非线性编辑系统-全媒体制播技术

非线性编辑是相对于线性编辑而言的，以计算机技术为基础，以硬盘为存储介质，以帧或文件的方式迅速、准确地存储、记录和编辑视音频素材。

非线性编辑系统是一个扩展的计算机系统，简单地说，一台高性能多媒体计算机，配上专用的视频图像压缩解压缩卡，再加上一个大容量高速硬盘或硬盘阵列便构成了一个非线性编辑系统的基本硬件系统。再加上相应的制作软件就组成了一套完整的非线性编辑系统。最根本的特征就是借助于计算机软、硬件技术使视音频信号在数字化环境中进行制作合成。

1.发展过程

非线性编辑系统的发展经历了三个过程：

①传统的板卡型非编系统

这个时期大约持续到了2002年之前，其特点是大量采用国外基于硬件编解码的板卡。

②MPEG-2非编系统

为了更好地降低成本、节约资源，人们一直在研究更有效的压缩方法。最为明显的变化是从非压缩到M-JPEG压缩，再到MPEG-2压缩。2002年以后开始出现基于MPEG-2技术的板卡以及相应的非编系统和网络系统。

③CPU+GPU的非编系统

随着计算机硬件的功能不断增强、运算速度大幅提升，计算机的浮点运算能力大大提高，使得一般的图像处理可以摆脱硬件板卡的束缚，出现了以软件图像编解码和各种软件处理图像为特色的新型非编。由此引发了板卡型非辑和基于计算机自身运算并借助硬件加速的软件型非编共同争夺市场的局面。从发展趋势看，CPU+GPU的基于软件处理图像的非编系统逐渐成为技术先进性的代表，即所谓的第三代非编。

2.非线性编辑的工作过程和优点

非线性编辑的工作过程是：把输入的各种模拟视频信号经视频卡和音频卡转换成数字信号（即A/D模数转换），采用数字压缩技术，存入计算机硬盘中，将传统电视节目后期制作系统中的切换台、数字特技、录像机、录音机、编辑机、调音台、字幕机、图形创作系统等设备功能，用一台计算机来进行处理，再将处理后的数据送到视音频卡进行数字解压及D/A数模转换，完成从输入到输出的整个过程，如图7-3所示。

图7-3　非线性编辑工作过程示意图

相对于线性编辑来说，非线性编辑是数字技术和计算机技术发展的产物，具有以下一些优点。

A.保证图像质量

B.编辑手段灵活

C.充分体现编导的意图

D.容易实现网络化资源共享

E.系统具有高度集成性

3.非线性编辑系统的分类

A.按计算机基础平台分类

a.基于MAC（Macintosh）操作系统

b.基于PC机平台

c.基于图形工作站

基于图形工作站的非线性编辑系统具有更强的图形图像处理能力，但价格稍显昂贵。

B.按压缩方法分类

主要是指对视频信号的压缩方法，可分为Motion—JPEG压缩、MPEG压缩、DV及其改进格式压缩等。

其他还包括使用小波变换压缩方法的系统和无损压缩系统以及不压缩系统等。

C.按制作时效类型分类：

实时生成型系统、非实时生成型系统。

D.按节目应用域分类：

数字电影制作系统、高清电视制作系统、标清电视制作系统、多媒体视频制作系统。

E.按信号类型与工作流程分类

基于模拟视频信号（Analog video signal）流程的系统、基于数字视频信号（Digital video signal）流程的系统、基于数字视频文件（Digital video files）流程的系统。

F.按编辑模式分类

时间线（Time line）编辑模式、树状（Tree structure）编辑模式。

“时间线”的概念是数字非线性编辑系统所独有的。它将视频画面编成系列，其编辑顺序以时空统一的制图方式在“时间线”上显示出来，并可展开编辑顺序的视频画面系列为一连串单帧画面镜头，同时还可实时显示这些画面所用的时间长度。在音频轨上可同步显示所有音频信号波形。由于“时间线”以图的形式显示编辑顺序，编辑工作主要在“时间线”上进行，因此“时间线”又称“故事板”。在传统的线性磁带编辑过程中，就无法像这样将一段节目顺序及时间长度整个显示出来供编辑者非常方便直观地观看。

G.其他分类方法

按独立单机系统和网络系统分类，按输出数字电视信号的格式分类，按系统的特技处理能力分类，按系统软硬件的开放情况划分，按系统的质量可分为广播电视级、多媒体制作级、家用影音级等。

4.非线性编辑系统的构成

非线性编辑系统就是借助于计算机软、硬件技术达到视频信号在数字化环境中进行制作合成的系统。一个典型的非线性编辑系统一般由硬件（包括计算机、硬盘、视音频处理卡以及外围设备）和软件（非线性编辑系统软件、二维动画软件、三维动画软件、视音频处理软件）构成，系统结构如图7-4所示。

图7-4　非线性编辑系统结构图

A.计算机硬件平台

计算机属于基础硬件平台，任何一个非线性编辑系统都必须建立在一台多媒体计算机上，主要完成数据存储管理、音频处理、视频处理、字幕特技处理和软件运行等任务，它的性能和稳定性决定了整个系统的运行状态。

B.视音频处理卡

视频卡是视频处理子系统所在的板卡，又称视频编辑卡（Video Editing Card），也可称为非编卡。视频处理子系统主要完成视频信号的输入与输出处理（I/O）、压缩与解压缩（Codec），有些独立的非线编系统有视频混合（Mix）、特技（DVE）处理、图文字幕（GFB）的专用板卡，有些是特技字幕软件实现叠加功能；音频处理子系统根据用户设置完成音频信号的采样、量化、编码等数字化处理以及存储读取处理。

视频处理系统又分成单通道和多通道系统。

单通道系统有两项任务：一是视频采集，二是视频回放。单通道系统只有一个压缩/解压缩通道，一般在硬件上没有数字特技、数字混合和字幕叠加部分，只完成视音频信息的采集、压缩、解压缩和转换输出。

双通道系统有两路视频压缩/解压缩通道，其硬件结构包括外部视音频输入模块、压缩采集和压缩回放模块、图文产生模块、二维数字特技模块、三维数字特技模块、多层叠加模块、预览输出及主输出模块。

C.大容量存储介质

非线性编辑系统所需存储的是大量的视音频素材，数据量极大，因此需要大容量的存储媒体，硬盘是目前最理想的存储媒介。硬盘容量虽然越来越大，但也难以满足系统的需要，磁盘阵列成为发展趋势。

目前非线性编辑系统中使用的RAID分为三种类型：第一种类型是独立于计算机的磁盘阵列，具有独立的机箱和供电系统；第二种类型是软件RAID，软件RAID必须在操作系统建立后才能创建；第三种类型是RAID卡，这种方式介于独立磁盘阵列和软件RAID之间，它可分担一部分CPU的负担，但必须在操作系统建立后才能创建。

以网络存储为核心的存储技术也正在改变人们共享信息的方法。典型的网络存储技术有DAS（Direct Attached Storage）、NAS（Network Attached Storage）、SAN（Storage Area Network）等。

D.外围设备

外围设备主要由录放像机、DVD、VCD、CD等音视频设备组成。

E.接口

非线性编辑系统中的各个部件都是独立存在的，计算机内部接口将它们连接在一起，使视音频数据可以进行传输。同时，非线性编辑系统与外部设备进行数据交换也需要外部接口。

SDI（Serial Digital Interface串行数字接口）是把数据流通过单一通道顺序传送的接口。它是最先出现的用于视频制作领域的数字接口。

SDTI接口是由SDI接口发展而来，支持多种格式，如DVCPRO、DVCPRO 50、DVCAM、MPEG-2等，可用于高于实时的速度传输。

FDDI光纤分布式数据接口以光纤作为信号数据的传输通道，传输带宽可实现1Gb/s，甚至2Gb/s以上的数据传输。

IEEE-1394接口将视音频信号和控制信号集中在一条线上，便于连接。可保证在传输视音频信号时的实时显示。

5.非线性编辑软件

非线性编辑软件包括专用型软件和第三方软件。能与非线性卡相连，直接进行视频采集输入和输出的软件称分为专用型软件，是由非线性编辑系统开发商根据其选用的非线性卡的特点而专门开发的软件，可以直接调用非线性卡内数字特技模块而形成实时特技或短时间内生成特技，从而大大加快了节目的编辑速度，同时也可以直接驱动非线性编辑卡对素材进行上载和下载，是用户完成一般编辑的主要手段。第三方软件是指非线性编辑系统开发商以外的软件公司提供的软件。这些软件不能直接控制非线性卡进行输入/输出，但可以对已进入硬盘阵列的视音频素材进行加工处理和编辑，或者制作出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，非线性编辑系统之所以能做到效果变幻莫测，吸引众人的视线，完全取决于第三方软件。

A.非线性编辑软件的功能

非线性编辑软件可以实现以下传统电视设备的功能：

a.硬盘录像机。

b.编辑控制器。

c.切换台。

d.数字特技机。

e.字幕和图形创作系统。

f.动画制作与合成。

g.数字录音机、音源和调音台。

B.典型软件平台

按照硬件平台的分类方法，非线性编辑软件也可分为三类：运行于PC机上的非线性编辑软件，运行于MAC机上的非线性编辑软件，运行于工作站上的非线性编辑软件。

下面介绍几种典型的软件平台。

a.Inferno/Flame/Flint

Inferno/Flame/Flint是加拿大Discreet公司在数字影视合成方面推出的专业级合成软件系列，可以有效地进行电影、数字影院、HDTV/DTV、高分辨率广告和视频项目的制作等。(https://www.xing528.com)

b.Combustion

Combustion是Discreet公司在PC平台上推出的一款影视后期合成软件，从界面的布局到功能的使用与操作都借鉴高端SGI和Inferno/Flint系列软件，这也使得Combustion成为PC平台上具有竞争力的影视后期制作软件之一。

c.Avid Xpress Pro HD

系统将整个媒体制作流程集成到一套整合的系统中，能够帮助专业的内容制作人员进行各种创作，如视频编辑、音频后期处理、图像、合成、字幕、特技及磁带、DVD发行或互联网发布。

d.Final Cut Pro

Final Cut Pro是同时支持DV、SD、HD电影等全系列专业视频编辑格式的软件。具有300多种新功能，包括用于实时合成和增效的RT Extreme、功能很强的新界面定制工具、新型高质量8/10位非压缩格式；编辑系统中引入每通道32位浮点视频处理功能，引入了三个全新的集成式应用于制作标题的LiveType、用于创作音乐的Soundtrack和用于全功能批量代码转换的Compressor。

e.Adobe Premiere Pro

Premiere是Adobe公司出品的一款非常优秀的非线性视频编辑软件，可以用于MAC和PC平台，在多媒体制作领域扮演着非常重要的角色。它提供内置的跨平台支持以利于DV设备的大范围的选择，增强的用户界面，新的专业编辑工具以及与其他Adobe应用软件无缝地结合。它能对视频、声音、动画、图片、文本进行编辑加工，并最终生成电影文件。

f.After Effects

After Effects是Adobe公司推出的一款运用于PC和MAC机上的专业影视合成软件，它借鉴了许多优秀软件的成功之处，将视频特效合成提升到了一个新的高度。After Effects拥有先进的设计理念，与Adobe公司的其他产品Photoshop、Premiere和Illustrator有着紧密的结合。After Effects已经成为专业的跨媒体传输设立动态图形和视觉效果的标准，在精确控制的前提下，可以充分展示用户无限的创造性。

g.EDIUS

EDIUS是Canopus有史以来所推出的最强大的非线性视频编辑软件。它集成了Canopus强大的效果技术，为编辑者提供了高水平的艺术创造工具：27种实时视频滤镜包括白平衡/黑平衡、颜色校正、高质量虚化和区域滤镜、实时色度键和亮度键等。

h.中科大洋D3-Edit系列

大洋D3-Edit采用相同的软件构架，包括素材、字幕、特技、工程文件在内的所有资源都可在不同系列的高标清产品之间共享；用户原有的D3-Edit标清产品或网络，可以平滑升级到高清。D3-Edit系列非线性编辑系统满足从剪辑到包装合成，从视频后期到录音缩混的电视节目制作需求。

i.新奥特Himalaya系列

新奥特喜玛拉雅（Himalaya）系列高、标清非线性编辑系统作为后期制作的全能利器，集上载、剪辑、专业调色、字幕、视频特效、3D编辑、杜比音频编辑、4K视频编辑功能于一体，全面支持高标清多格式实时混合编辑以及3D节目的全流程制作，并提供丰富的产品系列适应于各行业的后期制作需求。上百种快捷操作模式和及时提示，使制作过程高效如行云流水；统一直观的程序设置界面：具有单独的设置窗口，将应用中的所有设置汇聚其中，同时又提供了隐藏设置模式避免误设置；以编辑内容为中心的界面设计使用户能高效地创作节目，所有的模块窗口采用浮动式结构设计，实现不同功能操作可轻松切换，无须关闭等待。

j.索贝第5代非编产品

索贝第5代非线性编辑软件平台，在保持ESeries NLE优势基础上，从用户角度出发，界面扁平化设计，通过工作场景模式，根据应用流程进行功能和界面的重组；优化使用流程，使用户获得最佳的应用体验；依托最新第四代核心引擎ART 4，使非编达到前所未有的至高性能，自主研发的IPE智能播放引擎和IRE智能渲染引擎，优化引擎资源管理，极大提高编辑速度和渲染效率，使并行化与跨平台兼容性更加出色；支持从各种广电专业格式到各种格式、各种分辨率的网络流媒体，支持从2K高清到4K数字电影等各种视频媒体的编辑能力，真正实现对全制式、全格式的完美支持。索贝第5代非编产品包括：E10新一代专业全功能后期制作系统，以及面向企业、个人、影视媒体直至广播级后期专业影视制作的T10非编。

6.非线性编辑的操作流程

任何非线性编辑的操作流程，都可以简单地看成采集、编辑与后期处理、输出这样三个步骤。当然由于不同软件功能的差异，其使用流程还可以进一步细化。

（1）素材采集与输入

采集就是利用非线性编辑软件，将模拟视频、音频信号转换成数字信号存储到计算机中，或者将外部的数字视频存储到计算机中，成为可以处理的素材。输入主要是把其他软件处理过的图像、声音等导入到软件中。

当视频采集卡正确安装后，可以利用非线性编辑软件所带的采集程序进行采集。一般有如下采集方法：

A.单帧静止画面/多帧动态画面连续采集

B.手动采集

C.自动采集

D.批量采集

（2）素材编辑与后期处理

采集好的素材已经存储在计算机硬盘中，通过非线性编辑软件中的相关命令将其调入至编辑界面中。一般可以一次调入一个文件或多个文件，也可以调入一个文件夹中的文件。编辑之前的重要一步是将采集好的素材浏览一遍，做到心中有数，以便高效率地进行编辑，一般都在浏览窗口中进行。

任意自由地设定视频展开的信息，可以逐帧展开，也可以以秒、分为单位展开。然后调用非线性编辑软件所提供的各种手段来剪辑、排列、衔接各种素材，同时添加各种特效，进行二维、三维的镜头过渡，叠加字幕等。具体的过程可以包括如下内容：

A.素材浏览

B.编辑点定位

C.素材长度调整

D.素材的组接

E.素材的复制和重复使用

F.软切换

G.联机编辑和脱机编辑

H.特技

I.字幕

J.声音编辑

K.动画制作与合成

（3）非线性编辑节目输出

非线性编辑系统可以用三种方法输出制作完成的节目。

A.输出到录像带上

B.输出EDL表

C.直接用硬盘播出

输出节目的视频格式可以是SD（标清）、HD（高清）、HD FULL（全高清）等。

7.非线性编辑网络

非线性编辑网络是指利用计算机网络将各自孤立的非线性编辑工作站连接起来，实现资源共享、协同节目制作、数据传输、素材管理以及媒体资产管理等功能的网络，全称为“专用的非线性编辑与管理的网络平台”。

非线性编辑网络的工作原理是：首先将来自磁带放像机信号、卫星信号或其他视音频信号的节目素材通过采集上载将各种视音频信号转换为数字信号存储在网络存储器（如磁盘阵列）中，非线性编辑工作站可搜索、下载或调用存储器上的视音频数据，再进行剪辑、串联、添加字幕、添加特技等编辑操作，最后将完成制作的节目送到下载端录制成播出带或直接通过数字化的播出系统实时播出。

网络系统中不同的码率和格式，用于制作、存储、播出、广域网发布等不同的应用领域。功能强大复杂，操作注重人性化的视音频编辑系统，支持时间线和复杂的故事版操作，提供丰富的软特技资源，内嵌功能强大的图文字幕系统，支持各种信号和接口。

A.逻辑架构

非线性编辑网络系统不仅包含可以直接看到的应用软件和各种硬件设备，还有隐藏在系统之内的业务流程，支持系统运转。系统的逻辑架构如图7-5所示。

图7-5　非编网络系统的逻辑架构

典型的非线性编辑网络系统是集视音频素材采集、电视节目编辑制作、配音、节目生产管理等功能于一体，并具备与演播室播出系统、媒体资产管理系统、摄像设备的数据交换接口的电视节目制作一体化业务系统。

B.存储容量与带宽计算

在非线性编辑网络系统中，中央存储体提供存储空间和网络带宽，是核心部分。

假设根据台内收录存储业务需求，在线存储容量需求是高清1小时/每天，标清10小时/每天，预计按照高、标清要求存储15天计算。如果按照高清素材采集码率是240Mbps、标清采集码率50Mbps计算：

单位小时存储空间计算公式如下：

耗费的存储空间=格式码率（Mb/s）×时间（s）

标清码流：50 Mb/s×3600s=180000Mb=22500MB≈22.5GB

基本容量需求=每小时耗费的空间×存储时间需求

=22.5GB×10小时×15天=3375GB≈3.38TB

高清码流：240 Mb/s×3600=864000Mb=108000MB≈108GB

基本容量需求=每小时耗费的空间×存储时间需求

=108GB×1小时×15天=1620GB≈1.62TB

总有效容量：1.62+3.38=5TB

物理容量需求：5TB/0.8=6.25TB

网络需要的总访问带宽为各个工作站点峰值带宽之和。假设整个非编系统有上下载工作站各2台，编辑工作站3台，只采取单一码流、MPEG-2I帧，高清编辑制作码率为240Mb/s，那么上载工作站的码率为240Mb/s，下载工作站的码率为480Mb/s（两层视频），编辑工作站的码率为480Mb/s（两层视频），根据以上信息可以计算出整个非编系统的带宽需求，如表7-2所示。编辑工作站支持两层实时视频。

表7-2　非编系统的带宽需求

C.网络技术

目前非编网络已经形成了FC网+以太网的双网结构、双路采集、脱机编辑、联机播出的工作模式。

双网结构的中心思想是综合FC-SAN网和以太网的优点，将播出画面的质量与编辑时看到的画面质量分开管理，如图7-6所示。

图7-6　双网结构

FC-SAN负责实时的高质量广播级视频数据流的传送、存储、共享和管理。以太网LAN负责系统管理信息、低质量的视频数据流、音频数据流/文稿数据等的传送、存储和共享。FC-SAN管理软件负责对网络共享信息的读写权限进行管理和控制。