主機(jī)編輯顯示器監(jiān)視器錄像機(jī)攝像機(jī)音頻卡SCSI接口卡視頻卡SCSI硬盤(pán)音箱顯示卡素材顯示器音箱磁帶錄音機(jī)SCSI硬盤(pán)SCSI硬盤(pán)SCSI硬盤(pán)軟件：非線性編輯軟件（含素材制作及管理）、三維動(dòng)畫(huà)軟件、特技效果制作軟件、操作系統(tǒng)軟件主板、CPU等一套完整的非線性編輯系統(tǒng)主要包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)及顯示器、視音頻處理卡、硬盤(pán)陣列箱、接線盒、錄像機(jī)、監(jiān)視器、音箱、網(wǎng)絡(luò)接口、軟件，另外還有許多擴(kuò)展設(shè)備如特技卡等。錄像機(jī)在非線性編輯系統(tǒng)中起著播放素材帶和錄制母帶的做用，不參與節(jié)目的制作工作，錄像機(jī)是視音頻信號(hào)源，其質(zhì)量決定了信號(hào)的質(zhì)量。監(jiān)視器是監(jiān)視視頻信號(hào)的設(shè)備，由于現(xiàn)在電視制作基本都采用分量

43、信號(hào)，因此，監(jiān)視器應(yīng)該具備監(jiān)視分量信號(hào)的功能。音箱是用來(lái)監(jiān)聽(tīng)音頻信號(hào)的設(shè)備，在音頻編輯的過(guò)程中，要監(jiān)聽(tīng)制作的音響效果，因此音箱的質(zhì)量不能太差，一般使用木制有源音箱。計(jì)算機(jī)平臺(tái)非線性編輯系統(tǒng)中，視音頻信號(hào)的處理編輯都是在計(jì)算機(jī)中完成的，計(jì)算機(jī)可以說(shuō)是非線性編輯系統(tǒng)的最基本的部分，提供給整個(gè)系統(tǒng)各種軟硬件資源。一般非線性編輯系統(tǒng)采用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)主要是蘋(píng)果計(jì)算機(jī)和高檔PC機(jī)，也有一些廠商采用價(jià)格不菲的SGI工作站。n1991年SGI推出了真正完整的非線性編輯工作站Indigo2。其中央處理器采用的分別是33、50和75MHz的R3000、R4000和R4400RISC芯片，這些處理器的速度獨(dú)立于系統(tǒng)

44、總線速度。主板上除了CPU、FPU以及兩級(jí)高速緩存Cache外，還在總線上設(shè)置了專用集成電路芯片，這些特別設(shè)計(jì)的ASIC芯片可以在不需要CPU參與的情況下，執(zhí)行內(nèi)存和處理器的中斷、I/O處理、總線控制、像素填充、圖形繪制等操作。CPU總線與用于連接處理器核心、主內(nèi)存、I/O系統(tǒng)、擴(kuò)展槽以及圖形板的GIO總線分別以不同的速度運(yùn)行，擁有不同的時(shí)鐘，使二者的能力得到最大限度的發(fā)揮，因而可以快速高效地傳送大量的數(shù)據(jù)。SGI工作站的圖形和動(dòng)畫(huà)功能很強(qiáng)，但其昂貴的價(jià)格常令用戶望而卻步。n蘋(píng)果計(jì)算機(jī)在視頻領(lǐng)域里發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)先進(jìn)，操作系統(tǒng)穩(wěn)定，特別是其64位PCI總線技術(shù)，為數(shù)據(jù)的高速傳輸?shù)於嘶A(chǔ)，蘋(píng)果

45、機(jī)一開(kāi)始就具有多媒體功能，使用PCI總線和SCSI外設(shè)，速度比PC機(jī)具有明顯優(yōu)勢(shì)。最早進(jìn)行非線性編輯系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的也采用蘋(píng)果機(jī)器，如美國(guó)AVID公司的MC系列，其核心部件都集中在Mac主機(jī)里，包括Nuvista圖像板（將視頻信號(hào)數(shù)字化并負(fù)責(zé)控制編輯顯示器上的顯示）、JPEG板（用來(lái)實(shí)時(shí)壓縮和解壓縮信號(hào)）、音頻板（進(jìn)行音頻信號(hào)的數(shù)字化和處理）和硬盤(pán)加速卡（能以16BIT位長(zhǎng)傳輸字節(jié)，保證視頻采集和重放時(shí)需要的硬盤(pán)性能）。Mac機(jī)雖然在印刷、平面設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著較穩(wěn)固的地位，但是基于Windows/Intel體系結(jié)構(gòu)的PC機(jī)與蘋(píng)果機(jī)相比，硬件配件的可選范圍和軟件種類更多，數(shù)據(jù)格式通用性更強(qiáng)，而且有較多的開(kāi)

46、發(fā)工具可供編程，因此生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)廠家越來(lái)越將目光轉(zhuǎn)移到PC機(jī)平臺(tái)。n比起蘋(píng)果計(jì)算機(jī)來(lái)，PC機(jī)雖然占有計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的主要份額，但在圖像方面上，還是稍遜一籌，不過(guò)PC機(jī)也在視頻方面不斷的發(fā)展，與蘋(píng)果機(jī)競(jìng)爭(zhēng)視頻行業(yè)的市場(chǎng)，特別近幾年P(guān)C機(jī)的CPU主頻飛速提高，而且伴隨的總線技術(shù)也有較大進(jìn)步，因此基于Windows NT平臺(tái)的非線性系統(tǒng)大量涌現(xiàn)，同時(shí)工作站的價(jià)格也在不斷下降，由于其優(yōu)越的圖形處理功能，使工作站在非線性編輯中占有一席之地。存儲(chǔ)介質(zhì)n非線性系統(tǒng)采用的外部存儲(chǔ)器主要是磁盤(pán)和光盤(pán)，判斷存儲(chǔ)器的性能考慮三個(gè)因素：容量、數(shù)據(jù)傳輸速率和訪問(wèn)時(shí)間。n磁盤(pán)以“0”、“1”這樣的數(shù)字信號(hào)記錄數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確、無(wú)損失

47、的記錄、復(fù)制、傳輸各種數(shù)據(jù)，而且可以迅速訪問(wèn)磁盤(pán)上任意位置的數(shù)據(jù)。磁盤(pán)目前朝著高容量、高速度的方向發(fā)展，磁盤(pán)容量從幾十MB發(fā)展到上百GB，更大的磁盤(pán)還在不斷出現(xiàn)。由于計(jì)算機(jī)的CPU主頻迅速提高，處理數(shù)據(jù)速度已經(jīng)非?？炝?，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里的瓶頸主要在于數(shù)據(jù)傳輸，因此對(duì)磁盤(pán)的性能和接口速度的要求也在不斷的提高。磁盤(pán)可以分為軟盤(pán)和硬盤(pán)兩種。n磁盤(pán)陣列：RAID的本意是為了容錯(cuò)。容錯(cuò)系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)化的，RAID結(jié)構(gòu)稱為級(jí)（Level），不同級(jí)有各自的特點(diǎn)，并不是級(jí)序越高、性能全面的就好，應(yīng)該根據(jù)不同的應(yīng)用選擇不同的級(jí)別，才能達(dá)到最佳使用狀態(tài)。RAID共分為0、1、3、5、10、30和50七個(gè)級(jí)別，0、1、3

48、、5級(jí)已標(biāo)準(zhǔn)化，10、30、50仍在討論中。在非線性編輯系統(tǒng)中，硬盤(pán)中的數(shù)據(jù)是從錄像帶上上載的，容錯(cuò)起碼在目前是不重要的，而傳輸速度才是最迫切需要解決的問(wèn)題。因而，RAID的第0級(jí)，即帶區(qū)集是非線性編輯系統(tǒng)中最受歡迎的方式。帶區(qū)集雖不提供任何容錯(cuò)，但能使組成帶區(qū)的邏輯盤(pán)讀寫(xiě)速度提高數(shù)倍。用310只8MB/S的廉價(jià)SCSI硬盤(pán)組成帶區(qū)集速度能達(dá)到1640MB/S，基本上能與UltraWideSCSI總線的速度相匹配，使無(wú)損壓縮和無(wú)壓縮的單路視頻采集不丟幀，并能實(shí)現(xiàn)視頻壓縮數(shù)據(jù)的多路采集和回放。n光盤(pán)存儲(chǔ)器作為大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)，以其體積小、密度高、容量大、數(shù)據(jù)保存壽命長(zhǎng)、介質(zhì)可換、工作安全可靠、抗

49、灰塵能力強(qiáng)、單位價(jià)格低廉以及應(yīng)用多樣化的特點(diǎn)，已成為一種重要的外設(shè)。光盤(pán)大致分為兩類：WORM（write once， read many 一次寫(xiě)盤(pán)，多次讀盤(pán)）和WMRM（write many， read many 多次讀寫(xiě)），WORM只能進(jìn)行一次寫(xiě)盤(pán)，數(shù)據(jù)一旦寫(xiě)到盤(pán)上，就不能刪去重寫(xiě)，寫(xiě)盤(pán)后只供讀取數(shù)據(jù)用，和CD-ROM的區(qū)別在于CD-ROM上已經(jīng)由生產(chǎn)廠家寫(xiě)好數(shù)據(jù)供用戶讀取使用，WORM需用戶自己往盤(pán)上寫(xiě)數(shù)據(jù)。WMRM是可擦寫(xiě)光盤(pán)，就象磁盤(pán)一樣，數(shù)據(jù)寫(xiě)到盤(pán)上還可以刪除，寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)。RAID主 接 口分 片 邏 輯磁 盤(pán) 控 制 器設(shè)備驅(qū)動(dòng)器物理磁盤(pán)1物理磁盤(pán)2物理磁盤(pán)n磁盤(pán)接口主 接 口

50、鏡 像 邏 輯磁 盤(pán) 控 制 器設(shè)備驅(qū)動(dòng)器物理磁盤(pán)1物理磁盤(pán)2磁盤(pán)接口主磁盤(pán)輔磁盤(pán)主 接 口比特或字節(jié)分片邏輯磁 盤(pán) 控 制 器設(shè)備驅(qū)動(dòng)器物理磁盤(pán)1物理磁盤(pán)n磁盤(pán)接口緩 存 器奇偶校驗(yàn)發(fā)生器物理磁盤(pán)2物理磁盤(pán)3磁 盤(pán) 旋 轉(zhuǎn) 同 步數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)主 接 口邏輯塊分片邏輯磁 盤(pán) 控 制 器設(shè)備驅(qū)動(dòng)器物理磁盤(pán)1物理磁盤(pán)n磁盤(pán)接口緩 存 器奇偶校驗(yàn)發(fā)生器物理磁盤(pán)2物理磁盤(pán)3磁 盤(pán) 旋 轉(zhuǎn) 同 步數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)0級(jí)1級(jí)3級(jí)5級(jí)SCSI、SSA、FC、IEEE1394接口接口類型時(shí)鐘速度數(shù)據(jù)寬度傳輸率SCSI-15MHz1字節(jié)5 M B /秒高速窄口（Fa

51、st，Narrow）SCSI 10MHz 1字節(jié)10MB/秒高速寬口（Fast，Wide）SCSI（SCSI-2）10MHz2字節(jié)20MB/秒超高速寬口（Ultra，Wide）SCSI20MHz 2字節(jié)40MB/秒SCSI（Small computer system interface 小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）作為磁盤(pán)接口。SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)最早在大型機(jī)里流行，后來(lái)蘋(píng)果公司在其產(chǎn)品中引入SCSI接口，SCSI接口才在臺(tái)式機(jī)中出現(xiàn)，而后進(jìn)入工作站、PC機(jī)領(lǐng)域。SCSI接口一般應(yīng)用在要求數(shù)據(jù)傳輸量大的系統(tǒng)中，SCSI存儲(chǔ)設(shè)備的性能也比一般的設(shè)備好，對(duì)于數(shù)字視頻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這可能是最佳選擇。SCSI控制卡是

52、連接CPU和存儲(chǔ)器的接口，由于它提供DMA（direct memory access）通道功能，大大提高了SCSI設(shè)備的傳輸速率，比如只使用SCSI-1型接口的硬盤(pán)，可提供1.5MB/秒的傳輸率，如果配置一塊相應(yīng)的SCSI控制卡，傳輸率可達(dá)到5MB/秒。另外SCSI技術(shù)受到距離的限制，最大支持3米的連接距離，超高速寬口SCSI只支持1.5米距離和4個(gè)SCSI設(shè)備。但使用控制卡模式可以增大有效距離，如單端控制卡（Single-end controllers）可以支持6米，多端控制卡（Differential controllers）可支持72米（超高速寬口SCSI除外，只能到1.5米）。SSA（

53、Serial storage architecture）是IBM開(kāi)發(fā)的一種CPU與存儲(chǔ)器之間的高速接口技術(shù)，一般SSA可以提供和SCSI相當(dāng)?shù)膫鬏斔俾剩?0MB/秒，40MB/秒），高速SSA可以達(dá)到100到160MB/秒的傳輸率，利用SSA可以輕松的傳輸無(wú)壓縮的ITU-601標(biāo)準(zhǔn)視頻數(shù)據(jù)。但是由于SSA接口沒(méi)有被大多磁盤(pán)、控制卡制造商采用，這種技術(shù)沒(méi)能在非線性系統(tǒng)中流行起來(lái)。FC（Fibre Channel）是一種采用光通道的高速傳輸技術(shù)，它利用光纖取代了銅芯，傳輸速率可達(dá)250MB/秒，F(xiàn)C-AL（Fibre Channel Arbitrated Loop）提供125MB/秒的CPU-存儲(chǔ)

54、器傳輸速率。許多廠商開(kāi)始支持這種光通道技術(shù)，在不久的將來(lái)，也許會(huì)在非線性系統(tǒng)領(lǐng)域里展露頭角。IEEE1394是蘋(píng)果公司針對(duì)串并行接口（RS232，SCSI等）提出的，1995年底得到認(rèn)可，并且成立商業(yè)聯(lián)盟，這種接口技術(shù)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力，并且可以熱插拔和網(wǎng)絡(luò)連接，支持的傳輸速率可達(dá)400MBITS/秒，將來(lái)可以達(dá)到1GBITS/秒，甚至更高。目前IEEE1394得到了廣泛支持，相應(yīng)的產(chǎn)品也不斷的出現(xiàn)，如數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)、數(shù)字相機(jī)等，為非線性編輯的前后期一體化提供了支持。備份存儲(chǔ)n8mm 25-40美元 25GBnDAT 15-20美元 25GBnDLT 99美元20-35GBn8mm 一代 2GB

55、 1.5MB/秒（寫(xiě)速率）n8mm 二代 4GB 1.5MB/秒（寫(xiě)速率）n8mm 三代 15GB1.5MB/秒（寫(xiě)速率）n8mm 四代 20GB3MB/秒（寫(xiě)速率）n8mm 五代 30GB5MB/秒（寫(xiě)速率）目前最常用的大數(shù)據(jù)量備份設(shè)備是磁帶，磁帶不僅能夠記錄模擬的視音頻信號(hào)，而且還可以記錄數(shù)字信號(hào)。市面上有多種格式的磁帶，如：4mm磁帶，8mm磁帶，DAT（digital audio tape數(shù)字音頻磁帶），DLT（digital linear tape數(shù)字線性磁帶），不同的磁帶需要不同的磁帶驅(qū)動(dòng)器。磁帶的磁密度高，單位面積記錄的數(shù)據(jù)量大，而且造價(jià)低廉，其傳輸速度相對(duì)較慢，但能滿足備份數(shù)據(jù)

56、的速率要求。下面的列表顯示了磁帶的造價(jià)和傳輸速度的相關(guān)數(shù)據(jù)。nDLT 一代 10GB1.25MB/秒（寫(xiě)速率）nDLT 二代 15GB1.25MB/秒（寫(xiě)速率）nDLT 三代 20GB1.5MB/秒（寫(xiě)速率）nDLT 四代 35GB5MB/秒（寫(xiě)速率）nDAT 一代 1GB 250KB/秒（寫(xiě)速率）nDAT 二代 4GB 500KB/秒（寫(xiě)速率）nDAT 三代 12GB1.25MB/秒（寫(xiě)速率）視音頻處理卡 n從硬件構(gòu)成的角度看，視音頻處理卡可分為單通道和雙通道兩種。這里通道的意思是指在內(nèi)部視頻混合器之前的獨(dú)立的視頻回放通道。目前絕大多數(shù)的非線性編輯系統(tǒng)使用的都是M-JPEG算法，因此可分為只

57、有一個(gè)M-JPEG Codec（編解碼器）的單通道系統(tǒng)和有兩個(gè)M-JPEG Codec的雙通道系統(tǒng)。單通道系統(tǒng)只能對(duì)一路視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮記錄和解壓回放，這就意味著系統(tǒng)肯定無(wú)法完成多層畫(huà)面的實(shí)時(shí)處理。雙通道系統(tǒng)由于可以完成兩路視頻信號(hào)的解壓回放，再與系統(tǒng)內(nèi)部其它處理單元相配合，就可以完成兩路活動(dòng)畫(huà)面的實(shí)時(shí)混合處理。n目前市場(chǎng)上主流板卡有：Pinnacle公司的Targa系列，它屬于音視頻合一卡，是最早進(jìn)入國(guó)內(nèi)的板卡，突出特點(diǎn)是采集質(zhì)量好、信號(hào)穩(wěn)定，不過(guò)支持它的軟件不多，在與三維動(dòng)畫(huà)軟件搭配方面有良好的發(fā)揮，至今仍是許多廣告公司手中的利器。DPS公司PRT系列，使用Videoaction軟件，Ma

58、trax公司的Digisuite系列，與PRT一樣，是較新的板卡，支持多層實(shí)時(shí)。此外還有Nitro，Reeltime等板卡。支持它們的軟件國(guó)外有Premiere，Speedrazor，Videoaction等。nAvid產(chǎn)品與上述產(chǎn)品不同，它自成體系，屬于系統(tǒng)集成商，自己開(kāi)發(fā)軟、硬件。Avid開(kāi)發(fā)第一款非線編到今天，經(jīng)過(guò)了十年的時(shí)間，推出九代非線編產(chǎn)品，和其他幾十種數(shù)字視頻設(shè)備。單通道系統(tǒng) 輸入解碼 縮/解壓縮通道 編碼音頻處理 圖形子系統(tǒng)計(jì) 算 機(jī) 總 線 視頻音頻視頻輸出計(jì)算機(jī)顯示單通道系統(tǒng)其核心部件就是M-JPEG圖像系統(tǒng)，它需要完成視頻信號(hào)的解碼，壓縮解壓縮和顯示（在計(jì)算機(jī)CRT上顯示

59、）以及信號(hào)的編碼輸出。由于單通道系統(tǒng)的回放通道只有一個(gè)，因此無(wú)法實(shí)時(shí)地完成電視節(jié)目制作中常用的特技混合和切換處理。視音頻的處理只能通過(guò)軟件來(lái)生成。采用軟件生成素材有兩大缺陷：一是由于生成需要不斷對(duì)同一素材進(jìn)行壓縮和解壓縮，造成視頻質(zhì)量的損失；二是通過(guò)軟件生成的文件還需再存到硬盤(pán)上去，又占據(jù)了硬盤(pán)空間。單通道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了降低成本，其著眼點(diǎn)只是具備基本的“采集壓縮存儲(chǔ)解壓回放”功能。單通道系統(tǒng)（只有一個(gè)壓縮/解壓縮通道）通常在硬件上無(wú)數(shù)字特技、數(shù)字混合和字幕疊加部分。它只是完成視音頻信息的采集、壓縮解壓縮和編碼輸出。雙通道系統(tǒng) SCSI 接口板上存儲(chǔ)器緩 沖 區(qū) M - JPEG 通 道M

60、 - JPEG通 道多軌數(shù)字音 頻混 合/ 均勻效 果數(shù) 字 視 頻 多 層混 合 器3 D D V E2D D V E 處 理 器視 頻 效 果D S P 控 制32-b i tRGB& A l p h a 圖 文 幀 緩 存P C I 系 統(tǒng) 總 線 串 行 D1 I / O視 頻 I / O接 口 模 擬 視頻I/OSCSI存 儲(chǔ)硬盤(pán)模 擬 數(shù) 字音 頻 輸 入音頻輸出模擬/數(shù)字雙通道系統(tǒng)有兩路視音頻的采集和回放通道，其視音頻子系統(tǒng)的硬件包括：外部視音頻輸入模塊，壓縮采集解壓縮回放模塊，圖文產(chǎn)生模塊，二維數(shù)字特技模塊，三維數(shù)字特技模塊，多層疊加模塊，預(yù)覽輸出及主輸出模塊。視頻信號(hào)輸入后先