張洋 （天津泰達(dá)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(dá)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(xì)介紹了這一編輯系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)，提出了非線性編輯系統(tǒng)的實(shí)際種類很多，應(yīng)該根據(jù)自身實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)高效的系統(tǒng)，更好地完成制作。

計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)使視音頻信號在數(shù)字化環(huán)境中進(jìn)行制作合成，因此計(jì)算機(jī)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡單地說，一臺高性能多媒體計(jì)算機(jī)，配以專用的視頻圖像壓縮解壓縮卡，再加上一個(gè)大容量高速硬盤或硬盤陣列便構(gòu)成了一個(gè)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(jī)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)行工作時(shí)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(gè)圖像文件不同于以往常見的計(jì)算機(jī)單幀固定畫面圖像文件，它的文件內(nèi)容是活動(dòng)圖像，畫面的內(nèi)容隨時(shí)間的變化而變化，也就是說這是一個(gè)有時(shí)間長度的圖像文件，即數(shù)字視頻文件。這個(gè)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(shí)間軸上按順序排列信號流的操作轉(zhuǎn)變?yōu)樵谟?jì)算機(jī)內(nèi)部對視頻文件進(jìn)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(jì)算機(jī)、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(shí)代，對于傳統(tǒng)的模擬視頻信號來說，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行非線性編輯時(shí)，必須首先把視頻源，即來自于模擬攝像機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)等設(shè)備的視頻信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字形式存儲在硬盤上，這個(gè)過程稱為數(shù)字化過程（包括了采樣和量化兩個(gè)步驟）。非線性編輯系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。更為直截了當(dāng)?shù)卣f，就是一臺高性能計(jì)算機(jī)加一塊或一套視音頻輸入/輸出卡（俗稱非編卡），再配上一個(gè)大容量SCSI磁盤陣列便構(gòu)成了一個(gè)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(jì)算機(jī)硬件平臺 目前的非線性編輯系統(tǒng)，不論復(fù)雜程度和價(jià)格高低如何，一般都是以通用的工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī)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(dòng)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(dá)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(jì)算機(jī)+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(rèn)可。在這種架構(gòu)的非線性編輯系統(tǒng)產(chǎn)品中，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(yùn)行等任務(wù)，它的性能和穩(wěn)定性決定了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)、Macintosh機(jī)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(yùn)行在SGI工作站上，Media Spectrum是運(yùn)行在ONYX平臺上的高價(jià)位產(chǎn)品。早期的系統(tǒng)大多選擇了Macintosh機(jī)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)Macintosh機(jī)與PC機(jī)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(jī)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(dāng)年需要在小型機(jī)或工作站上完成的工作，如今PC機(jī)就可以勝任，PC機(jī)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(jì)算機(jī)CPU的計(jì)算速度來實(shí)現(xiàn)的，在這里計(jì)算機(jī)所起的主要作用是管理人機(jī)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(jī)的發(fā)展，基于PC機(jī)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(qiáng)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(gè)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(jìn)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(gè)視頻文件存放在硬盤陣列中，供計(jì)算機(jī)進(jìn)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(fù)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(dá)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(shí)，非線性編輯都是在昂貴的工作站上實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)辇嫶蟮臄?shù)字視頻數(shù)據(jù)量使蘋果機(jī)和普通PC機(jī)都不堪重負(fù)，不能正常處理數(shù)碼率高達(dá)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(fù)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(jī)和PC機(jī)上進(jìn)行視頻非線性編輯成為了現(xiàn)實(shí)，這些圖像壓縮算法是實(shí)現(xiàn)相對廉價(jià)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(dòng)的視頻圖像通過實(shí)行實(shí)時(shí)幀內(nèi)編碼過程單獨(dú)地壓縮每一幀，可以進(jìn)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(shí)現(xiàn)，這對壓縮／解壓電路實(shí)現(xiàn)高度集成化有幫助。由于這種算法不太復(fù)雜，可以用很小的壓縮比（2∶1）進(jìn)行全幀采集，從而實(shí)現(xiàn)廣播級指標(biāo)所要求的無損壓縮。

二是進(jìn)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(shí)間，效率很低，只能依靠計(jì)算機(jī)的計(jì)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(dú)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(shí)時(shí)特技、字幕等全部集成在同一塊卡或一套卡上，使得整個(gè)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?yàn)辇嫶蟮臄?shù)字視頻數(shù)據(jù)量使普通的計(jì)算機(jī)都不堪重負(fù)，不能正常處理數(shù)碼率高達(dá)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(fù)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(dòng)的視頻圖像通過實(shí)行實(shí)時(shí)幀內(nèi)編碼過程單獨(dú)地壓縮每一幀，可以進(jìn)行精確到幀的后期編輯。由于這種算法不太復(fù)雜，可以用很小的壓縮比（2∶1）進(jìn)行全幀采集，從而實(shí)現(xiàn)廣播級指標(biāo)所要求的無損壓縮。若采用廣播級指標(biāo)進(jìn)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(fù)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(diǎn)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(dú)立的機(jī)箱和供電系統(tǒng)，不占計(jì)算機(jī)CPU資源，與計(jì)算機(jī)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(gè)大容量快速響應(yīng)的存儲系統(tǒng)，從用戶看是一個(gè)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(dāng)硬盤塔中某一個(gè)硬盤遭到物理損壞時(shí)，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(jìn)行恢復(fù)。故一個(gè)硬盤發(fā)生故障時(shí)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(jià)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(shí)，視音頻素材是從錄像機(jī)上載至計(jì)算機(jī)的硬盤上，經(jīng)過編輯后再輸出至錄像機(jī)記錄下來。信號的傳送是通過視音頻信號接口來實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(yùn)行在硬件平臺上的是計(jì)算機(jī)的軟件操作系統(tǒng)，對應(yīng)不同的機(jī)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(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的Mac OS系統(tǒng)，Mac顯示出它強(qiáng)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(yùn)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(cuò)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(shí)用的非線性編輯軟件 非線性編輯軟件是指運(yùn)行在計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)是可以不依賴硬件運(yùn)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(qiáng)大，在很大程度上填補(bǔ)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(shí)際種類很多，我們應(yīng)該根據(jù)自身實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)高效的非線性編輯系統(tǒng)，從而更好地完成制作?！?/p>

2012-05-09