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DV非线性编辑概念与操作
作者:  来源:景德镇党建网  发布时间:2012/1/12  【字体:  
    视频非线性编辑(以下简称非线性编辑)在计算机技术的支持下,充分运用数字处理技术的研究成果,以低成本、高效率、高质量、效果变换无穷的姿态迅速进入了广播电视领域,对传统的线性编辑工艺技术造成了极大冲击,同时也给许多电视从务人员(包括那些对线性编辑/特技技术非常熟悉的人们)带来了许多困惑,非线性编辑给他们的印象怕只限于在该系统中影片素材可以任意调度裁剪,而对非线性编辑系统很难建立起一个完整的概念,更不用说进行纯熟的操作了。当然,如果要从技术理论上来描述非线性编辑系统,涉及到计算机技术、数字信号处理技术等等,更为令人眼花缭乱,摸不着边际。但颇为幸运的是由于计算机技术和超大规模集成电路制造工艺的高速发展,使得整个非线性编辑系统内部高度集成化、模块化,大大简化了系统的结构,降低了操作的难度。本文试图从实用的角度出发,弃繁就简来探讨非线性编辑系统。
    1 非线性编辑系统的结构 
  我们进入非线性编辑系统,首先要改变以前线性编辑的固有观念。在线性编辑设备群中,所有单台设备的性能、功能在你的系统设计中一旦确定下来,信号的流向也就基本确定。你要做的工作是在熟悉各个单项设备操作的基础上,依照编辑脚本的要求,按各路信号的先后秩序,将其依次编辑输出,所有的操作都是以实时信号流为基础,一切都按部就班的进行。在这样的系统中,我们最熟悉的语言是"某路信号过来了吗?"
  但在进行非线性编辑时,我们却经常听到"某个文件在哪里?"的问话,不言而喻,这句问话已经提示了我们,非线性编辑是以文件为操作基础的。事实上,非线性编辑系统是一个扩展的计算机系统,它的一切操作都符合计算机的操作规范,非线性编辑系统进行工作时首先要将所有需要编辑的素材(包括录象带上的视频信号、线路上传输的视频信号)经过数字化采集后转换成图象文件的形式,只不过这个图象文件不同于以往常见的计算机单帧固定画面图象文件,它的文件内容是活动图像,画面的内容随时间的变化而变化,也就是说这是一个有时间长度的图像文件,我们且称它们为视频文件。这个转换的理解非常重要,由传统的信号流在时间轴上连续按顺序的操作转变为在计算机内部对含有时间信息的视频文件进行无须按照时间顺序的任意操作,完成了在视频信号编辑操作概念上的根本性变化。
  在非线性编辑系统内部,对视频文件的操作非常简单,完全是在指定的时间轴上进行文件的拼接,只要没有最后生成影片输出或留档,对这些文件在时间轴上的摆放位置和时间长度的修改都是非常随意的,这也就是所谓的非线性编辑。但是作为一个系统,非线性编辑的意义并不仅限于此,我们要了解更多的信息,还需从系统的结构谈起。
  1.1 非线性编辑系统的硬件结构 
  前面已提到,非线性编辑系统实质上是一个扩展的计算机系统。更为直截了当地说,就是一台高性能计算机加一块或一套视音频输入/输出卡(俗称非线性卡)和一些辅助卡,再配上一个大容量SCSI硬盘阵列便构成了一个非线性编辑系统的基本硬件。这三者相互配合,缺一不可。
    现在的非线性已经将视音频采集、压缩与解压缩、视音频回放、部分实时特技全部集成在同一块卡或一套卡上,使得整个系统的硬件结构非常简洁。这些卡实际上是模拟信号与数字信号的分水岭,所有模拟视音频信号在此经过A/D变换后,每一段素材都成为了一个视频文件存放在SCSI硬盘阵列中,供计算机进行数字域的处理。需要输出的视音频数码流经过D/A变换成为可供记录或直播的模拟视音频信号。非线性卡上的模拟信号接口有复合、分量、S-VIDEO,已涵盖现有模拟电视系统的几乎所有接口形式,所以非线性编辑系统与现有的模拟电视系统有良好的兼容性。
  压缩与解压缩是非线性卡的核心内容。在数字视频信号不能被有效而高质量地压缩时,非线性编辑都是在昂贵的计算机工作站上实现的。因为庞大的数字视频数据量使苹果机和普通PC机都不堪重负,不能正常处理数码率高达216Mb/s的无压缩数字分量视频信号或者142Mb/s的无压缩数字复合数字视频信号,从而无法胜任无压缩数字视频信号的非线性编辑工作。然而,随着数字图像压缩技术的发展,各种图像压缩算法日臻成熟,使得在苹果机(Power PC 9600)和性能提升后的PC机这些比工作站低一档次的计算机上进行视频非线性编辑成为了现实,这些图像压缩算法是实现相对廉价的视频非线性编辑的关键所在。目前,我国拥有的非线性编辑系统无论是进口的或是国产的,大都是采用M-JPEG算法。这种压缩算法对活动的视频图像通过实行实时帧内编码过程单独地压缩每一帧,可以进行精确到帧的后期编辑。M-JPEG的压缩和解压是对称的,可以由相同的硬件和软件来实现,这对压缩/解压电路实现高度集成化有帮助。由于这种算法不太复杂,可以用很小的压缩比(2:1)进行全帧采集,从而实现广播级指标所要求的无损压缩。
  若采用广播级指标进行2∶1压缩,经过压缩的数字视频信号其数码率虽然仍有108Mb/s(分量视频)或71Mb/s(复合视频),但对苹果机(PowerPC9600)和提升了性能的PC机(采用PCI总线、奔腾Ⅱ350以上CPU、Windows NT操作系统)而言,已能应付自如,进行实时操作。数字视频信号进入计算机系统后,为了更有效地对其进行处理,整个计算机硬件平台还可以采取一些措施加强非线性编辑系统的性能:(1)外挂大容量SCSI高速AV硬盘阵列作为视频文件存储器,并配以硬盘加速卡。SCSI高速AV硬盘阵列的容量大小视用户的需求来选取,作为电视台来说,该阵列至少需要18G以上,才能有实际使用意义。(2)除了非线性卡上已赋予的部分实时特技,另外增加特技效果卡。将一些复杂的二、三维特技转换效果做成硬件插卡,使之能够方便调用并缩短生成时间。而且不同公司的特技卡有不同的特点,就会有另外意想不到的效果,还可不断升级。
  1.2 非线性编辑系统的软件结构 
  从非线性编辑系统的硬件结构来看,该系统的硬件只是完成了视音频数据的输入/输出、压缩/解压缩、存储等工作,或者说只是提供了一个扩展了的计算机工作平台,还没有涉及到非线性编辑。众所周知,作为一个计算机工作平台,无论我们需要计算机做什么工作时,只要配有相应的应用软件即可。很显然,当我们要进行非线性编辑时,除了计算机工作平台要满足上述非线性编辑硬件要求外,还需要配以非线性编辑应用软件,才能组成一个完善的非线性编辑系统,从而着手进行非线性编辑工作。现在世界上非线性编辑软件种类繁多,但我们仍然可以依据这些软件的功能,用从输入/输出到制作的次序来排定它们的层次。
  (1)第一层次:输入/输出。
  我们把能与非线性卡相连,直接进行视频的采集输入和输出的软件定位于第一层次。这个层次上的软件大致可分为专用型和通用型。其中专用型的软件大都由非线性编辑系统开发商根据他们所选用的非线性卡的特点而专门开发的。例如目前在国内比较流行的进口产品有Media-100、Avid系列,国产产品有奥维迅、大洋、索贝、新奥特等。值得一提的是国产的广播级产品基本上都是基于加拿大Matrox公司的Digisuite系列套卡上开发的,这就形成了硬件基本相同,软件开发各显其能、百花齐放的竞争格局,这对非线性编辑系统技术的发展是颇为有益的。专用型的软件由于能直接挂在非线性卡上,可以直接进行视音频信号的采集和输出,而且由于对素材的存储区进行了直接管理,使得在编辑和调用这些素材时,显得非常方便。
  专用型软件是针对硬件的设置而专门开发的,它们当然可以直接调用非线性卡内设置的硬件特技或专门的特技卡内的硬件特技而形成实时特技或短时间的生成特技,从而大大加快了节目的编辑速度。
    作为非线性编辑系统的专用型软件,它首先要满足节目编辑的需要。而电视节目具体可分为新闻、专题、文艺、电视剧等不同类型,在这些节目的编辑工作中,镜头的硬接、过渡性特技占了绝大多数,故非线性编辑系统的节目制作层数只需两层便可满足制作需求,也就是相当于线性编辑中的A/B卷已能完整地制作出上述类型的节目,所以非线性编辑系统的专用型软件一般只设置两层非线性视频,另外再加上图文字幕层便构成了一个齐全的A/B卷编辑系统。至于版头、广告、MTV等需要多层非线性视频制作的节目或者节目片段可由其他软件完成后,再由该系统的专用型软件调入进行编辑后输出。在此值得指出的是,国产的许多非线性编辑系统本身就是由原来的字幕机生产厂商生产的,他们在非线性编辑系统的图文字幕层集成了原本就非常优秀、用户都非常熟悉的国产字幕系统,使得许多非线性编辑系统与同类型的进口产品相比具有相当大的竞争力。当然,为了适应那些多层复杂编辑工作比较多的制作单位,现在国外也已有采用多层非线性视频专用型软件的非线性编辑系统产品出现。
  除了专用型的软件外,还有许多非线性卡自带的输入 /输出软件,这些软件我们说它是通用型软件,是因为它只能完成信号的采集和输出的工作,不能进行编辑。编辑工作需要其他的软件来完成。在广播电视行业一般不采用此类软件。
  (2)第二层次:第三方软件。
  所谓第三方软件指的是该非线性编辑系统生产商以外的软件公司提供的软件。这些软件大都不能直接与非线性卡挂靠,进行输入/输出,但可以对已进入了硬盘阵列的视音频素材进行加工处理和编辑,或者制作自己的二维和三维图像再与那些视频素材合成,合成后的作品再由输入/输出软件输出。这些软件的品种非常丰富,功能十分强大,有些甚至是从工作站转移过来的,可以这么说,非线性编辑系统之所以能做到效果变幻莫测,匪夷所思,吸引众人的视线,完全取决于第三方软件。
  由于视频信号经采集后在计算机内部已成为了一个个视频文件,更准确地说是可被计算机处理的活动图像数据文件,它们与计算机二维平面图像软件和三维动画软件制作的计算机图像已无区别,可以进行相当好的融合,计算机技术和电视技术在此得到了高度的统一,为计算机软件开发商拓展了非常大的发展空间,于是大量的计算机图像处理软件进入了非线性编辑系统,而且在不断地升级换代,有力地提升了电视图像的艺术效果。 
  国内常用的一些第三方软件清单和非线性编辑系统的软件结构图见图1。通过对这个清单和结构图的了解,我们应该可以搞清楚非线性编辑系统的软件结构和第三方软件的功能、作用。
  Adobe After Effects 3.1 (PC版、Machintosh版):可以完成多层视频画面任意大小的合成、转换、几何变形,在画面上加诸如镜头光晕、火、水、雨、雪、风等特效,是著名的多层视频特技制作软件。现在已升级到4.0版本。
  Adobe Premiere 4.0 (PC版、Machintosh版):非线性编辑软件。可以完成除了Adobe After Effects 3.1特效以外的功能。现已升级到5.0版本。
  Morph 2.5 PPC(Machintosh版):变形软件。可以对固定画面和活动图像进行平面变形,完成诸如人物互变、物体互变、人物和物体自身变形等功能。
  Bryce 3D (PC版、Machintosh版):环境动画软件。对一般动画软件难以做到的环境变化,诸如高山、大海、天空、飘荡的云、浮动的雾、流动的水等等,它都能轻易做到。
    Painter 5.0 (PC版、Machintosh版):平面绘画及平面卡通动画软件。以非常自然、真实的笔触绘制平面图像和卡通动画。
  至于Adobe Photoshop5.0 (PC版、Machintosh版)、Freehands8.0(PC版、Machintosh版)等平面软件,3D Studio Max2.5(PC版)、Softimage3D 3.7(PC版)、Infini-D 4.0(Machintosh版)、STRATA STUDIO Pro 1.75(Machintosh版)等三维动画软件大家都早已熟悉或已有所闻,就不再详细介绍。
  这些第三方软件有基于PC的,有基于苹果Machintosh的,也有两者都兼容的,但只要根据你的非线性编辑系统是基于PC的还是基于苹果Machintosh的,配上相应的第三方软件,便可以大展身手了。当然,还有许多优秀的第三方软件,在此就不一一列举了。
  2 非线性编辑系统的操作 
  前面已提到,非线性编辑系统实际上就是一个扩展的计算机系统,它的一切操作都符合计算机的操作规范。所以我们要熟悉非线性编辑系统的操作首先就要熟悉计算机的基本操作,熟悉系统的输入/输出软件,熟悉尽可能多的第三方软件,根据节目创作的需要,上载需要的素材,打开相应的软件,进行我们所需要的操作。除此之外,还应该注意以下几点。
  2.1 本地硬盘和SCSI硬盘 
  在上载素材和进行存储时一定要分清本地硬盘和SCSI硬盘阵列。非线性编辑系统的所有程序和软件都是存放在本地硬盘,而所有视频文件都是存放在SCSI硬盘阵列。这两种硬盘除了存储量不一样(本地硬盘一般4.2G左右,SCSI硬盘阵列在18G以上)以外,最关键的是速度不同。如果你进行存储操作时误将视频文件存入了本地硬盘,下次再由可以实时输出的软件调用时,由于本地硬盘的速度不够高,会造成数据错误,特别是如果系统装有硬盘加速卡时,还会造成本地硬盘的损坏。
  2.2 视频文件交换格式的选择 
  熟悉计算机操作的人都知道,一般计算机图像软件要顺利进行操作的话,不管它自己的图像文件格式是什么,都必须支持一些通用的图像文件格式,如BMP、TGA、JPG、PICT、TIF等等,这样才能在各个软件之间进行图像交换,发挥各自的特长。非线性编辑系统的软件也是如此,它除了要支持上述那些固定图像文件的通用格式,还必须支持视频文件活动图像的通用格式,即基于苹果Machintosh的Quich Time和基于PC的AVI。这些交换格式是非线性编辑系统所有软件相互支持的基础,它就像一条锁链将各自相对独立的非线性编辑系统的软件链接成了一个有机的整体。具体在执行操作时,非线性编辑系统的软件都会自动选择视频文件的Quick Time或AVI格式,但有时也可以灵活处理。例如,用三维动画软件制作的产品标志一组动作停止后,需要保留至片尾结束。这样一段动画如果选择Quick Time或AVI格式,就需要全部生成。但选择PICT序列(基于苹果)或TGA序列(基于PC)来生成的话,只要生成该标志的动作和动作停止后的一帧即可,在后面用其他软件合成时,可将这一帧再拉长至影片结束,这样可以节省三维动画的生成时间,加快节目的制作速度。
  2.3 第三方软件的一些重要参数的选择
  鉴于许多第三方软件都是NTSC/PAL兼容的,生成影片时的色彩、帧率都要确认选择为PAL和25帧/秒。
    软件压缩质量的设定应该视影片所要求的质量和影片的长度而定。一般质量要求高而长度短的影片可设定为最高质量,而长度过长的影片应该适当降低压缩质量,否则会占用太多的SCSI硬盘空间。
  由于非线性编辑系统对视频文件进行的存取操作都是在硬盘中完成的,正常情况下,无论操作多少次,它不会使数据受损。这就意味着我们对素材的加工处理、影片的特技处理都可以做无限次再进入,制作出非常复杂的多层特技图像。但其中要注意的就是各项参数的选择,否则一个小小的失误会引起影片制作上不必要的麻烦。
    3 非线性编辑系统的现状与发展 
  近几年,计算机技术发展迅速,运算速度的加快,2个或多个CPU的应用,同时综合了高速下载、计算机网络化技术、数字高速接口技术和硬盘阵列技术等多项高新技术,使非线性编辑系统有了很大的变化,系统的结构、性能和使用功能都已今非昔比,而且根据电视台的业务特点,有向多样化发展的趋势。综合起来,非线性编辑系统将来的发展大概有以下几个特点。
  
    3.1专用型非线性编辑系统 
  电视台业务中的新闻、专题是时事性强、时间效率高的板块型节目,经常具有很强的突发性。对这类节目的制作技术要求不高,镜头基本是硬切、叠化,或者是只需要很少的特技,制作手段每天几乎都是重复的。如果新闻要求滚动播出,还要经常变更新闻串编次序。广告串编也是如此,将每天需要播出的广告片连接在一起,只不过每天的播出串联需更换新的内容而已。于是适应新闻编辑、广告串编的专用型非线性编辑系统便应运而生。这种专用型的系统工作介面友好,操作简单,只含有少量的实时特技和实时字幕,非常适用于非专业技术人员的快速操作。当然,由于非线性编辑系统外围设备如录像机的上下载速度影响到实际制作时间过长的问题(目前模拟录像机为1倍速,数字录像机为4倍速),对于时间性强、工作量大的新闻非线性编辑系统应采用网络化的非线性编辑系统方案来加以解决,以应对当前新闻快速编辑和滚动播出的需求,这也与数字电视系统的发展趋势相吻合。至于电视台网络化的实施,如何适应数字电视系统的发展趋势,是一个相当复杂的问题,笔者另有专文探讨,在此不再赘述。
  此外,由非线性编辑系统发展而来的多通道硬盘录像机用于体育比赛实况转播的慢动作重放具有精度高、寻点速度快、画面质量好的特点,使用性能已超过普通录像机的慢动作重放。
  3.2通用型非线性编辑系统 
  非线性编辑系统发展的另一方向是高档、大型化的通用型非线性编辑系统。所谓通用型指的是适合制作一切复杂的电视节目,包括节目版头包装、广告、MTV等等。由于包括PC、Machintosh在内的计算机平台性能的迅速提升,新型多芯片机(具有双CPU或更多的CPU的计算机)已具备与工作站类似的性能(价格仅为工作站的几分之一),就连SGI也已推出NT版加入了竞争,大量板卡(包括3D图形加速卡、非线性卡、3D特技卡)性能的提高和许多软件开发商将重点从工作站转向NT和苹果平台,使得通用型非线性编辑系统无论是硬件还是软件的性能都迅速向工作站接近,价格却在用户能接受的范围内,而且还在不断地下滑。
  另外,用一台与通用型非线性编辑系统的计算机平台性能差不多的计算机与该通用型非线性编辑系统联网,是一些节目制作单位最近比较流行的做法。这台计算机作为动画工作站专门制作各种动画,制作出的动画影片通过网络传输至通用型非线性编辑系统合成输出,从而减轻了通用型非线性编辑系统的计算机平台工作量,大大加快了节目的制作速度。
  3.3非线性编辑系统的压缩算法更新 
  值得注意的是,虽然M-JPEG压缩算法占据了目前非线性编辑系统的主流,而且各种M-JPEG压缩算法的非线性编辑网络系统产品也在接踵而来,但它的前景却是令人担忧的。因为在未来的全数字电视系统中,没有任何一种压缩的数字摄录系统采用了M-JPEG的压缩算法,无法在数字域与采用了M-JPEG压缩算法的非线性编辑系统进行直接的兼容。相反,开发数字摄录设备的SONY、松下公司最近分别推出了与他们的数字摄录设备格式的压缩算法相同的非线性编辑系统,即采用MPEG-2 4∶2∶2 MP@ML和DVCPRO帧内编码两种压缩算法的广播级非线性编辑系统,并分别与世界上其他非线性编辑系统的生产商和广播电视设备生产商合作,推广这两种非线性编辑系统。这是一个非常重要的信号。
  我们知道,广播电视行业采用压缩数字电视格式摄录设备的趋势已越来越明显,如果前期摄录设备MPEG-2 4∶2∶2 MP@ML和DVCPRO帧内编码的数字信号格式与后期编辑设备M-JPEG数字信号格式不兼容,前期采录的素材要不然干脆无法进行编辑,要不然多加2代解压-压缩,播出信号将会大大受损,这是无法容忍的。现在的状况是后期编辑的M-JPEG不能与前期摄录设备的数字信号格式兼容;而与前期摄录设备的数字信号格式兼容,采用MPEG-2 4∶2∶2 MP@ML和DVCPRO帧内编码两种压缩算法的非线性编辑系统已经出现,那么我们在进行电视台内设备数字化,选择非线性编辑系统的时候,应该采取什么样的取向已是不言而喻的了。
  有理由相信,随着数字化电视系统发展的步伐日趋加快,计算机技术逐步渗透到广播电视的各个领域,非线性编辑系统将会在广播电视行业内占据越来越重要的地位,它是一项朝阳技术,其应用才刚刚起步,一定会迎来其辉煌的时代。


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