電視節(jié)目制作系統(tǒng).ppt

,電視節(jié)目制作系統(tǒng),第7章 非線性編輯系統(tǒng),,71 非線性編輯系統(tǒng)概述,產生于20世紀70年代初期，圖像信號采用模擬調頻的處理方式，其記錄載體為可裝卸的磁盤，編輯時通過隨機訪問磁盤以確定編輯點。 20世紀90年代初，出現純數字的非線性編輯系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用磁盤和光盤作為數字視頻信號的記錄載體，畫面是以不壓縮的方式記錄的，系統(tǒng)所能處理的節(jié)目總長度約為幾十秒至幾百秒。 20世紀90年代后，隨著JPEC壓縮標準的確立，實時壓縮半導體芯片的出現，數字存儲技術的發(fā)展和其他相關硬件與軟件技術的進步，非線性編輯系統(tǒng)進入了快速發(fā)展的時期。,,1線性編輯與非線性編輯比較,基于磁帶的線性編輯所存在的固有缺陷無法克服： (1) 磁頭和走帶系統(tǒng)的磨損大，而且會導致磁帶磁粉的脫落。 (2) 需要復最多版才能完成，每經過一次復錄，圖像質量都會下降。 (3) 節(jié)目帶進行修改和增刪時，需重新編輯。 (4) 屬于功能分擔型系統(tǒng)，投入較大。,,非線性編輯系統(tǒng)優(yōu)點,非線性編輯系統(tǒng)以其集成度高，功能強大，可進行靈活的編輯及無損耗的多代復制等諸多優(yōu)勢，正逐步取代傳統(tǒng)的線性編輯系統(tǒng)。 非線性編輯系統(tǒng)以計算機為平臺，配以專用板卡和高速硬盤，由軟件控制完成視、音頻節(jié)目制作。 非線性編輯采用盤基存儲器，用磁頭或光頭讀取信息，可以隨機地、非線性地存取鏡頭，因而具有尋找速度快、存取時間短、磨損小、不需預卷、修改方便、編輯精度高、圖像損傷小等優(yōu)點。,,2非線性編輯系統(tǒng)的分類,(1)以硬件平臺分類 基于PC平臺、基于MAC平臺、基于工作站平臺和基于傳統(tǒng)編輯錄像機和編輯控制器等。 基于PC平臺的系統(tǒng)以Intel及其兼容芯片為核心，型號豐富，是目前的主導型系統(tǒng)。 基于MAC平臺的系統(tǒng)，受到單一的蘋果硬件制約。 基于工作站平臺的系統(tǒng)圖形和動畫功能較強，但價格昂貴，軟件、硬件支持不充分。 基于傳統(tǒng)編輯錄像機和編輯控制器的系統(tǒng)，注重傳統(tǒng)線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡，自成體系，處理通用多媒體數據的功能比較弱。,,(2)以壓縮格式分類,此類主要有M-JPEG、DV25、DV50、MPEG-2等,,(3)以應用類型分類,單機應用型：單機非線性編輯系統(tǒng)的特點是硬件配置齊全，工作穩(wěn)定可靠，但使用數量較大時投資成本明顯增加，且不能實現資源共享，導致工作效率降低，不利于非線性編輯系統(tǒng)優(yōu)勢的充分發(fā)揮。 網絡非線性編輯系統(tǒng)。,,3非線性編輯系統(tǒng)的功能,(1)硬盤數字錄像機。能充當一臺硬盤錄像機進行視頻信號的記錄和重放。 (2)(非線性)編輯控制器。在硬盤上快速實時地尋找編輯點，設定入點、出點及其他標記。 (3)切換臺。采用了時間線、視頻軌和音頻軌的概念。一條視頻軌可以看做一臺放像機，用多條軌模擬多通道切換臺。線編分別需要一臺放機、一臺錄機或兩臺放機、一臺錄機。 (4)特技機?？梢允褂脙戎密浖蛴布崿F特技的功能。軟件特技可不斷升級；硬件支持的特技速度較快。,3非線性編輯系統(tǒng)的功能,,非線性編輯系統(tǒng)的功能,(5)字幕和圖形創(chuàng)作。有專門的軟件用于制作字幕和圖形，并與視頻信號疊加。 (6)動畫制作。所有動畫制作都是借助電腦完成的，尤其是三維動畫。 (7)數字錄音機、音源和調音臺。 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)硬件波表及硬件混音器，可以錄制和編制高質量的聲音。,,72 非線性編輯系統(tǒng)的基本組成及工作原理,以高性能計算機為平臺，配以專用非線性編輯板卡和大容量高速硬盤(AV硬盤)， 利用相應的視、音頻編輯軟件，控制完成視、音頻節(jié)目的制作。 由攝像機錄制素材， 將素材通過非線性編輯板卡進行AD轉換， 將數字信號壓縮后存儲在AV硬盤上， 在多媒體平臺上對其進行編輯、加工和進行各種動畫和特技制作。,,非線性編輯系統(tǒng)的基本組成,,PC&編輯板卡,非線性編輯用的PC實質上就是一臺多媒體計算機 非線性編輯板卡，也稱為圖像處理卡，多數集成音頻卡的功能。它主要完成視、音頻信號的AD、DA轉換，編碼、解碼，壓縮、解壓縮，實現視、音頻特技處理等。,,素材存儲,素材存儲單元是非線性編輯系統(tǒng)的重要組成部分，存儲單元目前普遍采用大容量的高速硬盤，由于數據率較大，為保證圖像質量，一般使用10000轉以上的SCSI硬盤。通過SCSI接口可以接入多個硬盤，形成大容量的硬盤陣列。,,非編軟件,非線性編輯軟件主要由操作系統(tǒng)軟件和應用程序軟件組成。 應用程序軟件包括非線性編輯軟件和各種圖形圖像處理軟件、動畫制作軟件、聲音編輯創(chuàng)作軟件等。,,非線性編輯應用軟件分類,非線性編輯應用軟件有專用型和通用型兩大類。 專用型由非線性編輯系統(tǒng)開發(fā)商根據他們所選用的非線性編輯板卡的特點而專門開發(fā)的。它與特定的硬件系統(tǒng)配套使用，有的甚至固定在機器里面，整體性能好，應用方便，制作節(jié)目質量高，價格相對昂貴。 通用型主要是由非線性編輯系統(tǒng)開發(fā)商以外的軟件公司開發(fā)的，能夠支持廣泛的非線性編輯板卡，通用性強，對硬件環(huán)境的要求相對較低，節(jié)目制作質量較高(與硬件相關)，有豐富的第三方軟件(插件)支持。Adobe公司的Premiere等。,,Premiere軟件特點,(1)廣泛兼容性。Premiere支持多種文件格式，并且Premiere支持第三方插入軟件，這使得該軟件具有強大的擴展功能。 (2)音頻、視頻的實時采集。Premiere配合視頻卡可以實現對模擬音頻、視頻的實時采集，在采集過程中，可以對信號進行調整。 (3)強大的特技功能。Premiere提供了近百種視頻、音頻濾鏡，多種轉換效果，多種運動效果和字幕疊加功能。 (4)所見即所得特性。在PremiereTimeline(時間線)窗口排列的各種片段，均可在顯示窗口中進行播放和預覽，為節(jié)目的編輯、處理、預演等提供方便。 (5)時間的非線性。Premiere提供了99個視頻軌道和99個音頻軌道，在編輯、合成過程中，可以根據所編輯節(jié)目的特點隨機地調整文件順序，并配以恰當的聲音效果。,,7.2.2 系統(tǒng)視頻壓縮基本原理,非線性編輯系統(tǒng)是以計算機技術為基礎的視頻專用設備，其對輸入信號的第一個處理環(huán)節(jié)就是數字化轉換和壓縮。 壓縮的基本原理就是采用最佳的數據編碼方法，在保證盡可能少地丟失信息量的情況下，盡可能多地去除冗余數據。,,1統(tǒng)計冗余度的壓縮,熵編碼方法主要是霍夫曼編碼和自適應算術編碼，它們的思想是使一個數值的編碼長度與該數值出現的概率盡可能的成反比。 熵編碼壓縮比不高，約為1.6:1，優(yōu)點是它是一種無損壓縮技術，目前在圖像壓縮編碼中被廣泛采用。,,2空間冗余度的壓縮,一幅視頻圖像相鄰各點的取值往往相近或相同，具有空間相關性，這就是空間冗余度。圖像的空間相關性表示相鄰像素點取值變化緩慢。從頻域的觀點看，意味著圖像信號的能量主要集中在低頻附近，高頻信號的能量隨頻率的增加而迅速衰減。通過頻域變換，可以將原圖像信號用直流分量及少數低頻交流分量的系數來表示，正交余弦變換就是變換編碼的 一種，它是JPEG和MPEG壓縮編碼的基礎，可對圖像的空間冗余度進行有效的壓縮。 視頻圖像中經常出現一連串連續(xù)的像素點具有相同值的情況，典型的如彩條、彩底信號、人物、景物特寫等。只傳送起始像素點的值及隨后取相同值的像素點的個數，也能有效地壓縮碼率，這就是行游程編碼。目前在圖像壓縮編碼中，行游程編碼并不直接對圖像數據進行編碼，主要用于對量化后的變換域系數進行編碼。,,3時間冗余度的壓縮,時間冗余度表現在電視畫面中相繼各幀對應像素點的值往往相近或相同，具有時間相關性。在知道了一個像素點的值后，利用此像素點的值及其與后一像素點的值的差值就可求出后一像素點的值。因此，不傳送像素點本身的值而傳送其與前一幀對應像素點的差值，也能有效地壓縮碼率，這就是差分編碼(DPCM)。,,4視覺冗余度的壓縮,視覺冗余度是相對于人眼的視覺特性而言的。 視覺特性：對亮度信號比對色度信號敏感；對低頻信號比對高頻信號敏感；對靜止圖像比對運動圖像敏感；對圖像水平線條和垂直線條比對斜線敏感等。因此，包含在色度信號、圖像高頻信號和運動圖像中的一些數據并不能對增加圖像相對于人眼的清晰度做出貢獻，而被認為是多余的，這就是視覺冗余度。 壓縮視覺冗余度的核心思想是去掉那些相對人眼而言是看不到的或可有可無的圖像數據。,,7.2.3 非線性編輯常用的壓縮格式,1.M-JPEG壓縮格式 MJPEG壓縮方式是幀內壓縮方式，是對于運動圖像的每一幀的壓縮，技術最為成熟，當壓縮比較小時，其重建圖像具有很高的質量，而在壓縮比較大時，圖像損傷呈DCT算法方塊效應 它不破壞活動圖像的幀結構，故可以實現精確到零幀的圖像編輯， 它只利用了空域(幀內)壓縮，而未利用時域(幀間)壓縮，故壓縮效率低，不利于存儲和傳輸。,,M-JPEG兩個問題,(1)不能單獨對一幀視頻圖像進行壓縮，必須考慮視頻分場問題，簡單的壓縮會對電視圖像造成嚴重損傷。 (2)缺乏相關的標準對壓縮后的流式數據的拼接句法進行規(guī)范。JPEG標準只規(guī)定了一幅圖像內的句法結構，對于連續(xù)的壓縮圖像數據的拼接沒有規(guī)定，造成不同廠家的硬件產生的壓縮碼流不能互相通用 最早以加拿大Matrox公司為代表的一些公司提供的硬件平臺，使用M-JPEG壓縮方式，大部分采用Zoran公司的JPEG壓縮芯片。,,2MPEG-2壓縮格式,MPEG是活動圖像專家組(Moving Pictures Expert Group)的縮寫，該組織成立于1988年， MPEG-2是其制定的第二個MPEG標準，MPEG-2由系統(tǒng)、視頻、音頻等9個部分組成，與MPEG-1不同的是，在MPEG-2中引入了類和級的概念，其中與類對應的主要是編碼的復雜程度，與級對應的主要是圖像格式，,,MPEG-2 主要思想,MPEG-2是以圖像組(GOP)作為單元對圖像進行處理的。 一個GOP內包括3種類型的圖像幀，分別稱為幀內編碼幀(I幀)、前向預測幀(P幀)和雙向預測幀(B幀)。 首先編I幀，然后以前一個I幀作為預測幀編P幀，最后在I幀和P幀之間插入若干個B幀，B幀是由相鄰最近的I幀或P幀作為雙向預測后編碼的。一般來說，一個GOP中P幀的信息量約占其I幀的12，B幀的信息量約占其I幀的 14。,,解碼時，先解碼I幀，然后解碼P幀，再解碼B幀。 I幀是幀內編碼，不需要其他幀的數據，可直接解碼， P幀的解碼則要依靠所在GOP中該幀之前的I幀和P幀， B幀的解碼要依靠所在GOP中前后的I幀和P幀。 圖像的傳送順序與顯示的順序是不同的，則圖像的傳送順序為PBBPBBIBBPBB，圖像的顯示順序則為IBBPBBPBBIBBP。,,由于MPEG-2使用了基于DCT的幀內壓縮(空間壓縮)和采用運動補償的幀間壓縮（時間壓縮)， 且同一幀內可使用不同的壓縮比，在同等質量的情況下，其壓縮效率遠高于M-JPEG格式，因而在視頻的采集、傳輸、存儲等領域有非常高的應用價值。 然而由于MPEG-2標準的I、B、P格式壓縮破壞了視頻圖像的幀結構，使得編輯困難。,,3DV壓縮格式,DV格式在進行壓縮時，是把圖像從左到右、從上到下分成8X8的塊，作為DCT的基本運算單位。 但是DV的宏塊與MPEG-2不同，根據色度取樣的不同有32X8和16x 8兩種宏塊，其中32X 8用于25Mbs碼率的4：1：1色度取樣，16X8用于50Mbs碼率的4：2：2色度取樣。在DV的壓縮中，還有一個重要的概念超塊，9X 3個宏塊組成一個超塊(SuperBlock)。例如，720x576的一幅像在4：2：2色度取樣時，水平方向被分成5個超塊，垂直方向分成24個超塊。,,4無卡節(jié)目編輯中的壓縮格式,采用軟件解碼的方式進行非線性節(jié)目編輯工作的可能性越來越大。 非線性軟件解碼無卡編輯主要有兩種應用模式： 一種是利用軟件的解碼能力完成編輯工作，然后再利用計算機和軟件的編碼能力將編輯結果進行合成，完成節(jié)目的編輯。 另一種應用模式是采用雙碼流的工作方式，基于軟件的無卡編輯完成節(jié)目的編輯工作，而節(jié)目的合成和下載則交給專業(yè)的視頻編輯板卡來完成。,,7.2.4 非線性編輯板卡,非線性編輯板卡是非線性編輯系統(tǒng)的核心。 計算機通過非線性編輯板卡將視頻信號轉為視頻文件和將視頻壓縮文件轉換成標準的模擬電視信號，記錄在錄像機中的磁帶上。 編輯板卡的主要工作 完成AD和DA轉換。 完成非線性編輯工作流程當中的素材上、下載及各種類型的視頻輸入輸出接口， 通過硬件編、解碼處理器和固化的電視特技協處理器，提高系統(tǒng)的處理速度，降低CPU負擔。,,非線性編輯系統(tǒng)的發(fā)展,,1非線性編輯板卡的工作原理,錄入 輸入的視頻信號模數變換 經數字梳狀濾波器分離為數字YC信號， 經解碼變?yōu)閿底諽、U、V信號， 利用M-JPEG壓縮技術進行壓縮，成文件存硬盤。 視頻重放，與捕捉過程相反。 視頻數據送顯示器，需要經過板卡上的幀緩存。,,存儲在硬盤中的圖像、聲音或動畫文件，在非線性編輯系統(tǒng)中統(tǒng)稱為“素材”(Clip)、 生成這些文件存盤時，連同其文件名(或活動圖像首幀縮略圖和聲音波形圖)、文件類型、文件長度均已存盤。 進行編輯時，需要將待編的素材輸入到一個新建的“目錄表”(Project)中，實際是將這些素材的縮略圖和波形圖從硬盤調入幀存儲器中，而大量的文件數據仍在硬盤中未動，故占用幀存儲器的容量并不多。,,編輯工作實質,編輯實際是給目錄表中各素材按時間排序， 而特技一般發(fā)生在兩個素材的重疊處，由特技控制器提供各種特技算法，以場為單位，由系統(tǒng)微處理器逐個像素運算生成新的畫面，這時僅將兩個素材重疊部分的視頻數據解壓縮后調入幀存儲器，數據量并不大。 特技控制器實際上是由編輯軟件提供的“特技算法庫”，每一種算法均以一種文件形式，連同文件名等參數存放在硬盤中，調用時以縮略圖形式出現在一個稱為特技過渡的窗口里，供用戶選擇。 特技即由選定的算法對圖像數據進行運算，得到新的圖像數據。,,2早期的雙通道非線性編輯板卡,非線性編輯系統(tǒng)在早期大多采用MJEPG壓縮技術，市場上提供壓縮比為2:1-50:1不等的產品， 有的能同時提供多種壓縮比。 硬件處理有單、雙通道之別，單通道只能處理一路信號，雙通道可同時處理兩路信號，并且回放通道支持多層疊加的特技混合器。,,早期的雙通道非線性編輯板卡,(1)Targe2000RTXSDX板卡 (2)ReelTime系列板卡 (3)Digisuite套卡,,3當今主流的非線性編輯板卡,(1)DigisuiteDTV十MAX板卡 (2)DPSVelocity非線性編輯系統(tǒng) (3)Targa3100板卡,,73 網絡非線性編輯系統(tǒng),采用1-2套單機非線性編輯系統(tǒng)和少量的磁帶編輯系統(tǒng)可以基本滿足節(jié)目制作量較小的電視臺對電視片頭、廣告或MTV節(jié)目的制作。 但對于節(jié)目制作量較大的專業(yè)電視臺，要配備大量的單機線性和非線性編輯系統(tǒng)，不僅成本高、效率低，而且很難實現資源共享和信息的高速傳輸。 在這種情況下，實現非線性編輯的網絡化是很好的選擇。 由于視頻信號數字化后的數據量很大，必須采用高速網絡,,1吉以太網,作為局域網技術，以太網具有很好的穩(wěn)定性、拓展性和安全性以及廣泛的廠家支持。 吉以太網技術具有共享系統(tǒng)資源，各工作站之間易于傳遞信息，可實時共享對同一數據文件的操作，易擴展，技術成熟和成本低廉等特點,,以太網結構是以服務器為中心的，由網絡交換機連接所有工作站點。 以太網的實際可用帶寬較小，使用若干數量的有卡工作站(帶有視頻壓縮編、解碼卡)和無卡工作站。 系統(tǒng)的工作過程為：使用有卡工作站把視、音頻素材上載到網絡中，同時生成高、低兩種壓縮比的素材，低壓縮比的素材通過SCSI電纜傳輸到SCSI硬盤陣列中，以便有卡工作站讀取較高質量的素材，完成精編工作和最終節(jié)目下載； 高壓縮比的素材通過吉以網傳到服務器共享盤中，供無卡工作站編輯。,,2、光纖分布式數據接口 3異步傳輸模式(ATM) 4光纖通道(FC),,,,74 混合編輯系統(tǒng),為了充分發(fā)揮線性、非線性編輯各自的特點與優(yōu)勢，目前計算機廠家和傳統(tǒng)的視頻廠家生產的非線性編輯系統(tǒng)，均不同程度地考慮了與磁帶編輯系統(tǒng)相結合進行混合編輯的情況， 這種將線性與非線性相結合而組成的編輯系統(tǒng)稱為混合編輯系統(tǒng)。,,混合編輯系統(tǒng)的使用方式：,1非編兼具錄機和編輯控制器功能的混合編輯系統(tǒng) 既可實現純非線性編輯，亦可實現線性編輯。 在純非線性編輯中，該系統(tǒng)中的錄像機作上、下載用，上載后的素材利用非編系統(tǒng)來非線性編輯。 在線性編輯中，該系統(tǒng)中的錄像機作放機用，非編系統(tǒng)兼具錄機和編輯控制器的功能。,,2.非編兼具錄機功能的混合編輯系統(tǒng),實現線性編輯時，非編系統(tǒng)則處于受控狀態(tài)，受控于外接的編制器。 以上兩種混合編輯系統(tǒng)優(yōu)點是兼具線性和非線性編輯功能，在素材量較大時無需全部上載素材，節(jié)約了編輯時間，在大量長段無技巧組接編輯中使用非常方便。,,3、線性、非線性和半非線性混合編輯系統(tǒng),該系統(tǒng)中的非編系統(tǒng)兼具控制、特技、字幕、調音臺等多項功能，可實現以下編輯。,,功能,(1)純非線性編輯 該狀態(tài)下的編輯錄、放像機可作上載素材用，編輯錄像機作下載素材用。 (2)二對一AB卷線性編輯 該狀態(tài)下的非編系統(tǒng)兼具編輯控制器和切換臺的功能(需選購二維、三維特技板卡，亦可在該系統(tǒng)中接入切換臺，省去非編的二、三維特技板卡)，實現由非編控制的AB卷特技編輯。,,(3)半非線性編輯 在素材量較大或所用素材在同一盤磁帶上時，可將一部分素材上載到非編的硬盤，利用該系統(tǒng)實現磁帶和硬盤素材之間的AB卷編輯。該編輯方式綜合運用了磁帶的線性和硬盤的非線性特點，故稱為半非線性編輯。,,4、線性與非線性組合編輯系統(tǒng),,(1)由編輯放、錄像機作上、下載素材用的純非線性編輯。 (2)由編輯放像機、編輯錄像機、切換臺、調音臺和編輯控制器組成的二對一AB卷線性編輯。 (3)若非編的功能許可，亦可實現由編輯放像機和作為錄機用的非編系統(tǒng)之間的線性編輯以及半非線性編輯。,,5非線性脫機與線性聯機編輯系統(tǒng),由于非線性編輯的存儲容量有限，在素材量很大(如電視劇制作)時，為了保證節(jié)目的制作質量，可利用非線性編輯系統(tǒng)在大壓縮比下進行脫機粗編，待粗編完成的樣片通過評審后，再利用非編系統(tǒng)得到的EDL數據，通過高質量的線性編輯系統(tǒng)編輯成品母帶。,,75 非線性編輯的節(jié)目制作過程,1準備階段 準備階段要做的工作主要包括：素材的準備和系統(tǒng)的連接。非線性編輯要處理的素材是相當豐富的，涉及視頻、音頻、圖形、圖像及一些軟件制作的素材等。非線性編輯工作的基礎就是根據制作節(jié)目的需要準備好各種素材。,,(2)圖形、圖像素材 (3)軟件類素材,,2素材引入階段,非線性編輯的過程可以看做是對各種數字化的素材按照制作節(jié)目的需要進行重新編排和再創(chuàng)作的過程。在使用非線性編輯系統(tǒng)編輯節(jié)目之