再述非线性编辑系统

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一、概述
　　从电视技术发展方向来看，电视系统的全面数字化是一个总的发展方向。计算机技术的发展，促进了多媒体技术的高速发展。计算机技术渗入了电视节目制作的每一角落，将很多新的概念和思想带到电视制作领域里，使传统的节目制作方法、节目传输和播出发生了很大变化。电视制作向数字过渡，必须首先从其核心部分引入非线性编辑系统。非线性编辑系统由计算机平台，视（音）频捕捉、处理和回放的图像卡（声卡）及编辑、特技、动画、字幕软件三部分组成。用一台计算机替代了编辑机、特技机、字幕机、调音台、二维及三维动画创作系统等诸多设备。首先我们回顾一下非线性编辑系统的产生、发展的历史。 用剪辑电影胶片的方式来编辑磁带节目，一直是电视编辑工作者梦寐以求的目标。早在80年代初，先驱者用几十台放像机通过一个多路开关对一台录机下载素材，以做到从任何一台放机取任何一段素材编辑成普通新带，这就是电视非线性编辑的雏型。虽然原始而笨拙，但却建立了非线性编辑的新概念。90年代初，视频码率压缩技术的标准化和多媒体计算机的兴起，迎来了用非线性编辑方式编辑电视节目的春天。从1991年世界上首次出现电视非线性编辑设备，到1996年非线性编辑在我国电视界普遍使用，非线性编辑走过了一条“认识、混乱、成熟”之路。
　　1990年，非线性编辑系统的雏形产品桌面演播系统刚刚上市的时候，一些有眼光的厂商，一边卖Video Machine、A34、EXE-100P这些过渡性产品，一边加紧开发非线性编辑系统。1992年ISO正式颁布了JPEG压缩标准，此时，Windows和DOS操作系统下的多媒体软件平台VFW和QuickTime也已推出，制造非线性设备的技术条件已经成熟。1993年美国ImMIX公司在NAB上首先推出了Video Cube非线性编辑系统，但Video Cube的压缩方式采用的是小波变换方式，而不是Motion JPEG。紧接着Media Composer l000、Studio 2300、Media l00等非线性编辑系统纷纷推出，一台单通道非实时的Media l00价格为80万人民币。不过，这时的用户只是观望。
　　1995年，当AVID向人们演示MC-1000的实时功能时，在一台计算机中插一块板卡就能替代众多的传统设备，完成电视节目的后期制作，引起了人们的兴趣。与此同时，DPS推出了单通道带SCSI接口的PVR3500，集视频采集、压缩、回放于一体，配上Adobe公司的编辑软件Premiere，在一台PC机上就可以实现非线性编辑的功能。Truevision，FAST，Miro，Digital Video Arts等公司也向市场抛出自己的板卡。而国产非线性编辑系统以其具有高起点、多通道、多层图像、全实时、易操作的特点，逐渐被用户接受。
二、非线性编辑系统相关技术
1、单通道非线性编辑系统与 双通道非线性编辑系统
　　单通道非线性编辑系统只有一个码率压缩通道，可以比拟成一台磁盘录像机。单通道设计的主要目的是为了降低成本，着眼点只是具备基本的“采集-压缩-回放”功能，只能处理一层画面。卡上不具备硬件DVE和混合器，特技、划像、键控、图文处理全部由软件完成。单通道板卡中用量最多的是PVR3500，该卡上带有SCSI接口。但PVR3500的缺陷也是显而易见的，不能处理音频，须用另一块声卡采集声音，因此音质较差，且与视频不同步。编辑项目除快切外，一切都要生成。该卡软件采用VFW结构，一次采集不能超过2GB，硬盘管理不支持RAID，操作麻烦。单通道整机的代表产品是Media l00qx，良好的图像质量和相对较低的价格，加之最早一批进入中国市场，曾赢得了一些用户。但其绝大多数划像、二维、三维特技均需生成，字幕功能不强，限制了该产品在专业电视领域的应用。电视非线性编辑已经向多层画面一次生成和多声道处理发展，单通道设备显然不能适应这一要求，只适用于电教和个人应用领域。市场上型号繁多的双通道非线性编辑系统大多由以下几种板卡组成的。在常见的双通道板卡中， Digisuite板卡功能较强，Digisuite LE和Reel Time性价比较高。现在，以新奥特-索贝联盟代理的Digisuite LE和大洋-广迪威联盟代理的Reel Time形成了两个主要阵营，他们除自己开发整机外，还向OEM厂商提供套件。国产非线性编辑系统也像字幕机一样，逐渐形成了以国内开发非线编软件为主，与国外非线编硬件相结合的产品模式。
2、非线性编辑卡
　　视频卡是非线性编辑系统的核心部件。一台普通微机加上视频卡就能构成一个基本的非线性编辑系统。它的性能指标从根本上决定着非线性编辑系统质量的好坏。许多视频卡已不再是单纯的视频处理器件，它们集视音频信号的实时采集、压缩、解压缩、回放于一体。一块卡就能完成视音频信号处理的全过程，具有很高的性能价格比。常见的双通道图像处理卡见表1。
　　1)Targe 2000RTX／SDX：Targe系列板卡是Truevision公司的产品，其中Targe 2000RTX推出时间较早。Targe系列板卡，整机应用较广泛，编辑软件相当成熟。Targe系列板卡的缺陷是卡上硬件资源少，只有一个二维DVE，三维特技要借助Abekas或Pinnacle的特技卡来完成。
　　2)Digisuite套卡：该卡于1995年完成设计，1996年正式上市，由DigiMix、DigiMotion、DigiDesktop、MarvelMillenium和DigiLink五块板卡组成，是Matriox公司的产品，表2给出了五块板卡的功能。它以五层实时处理、五个通道都可以独立设置多重特技支持了千变万化的特技制作。Digisuite是目前硬件功能最强大的双通道板卡。Digisuite LE卡是由Digisuite套卡简化而来的，在功能强大的Digisuite上卸下3个二维DVE，增添了一个Trimedia通道，能以1:2的准实时速度向硬盘回存五层合成画面，是一种性能价格比较高的全实时视音频处理卡。
　　其与Digisuite卡相比，其信号压缩格式、输入输出接口是完全一致的，支持四层实时处理（无直通视频层），不支持实时3D处理、倒放和音轨调音功能，字幕效果简单。应用Digisuite LE的代表整机有新奥特的神器300LE，索贝的创意737／777。Digisuite DTV卡和Digisuite RT2000卡是Matriox公司专门针对目前两个较为主流的数字视频格式（DV格式和MPEG-2格式）而开发的，二者的主要区别是：DTV卡注重原始DV格式的采集、编辑、输出一体化，输出兼顾MPEG-2；RT2000卡则注重格式转换与兼容，支持原始DV和MPEG-2格式信号的采集、编辑，在原有的基础上支持多MPEG格式输出：MPEG-2/DVD、MPEG-1甚至RealVideo网上视频，内部以DV格式进行视频处理，RT2000的另一主要特点是该卡带有Matriox Flex 3D引擎（硬件加速）。表3给出了Matriox公司的Digisuite系列非线性编辑卡的性能指标。
　　3)ReelTime：ReelTime是一个较为经典的采用M-JPEG压缩格式的非线编板卡，是美国Pinnacle公司的产品。Pinnacle过去只生产视频特技卡，以阿拉丁闻名于世，97年她成功的收购了生产图像板的德国Miro公司，从而实力大增，开始涉足图像板行业。ReelTime是Pinnacle公司生产的第一块双通道非线性编辑图像板，卡上带有Movie-2总线，能与Genie连接，实现实时特技功能。ReelTime最严重的缺陷是采用了厂家自定义的HAL／RAL文件结构，单个视频文件不超过2GB，单个逻辑盘也不能超过2GB。采集时既担心素材过长超过文件限制，又担心硬盘溢出使采集失败，使用很不方便。卡上不带SCSI接口，不能独立管理硬盘。表4给出了ReelTime和Digisuite LE两种非线性编辑卡的性能指标。目前Pinnacle公司有多种系列非线编板卡，较为专业的有：ReelTime、ReelTime DV、ReelTime Nitro、ReelTime Nitro DV、ReelTime Nitro Plus 、DC1000、DC1000DV、DVD1000。
　　ReelTime Nitro 与ReelTime的信号压缩格式、接口和实时处理层完全一致。其特点是在通道特技处理方面，ReelTime Nitro增加了100多种实时三维特技，可实时完成旋转、透视、平移、缩放、裁边、坐标变换及目标控制，提供了平滑运动、无级速缩放、蜂箱、点、窗帘、钟、碎片、旋转及旋涡等功能，叠画引擎可在四个角做卷页、水波纹、球体、爆炸，图像效果包括加边、抠像、模糊、静帧及频闪，并可进行加高光、阴影及点光等处理。ReelTime Nitro的另一特点是采用了多功能的高精度字幕软件Pinnacle Title Deko。Pinnacle公司的"Deko"技术，可将光照、霓虹灯、金属色、纹理、背景、图形、阴影及边框等效果应用于每一窗口中的字体，可对字幕进行位置、旋转或大小的调整。若加选Deko CG插件，用户可自定义字表纹理、边线、阴影及下划线。字特技库包括旋转、扭曲、加光晕、浮雕效果、贴图、霓红灯效果、金属效果及加厚等。它支持罗马文、中文、日文、韩文、希腊文以及俄文。另外，ReelTime Nitro支持更加实效的网络功能以及更多的第三方软件。
　　ReelTime DV是ReelTime的数字增强型，它保留了DC1000的全部特性，在分量、Y/C、复合接口的基础上增加了DV1394的转换接口。与其它同类产品所不同的是，它无需占用两倍的硬盘空间及转换时间（先在硬盘上形成一个DV区，再转换成AVI区），其DV接口能够实现真正的实时DV转换采集和输出。该卡内部的编辑格式仍旧是M-JPEG格式。
ReelTime Nitro DV可由ReelTime DV或 ReelTime Nitro升级而来，是ReelTime Nitro的DV版本，增加了DV1394的转换接口，实现实时DV转换采集和输出，但其内部的编辑格式仍旧是M-JPEG格式。
　　ReelTime Nitro Plus是ReelTime Nitro与in:Sync Speed Razor4.5RT的完美结合，它在保留ReelTime Nitro全部特性的基础上，提供了更专业的编辑手段，更强大的网络功能；它是唯一支持双CPU的视频编辑产品，生成速度要比单CPU系统提高30%以上，并可以提供实时快慢动作及倒放、双色键抠像和彩色Alpha通道等特技。
　　Miro Video DC1000是由Pinnacle公司推出的第一款MPEG-2非线编卡,它采用了Pinnacle公司的"Smart Gop"专利技术，实现了对MPEG-2进行逐帧编辑而没有质量损失。SmartGop技术通过软件管理压缩成组的图像，允许直接读取特定的帧。SmartGop技术仅适用于MPEG-2 IP格式或更低数据率的其它格式的MPEG-2视频文件。DC1000的视频文件即可以存为AVI格式，也可存为MPEG-2 IBP压缩格式，还可以存为与其它MPEG-2格式兼容的独立数据流格式（如单视频格式和音频PCM格式），以适用于国际互联网或DVD刻录的不同需要。DC1000卡经过软件升级后可得到有DV1394接口的DC1000DV卡和具有DVD刻录输出功能的DVD1000卡。表5给出了Pinnacle公司的ReelTime系列非线性编辑卡的性能指标。
　　DC1000DV卡 = DC1000卡 + DV1394数字接口，它保留了DC1000的全部特性，并提供实时DV音视频采集与输出。DC1000DV 内部仍以MPEG-2 格式处理。
　　DVD1000卡 = DC1000卡 + Minerva专业级DVD编辑软件。DVD1000在保留DC1000的全部特性基础上，增加了Minerva出版级DVD编辑软件,素材经采集、实时编辑后，可直接刻录DVD影碟，提供99段视频，32个副标题，多音轨、多语言及模拟检测等功能。
　　4)Avid公司的Meridien采集卡和Breakout Box（BOB）共同完成信号的采集与压缩、输入与输出工作，它们在Avid的三个系列的非线编系统中（Meridien-based Xpress、Media Composer和Symphony systems）都是必须捆绑使用的。Meridien + BOB有SDI接口选件，但不支持DV1394接口。视频通道处理是由ABVB板卡来完成的，BOB从多个视频母线通道上引入所需的视频流，经过（AVR）压缩后送入ABVB处理。ABVB将处理的结果再交给Meridien + BOB存储或输出。另外DPS公司的非线性编辑卡有PVR-5250和Reality两种，表6给出了相应的性能指标。
3、计算机平台
　　早期的非线性编辑系统大多选择MAC平台，这是由于早先MAC与PC机相比，在交互和多媒体方面有着较大的优势，但随着Windows NT和Windows95奔腾PRO芯片的推出、PCI总线的广泛采用，PC机的性能和市场上的优势反而越来越大。目前，大部分新的非线性编辑系统厂家倾向于采用奔腾机下的Windows NT操作系统。非线性编辑系统所用的硬盘不同于普通硬盘，它要求硬盘的速度较高，可高达8Mbps，且要求其容量较大。现在大多数的非线性编辑都使用Motion JPEG码率压缩算法。目前Motion JPEG的算法优化主要体现在更快的解压速度、彻底消除丢帧、减少大压缩比时的马赛克效应、精确索引到场、减少快速运动时的边缘抖动、可旁路DCT作无损压缩。非线性编辑系统除用于简单的新闻串编外，主要用于广告和片头设计，因而多层画面合成的要求迫切，限于硬盘的速度，制造多于双通道的非线性编辑系统在技术上还不可行。考虑到将来的图像、伴音将从现在的单声道和立体声向5.1～7.1声道过渡，这就要求非线性编辑的硬件必须具备8个独立的音频处理通道。
　　非线性编辑系统的另一特点是系统制定了不依赖于计算机的介质流（Media Stream）总线，其中最有名的是Movie-2总线，它可以同时容纳14路视频数据和4路音频数据，为实现实时多层画面和多声道处理奠定了基础。有了Movie-2总线，就彻底释放了计算机的资源，多层画面的实时传输完全是在视频板卡上实现的，与计算机无关，也免于编辑系统跟着计算机走马灯似地升级。Matrox、Pinnacle和DPS的双通道板卡上带有Movie-2总线。在双通道非编中，有了Movie-2总线、Ultra Wide SCSI总线后，视频信号传输的瓶颈是存储视频素材的硬盘。提高硬盘传输速率的有效手段是用RAID技术，RAID的本意是为了容错，容错系统已标准化，共分为0、1、0／1、5级，在非线性编辑系统中，容错是次要的，而速度才是最重要的，因而通常采用速率最高的第0级，即带区集。独立的磁盘阵列具有完善的RAID功能，RAID级别、传输速率可在面板上设置，硬盘供电系统也是独立的，计算机可以把它当作一个独立的外设，只是成本昂贵，目前只用在高档非线性编辑系统中。
4、软件平台
　　相对飞速发展的计算机硬件来讲，软件的发展要缓慢得多。非线性编辑系统的软件平台也同样存在落后于硬件的局面。微软在九十年代初为多媒体结构指定了VFW，苹果机上也有一个类似的QuickTime，这两种软件结构都缺乏对专业视频的支持，它们限制了I/O端口的数据流量和视频文件的大小，VFW甚至不支持Alpha通道，无法描述两层画面之间的关系。当前我们使用的编辑和建模软件大多数是建立在这两种平台上，如Premiere 4.2T、3DMAX，用这些软件创作的运动物体边缘存在着抖动。为了解决这些问题，1994年，Open DML标准开始建立，增强了AVI文件的功能，使不同厂家的Motion JPEG文件可以互换，修改了AVI文件只有2GB大小的限制，并把帧索引改为场索引。所有这些内容在1995年完成后并入Quartz多媒体标准中，Quartz成为软件专业视频设计的初级规范，随后Active Movie取代了Quartz的地位，正式应用在Windows 97中。国产非线性编辑系统的软件结构就是从Active Movie平台起步设计的，比国外的编辑软件具有更先进的底层结构，而国外软件基本都是在VFW和Quick Time基础上编写的，这是国产非线性编辑系统的一大优势。
1996年8月，一个更新的软件平台Direct Show测试版发布，它能支持更多的媒体数据类型，并增加了支持硬件的“软件端口”，能直接检测板卡上是否具有实时的划像器、DVE和混合器等硬件部件，并能直接对这些硬件进行操作。1997年几家国产的非线性编辑系统又先后转移到Direct Show平台上，可是与AVID、Medial00、FAST等绝大多数进口非线性编辑系统联网后，在系统资源共享上发生冲突，遇到了困难。
5、字幕功能
　　实时的字幕叠显要依赖于专门的硬件支持，一层字幕就需有一个图文帧存。国产非线性编辑系统大都是在Digisuite板卡上开发的，该套卡的DigiMix中有一个图文帧存，三维特技卡Genie中又有另一个图文帧存，具备二层真彩字幕的硬件基础。先进的字幕软件设计技术也掌握在国人手里，因此国产非线性编辑系统具有比进口非线性编辑系统强大得多的字幕功能，相比之下，绝大多数进口非线性编辑系统只是用软件贴图方式实现简单的字幕功能。
　　电视系统由摄、录、编、播四大模块组成，一台非线性编辑系统能完成录、编两大模块，替代节目后期制作的所有设备。从原理上讲，磁盘播出比磁带播出更具优越性，尤其在新闻和广告播出中，节目能即编即播，修改播出顺序很容易。这种播出系统已经产品化，例如泰克的Profile，能提供4路新闻播出通道。但是人们对磁盘直播总是小心谨慎的，主要原因是目前的计算机是多字节指令系统，外来干扰、时钟的不稳定性、软件错误等因素都会引起死机。解决安全性的有效手段是增加备份，采用发电机组的做法，一台主机工作，两台辅机备份。录、编、播一体化后，机房设备就变得非常简单。节目可直接从数字摄录机向编辑系统高速上载，编辑完成后直接播出。 非线性设备要想成功地应用到播出系统，必须要实现网络化，这个网络既要负责素材从单机上载到编辑、配字幕、配声音、审片、合成、播出一条龙工作，还要担负各个环节的管理、节目保存等任务。能理想传输视频信号的网络只有800Mbps～1.2Gbps的光纤网，这种网络可把各个非线性编辑系统连接成点对点的双环结构，两个环中的设备互为备份，光纤把各个环连成一个整体。155Mbps的ATM网和1Gbps超高速以太网在技术上比光纤网成熟，在小规模局域网中也可以采用，但只能排队式传输，速率不如光纤网。
三、如何选择非线性编辑系统
　　对于传统编辑系统而言，非线性编辑系统具有明显的优势。首先可以提高工作效率：大量素材都存储在硬盘上，可以随时调用，编辑的过程就是制作一个播出表的过程，省去了反复逐帧查找定位和复制的时间，所有特技、声音、字幕都可一次编辑完成。其次可以降低成本：一套非线性编辑系统可以取代几十万元的编辑录像机、切换台、特技机等众多设备，总体成本费用大大降低。同时由于机器磨损小，维护费用也比传统设备低得多。再有图像质量高：采用不同的压缩卡和压缩比，可以达到从Betacam到S-VHS各种档次的视频信号质量。由于不存在传统设备复制后，图像质量降低的问题，因此图像传递和保存的质量不会受到影响。非线编系统应用在电视节目制作的不同环节所需的性能是不同的，我们可以根据不同的需要，选择采用不同的非线性编辑板卡来组成具有不同功能的非线性编辑系统。
1、新闻制作
　　此类系统一般用于制作各种新闻、信息短片，节目长度一般在几分钟左右，有时还需配合局域网络运行，要求制作快捷，操作简单，处理迅速，信号压缩比可调范围大，接口配置灵活，但对特技和字幕的要求较低。这类非线编系统就常常配置一些实时层较少、字幕功能简单、无实时3D DVE功能或功能简单的非线性编辑板卡，比如Matrox公司的Digisuite LE、Digisuite DTV，Pinnacle公司的ReelTime、ReelTime DV和ReelTime Nitro DV。
2、栏目制作
　　此类系统一般用于制作各种栏目，节目板块长度一般有十几分钟以至几个小时,要求能够对视频画面进行各种修正处理，对字幕和特技也有一定的要求。有时因节目保存、交流的需要，系统也应具有DVD刻录的功能。这类系统常常配置一些有一定的特技处理功能，输入输出接口支持MPEG-2码流的板卡。比如Matrox公司的Digisuite RT2000，Pinnacle公司的ReelTime Nitro、DC1000、DVD1000和DC1000DV。
3、节目包装
　　此类系统主要用于制作各种片头、宣传片，长度较短，一般在60秒以下。要求系统的功能强大，各种特技、处理及字幕要求过渡平滑。制作随心所欲，还必须有多种特殊效果，此类系统软、硬件相辅相成，有时甚至软件的功能会显得更为重要（一般都是同类产品中的顶级精品），所以在系统自身拥有强大的处理功能的同时，对第三方软件、插件的广泛支持也相当重要。这类系统常配置的板卡有Matrox公司的Digisuite，Pinnacle公司的ReelTime Nitro Plus。
　　另外，非线性编辑系统是否真正需要双屏显示，完全是设计者考虑的技术问题。如果某一台非线性编辑系统既可单屏显示，又可双屏显示，那么用户最好选用单屏方式，既节约金钱，又缩小体积，用起来比双屏更方便。大多数非线性编辑系统并没有配备数字接口，或者把数字接口列为昂贵的选件。非线性编辑设备如果仍使用模拟接口，等于在电视系统中又多了一个数字岛，不能充分发挥数字编辑质量高的优点。非线性编辑系统中的视频数字接口主要有SDI和IEEE 1394两种。SDI是遵循SMPTE 259M标准制定的，在视频界已有十多年的应用历史，能充分利用现有的75欧姆视频电缆传输，传输距离能达到300～1000米。SDI的缺点是不能传输音频和伺服信号。