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文檔簡介

1、論非線性編輯系統(tǒng)中的視音頻處理    摘要:非線性編輯系統(tǒng)是以計算機為操作平臺的電視節(jié)目后期編輯制作設(shè)備,隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,非線性編輯系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于電視節(jié)目的制作。本文介紹了非線性編輯系統(tǒng)中的視音頻處理系統(tǒng)的組成及其工作原理。 關(guān)鍵詞:非線性編輯;線性編輯;視頻卡;視頻壓縮;采樣頻率;壓縮比 一、非線性編輯的概要 20世紀末,科學(xué)技術(shù)和藝術(shù)的關(guān)系越來越密切,科學(xué)技術(shù)媒介被廣泛的引入藝術(shù)實踐領(lǐng)域,信息時代的數(shù)字技術(shù)作為一種媒介機制與藝術(shù)相結(jié)合,其中非線性編輯技術(shù)尤以其低成本、高效率、高質(zhì)量和效果變換無窮的優(yōu)點迅速進入了電影、電視、網(wǎng)絡(luò)等傳播領(lǐng)域。

2、 非線性編輯是針對線性編輯而言的,在傳統(tǒng)的電視節(jié)目制作中,節(jié)目的制作和編輯是在編輯機上進行的。編輯機一般是由一臺放像機和一臺錄像機組成,編輯人員在放像機中選擇一段需要的素材,然后把這段素材錄制到錄像機中的磁帶上,然后再搜索下一個鏡頭,接著再進行記錄工作,之后重復(fù)以上的操作,直到把所有需要的素材按照節(jié)目要求全部順序記錄下來。 用磁帶記錄畫面是順序的,所以無法在已有的畫面之間插入別的畫面,也無法刪除不需要的畫面,除非把這之后的畫面全部重新錄制一遍,插入所需的畫面,最后再把之前復(fù)制的畫面接上,這種編輯方式就叫做線性編輯,它給編輯人員帶來很多的限制,編輯效率非常的低下。 非線性編輯則是應(yīng)用計算機圖像技

3、術(shù),在計算機中對各種原始素材進行各種編輯操作,并將最終結(jié)果輸出到計算機硬盤、磁帶、錄像帶等記錄介質(zhì)上這一系列完整的工作過程。所有的原始素材是被數(shù)字化后才存儲到計算機硬盤上的,信息存儲的位置都是并列平行的,所以與原始素材輸入到計算機時間的先后順序沒有關(guān)系。于是,我們就可以對存儲在硬盤上的數(shù)字化音視頻素材進行隨意的排列組合,并可進行各種修改。這樣,非線性編輯的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了,工作效率也提高了很多。編輯人員現(xiàn)在所要做的就是如何去創(chuàng)作他的作品,如何發(fā)揮他的想象力,再也不用受線性編輯的限制了。 任何非線性編輯的工作流程,都可以簡單地看成輸入、編輯、輸出這樣三個步驟。當(dāng)然由于不同軟件功能的差異,其使用流

4、程還可以進一步細化。以大洋D3-Edit為例,其使用流程主要分成如下5個步驟。 1素材采集與導(dǎo)入;采集就是利用大洋D3-Edit,將模擬視頻、音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存儲到計算機硬盤中,或者將外部的數(shù)字視頻存儲到計算機硬盤中,成為可以處理的素材。導(dǎo)入主要是把其他視頻、圖片、聲音等導(dǎo)入到大洋D3-Edit的素材庫中。 2素材剪輯:素材剪輯就是在原始素材中選取所需的各個小片段,然后按照時間順序組成不同新的素材的過程。 3特技處理:對于視頻素材,特技處理大概分為轉(zhuǎn)場、特效、合成疊加等。對于音頻素材,特技處理分為轉(zhuǎn)場、特效等。令人震撼的畫面效果,就是在這一過程中產(chǎn)生的。而非線性編輯軟件功能的強弱,往往也

5、是體現(xiàn)在這方面。配合某些硬件,大洋D3-Edit還能夠?qū)崿F(xiàn)特技播放。 4字幕制作:字幕是節(jié)目中非常重要的部分,它包括文字和圖形兩個方面。大洋D3-Edit中制作字幕很方便,可以實現(xiàn)各種預(yù)期達到的效果,并且還有大量的模板可以選擇。 5輸出與生成;節(jié)目編輯完成后,就可以輸出回錄到錄像帶上;也可以生成視頻文件,保存到移動硬盤上、發(fā)布到網(wǎng)上、刻錄VCD和DVD等。 由此可見,音視頻素材的采集與輸入是整個非線性編輯流程的第一步,也是至關(guān)重要的第一步。沒有對素材優(yōu)良的采集編碼,就談不上好的非編系統(tǒng),下面我們就來詳細深入地研究音視頻輸入系統(tǒng)。 二、非線性編輯系統(tǒng)中的視頻處理 首先,我們來說說人的視覺特性。人

6、眼是依靠視網(wǎng)膜上光敏細胞一桿狀細胞和錐狀細胞獲得了彩色視覺,人眼僅對電磁波譜中的可見光區(qū)波長從380nm到780nm敏感,人眼對亮度的敏感程度比對顏色的敏感程度高。 了解了人的視覺特性后,我們再來研究視頻信號。一般評價和描述視頻信號的好壞,就會提到一些指標,如分辨率、幀速率和色彩數(shù)等參數(shù)。分辨率就是畫面的精密度,它反映了畫面的清晰度。分辨率為384×288的電視圖像與分辨率為384×576的電視圖像的畫面質(zhì)量有明顯的區(qū)別。電視節(jié)目后期制作中,要求圖像分辨率為720×576或768×576PAL制。幀速率是指每秒鐘刷新的畫面的幀數(shù),也可以理解為畫面處理器每

7、秒鐘能夠刷新幾次。PAL制電視節(jié)目的幀速率為25fps幀每秒:制作多媒體光盤出版物時一般選15fps的幀速率。電影和NTSC制式電視的幀速率分別為24fps和3029.97fps。色彩數(shù)就是屏幕上最多顯示多少種顏色的總數(shù)。描述每一像素的字節(jié)數(shù)決定了最多可同屏顯示多少種顏色,一般為256色、65536色和16777216色即真彩色。色彩數(shù)越多,能表現(xiàn)的彩色層次越豐富。 視音頻采集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,它直接決定著整個系統(tǒng)的性能。它主要有以下功能:完成視、音頻信號的AD、DA轉(zhuǎn)換,即進行視頻、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

8、音頻處理卡。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AD變換后,每一段素材都成為了一個視頻文件存放在硬盤陣列中,供計算機進行數(shù)字域的處理。需要輸出的視音頻數(shù)碼流經(jīng)過DA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。 視頻處理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)所能達到何種程度的視頻質(zhì)量,與視頻處理卡的性能密切相關(guān)。壓縮與解壓縮是視頻處理卡的核心內(nèi)容。在數(shù)字視頻信號不能被有效而高質(zhì)量地壓縮時,非線性編輯都是在昂貴的

9、工作站上實現(xiàn)的。因為龐大的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量使蘋果機和普通Pc機都不堪重負,不能正常處理數(shù)碼率高達216Mbs的無壓縮數(shù)字分量視頻信號或者142Mbs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,使得在蘋果機和Pc機上進行視頻非線性編輯成為了現(xiàn)實,這些圖像壓縮算法是實現(xiàn)相對廉價的視頻非線性編輯的關(guān)鍵所在。而視頻處理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。Motion-JPEG可以理解為活動圖像的JPEG壓縮,Motion-

10、JPEG基于靜態(tài)圖像壓縮格式JPEG,對活動圖像進行實時的幀內(nèi)壓縮,幀內(nèi)壓縮有一個好處就是可以精確的定位每一幀圖像,這一點非常適合非線性編輯,在編輯過程中,可以隨機存取任意一幀圖         像,對于幀編輯十分理想。Motion-JPEG采用DCT編碼技術(shù)。由于這種算法不太復(fù)雜,可以用很小的壓縮比2:1進行全幀采集,從而實現(xiàn)廣播級指標所要求的無損壓縮。若采用廣播級指標進行2:1壓縮,經(jīng)過壓縮的數(shù)字視頻信號其數(shù)碼率仍有108Mbs分量視頻或71Mbs復(fù)合視頻。Motion-JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的,可以由相

11、同的硬件和軟件來實現(xiàn),這對壓縮解壓電路實現(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進行全幀采集,從而實現(xiàn)廣播級指標所要求的無損壓縮。 Motion-JPEG的壓縮過程如圖1大概由5個主要部分組成: 色抽樣:在視頻處理器中處理的是分量信號YUV,因此輸入的信號不是分量信號,需要進行轉(zhuǎn)換,亮度信號Y、色度信號UV各用8比特表示,每個采樣共用24比特。信號轉(zhuǎn)換后,亮度信號直接進入DCT編碼器中,而色度信號需要進行再抽樣、同步,然后進入DCT編碼器,這個過程是個有損失的過程,有些信息丟失后無法還原。色度抽樣時,處理U分量的同時,丟失V分量;處理V分量時,丟失U分量,這樣減少了數(shù)

12、據(jù)量,本來需要24比特來表示一個抽樣,現(xiàn)在只用16比特8比特的亮度信號,8比特的色度信號,這就是常說的4:2:2Y:U:V。不同的廠家可能有不同的處理方法,有的會提高壓縮比,有的可能不做處理,而采用24比特的無損信號。色度抽樣完成后,色度信號與亮度信號輸入到DCT變換器中,DCT變換器的作用主要是用頻率變換來表示圖像。 DCT:分量信號的圖像進入DCT變換器中,每幀被分割成許多8*8像素的正方形,一幅圖像可以分割成幾千個這樣的正方形,DCT變換器對這些正方形進行分析,計算出其灰度變化,然后用頻率表示其灰度值,比如大塊圖形或輪廓變化不大的部分用低頻表示,對邊緣或細節(jié)這樣變化大的部分用高頻表示,D

13、CT變換器對所有正方形分析完后,在對下一幅圖像進行分析。從DCT變換器輸出的亮色信號使用頻率來表示的,進入下一個過程一量化。 量化:量化過程決定了整個壓縮過程的壓縮程度,可以采用有損壓縮或無損壓縮,一旦進行有損壓縮,丟失的信息無法還原。Motion-TPEG一般采用2:1的壓縮比,在回放時,可以達到無壓縮時的視覺效果。根據(jù)對人類視覺系統(tǒng)的分析,人眼對亮度和色度的敏感程度不同,在辨別一幅圖形時,亮度信號對人眼的刺激更為重要,而色度信號在損失90的情況下,人眼仍然可以分辨出圖形。數(shù)字視頻壓縮技術(shù)參考了人眼的這個特點,對色度信號進行壓縮,來得到較高的壓縮比。量化級數(shù)是量化的重要參數(shù),其范圍從0到25

14、5,級數(shù)越大,圖像信息丟失越多,圖像質(zhì)量越差,可以得到較高的壓縮比。量化級數(shù)與每幀的數(shù)據(jù)量成反比,級數(shù)大,每幀圖像的數(shù)據(jù)量小,反之亦然。通過量化,把圖像的頻率數(shù)據(jù)根據(jù)量化轉(zhuǎn)換成一系列的數(shù),記錄了圖像的信息。 零記數(shù):量化過程產(chǎn)生一個數(shù)組,通過計算數(shù)組中的零的個數(shù),來幫助在傳輸過程中判斷數(shù)組的尾端。這個過程多采用RLErun-length encoding算法。 霍夫曼編碼:霍夫曼編碼是DCT編碼的最后一步,對數(shù)據(jù)進行冗余計算,把多余的信息去掉,傳遞更少的數(shù)據(jù)?;舴蚵幋a得到的結(jié)果,就是存儲到計算機磁盤上的數(shù)據(jù)。如果要看視頻影象,將這些數(shù)據(jù)解碼,然后通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換,得到模擬的視頻信號,又可以在監(jiān)視器上瀏覽或記錄在錄像帶上了。 從硬件構(gòu)成的角度看,視音頻采集卡可分為單通道和雙通道兩種。這里通道的意思是指在內(nèi)部視頻混合器之前的獨立的視頻回放通道。目前絕大多數(shù)的非線性編輯系統(tǒng)使用的都是M-JPEG算法,因此可分為只有一個M-JPEG Codec編解碼器的單通道系統(tǒng)和有兩個M-JPEG Codec的雙通道系統(tǒng)。單通道系統(tǒng)只能對一路視頻信號進行壓縮記錄和解壓回放,這就意味著系統(tǒng)肯定無法完成多層畫面的實時處理。雙通道系統(tǒng)由于可以完成兩路視頻信號的解壓回放,再與系統(tǒng)內(nèi)部其他處理單元相配合,就可以完成兩路活動畫面的實時混合處理

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