非线性编辑系统构成

非线性编辑系统构成

　第一节 非线性编辑系统工作原理

一、 非线性编辑系统概述

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，因此计算机软、硬件技术就成为非线性编辑系统的核心。非线性编

辑系统实质上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，配以专用

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。

二、非线性编辑系统工作原理

非线性编辑系统把录像机或由其它信号源传送来的视频、音频信号，分别经过图像压

缩解压缩卡、声音卡转换成数字信号即A/D转换，再经过数据压缩形成数据流存储到高速

硬盘中。然后按创作意图运用相应的编辑软件对存在高速硬盘中的数据流进行编辑和特技

加工，再由高速硬盘将数据流送至相应的板卡进行数字解压及D/A转换，形成模拟的视音

频信号送入录像机录制下来。或者直接由数字接口板输入数字视音频信号，编辑后直接通

过数字输出接口录制在数字录像机上，不必经过中间的A/D、D/A转换过程。

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，即数字视频文件。这个转

换过程也就揭示了线性编辑与非线性编辑的区别，即把对时间轴上按顺序排列信号流的操

作转变为在计算机内部对视频文件进行跨跃式的访问，从而完成了电视节目编辑在概念上

的根本变化。

第二节 非线性编辑系统 一套非线性编辑系统由两大部分组成，即硬件系统和软件系统。硬件系统包括计算机、

视音频处理卡、大容量存储器、接口系统；软件部分包括系统软件和应用软件。 目前

我们还处在模拟与数字共存的时代，对于传统的模拟视频信号来说，在计算机中进行非线

性编辑时，必须首先把视频源，即来自于模拟摄像机、录像机、影碟机等设备的视频信号

转换成计算机能够处理的数字形式存储在硬盘上，这个过程称为数字化过程（包括了采样

和量化两个步骤）。非线性编辑系统实质上就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(俗称非编卡)，再配上一个大

容量 SCSI 磁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。

一、非线性编辑的硬件系统

1．计算机硬件平台

目前的非线性编辑系统，不论复杂程度和价格高低如何，一般都是以通用的工作站或

个人计算机作为系统平台的，编辑过程中和编辑结果的视音频数据均存储在硬盘里。编辑

的过程就是高速高效地处理数字化的视音频信号。对于高质量的活动图像，图像存储载体

与编辑装置间的传输码率应在100Mb／S以上，存储载体的容量应达几十GB或更高。

从这些年非线性编辑系统产品的发展来看，"高性能多媒体计算机+大容量高速硬盘+广播级

视音频处理卡+专业非线性编辑软件"这样的产品组合架构已被广大业内人士所认可。在这

种架构的非线性编辑系统产品中，计算机属于基础硬件平台，任何一台非线性编辑系统都

必须建立在一台多媒体计算机上，它要完成数据存储管理、视音频处理卡工作控制、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。除了极少数厂商将它们的系

统建立在自有平台上以外，作为一个标准化的发展趋势，越来越多的系统采用的是通用硬

件平台。一般是以PC机、Macintosh机为主，比较高档的非线性编辑系统采用的是像SGI

的Octane、O2工作站这样的操作平台，或者更为昂贵的ONYX系统。如AVID公司的Media

Fusion运行在SGI工作站上，Media Spectrum是运行在ONYX平台上的高价位产品。早期

的系统大多选择了Macintosh机，因为当时Macintosh机与PC机相比在交互性和多媒体方

面有着先天的优势。然而随着PC机的迅速发展，CPU的性能越来越高，总线速度越来越高，

使得当年需要在小型机或工作站上完成的工作，如今PC机就可以胜任，PC机在非线性编

辑系统平台竞争中处于更加有力的竞争地位。 需要指出的是，非线性编辑系统的大部分特技功能并不是依赖计算机CPU的计算速度

来实现的，在这里计算机所起的主要作用是管理人机界面、提供字幕、支持网络。而特技

和合成主要是靠专门的特技加速卡来完成的。

然而随着PC机的发展，基于PC机上的系统软件平台Windows也不断发展，继

Microsoft推出Windows98和Windows NT这样功能强大的操作系统后，又推出了Windows

2000和Windows XP。目前Windows NT成为非线性编辑的主流系统软件平台。

2．视音频处理卡

视音频处理卡是非线性编辑系统的"引擎"， 在非线性编辑系统中起着举足轻重的作用，

它直接决定着整个系统的性能。它主要有以下功能：

一是完成视、音频信号的A/D、D/A转换，即进行视频、音频信号的采集、压缩/解压

缩和最后的输出等功能，也称这类卡为视频采集卡。视音频处理卡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视音频信号。视音频处理卡上包括模拟信号接口如复合、分量、S-

VIDEO，已涵盖现有模拟电视系统的所有接口形式，也包括像IEEE-1394和SDI这样的数字

接口。

视频采集卡是非线性编辑系统产品的决定性部件。一套非线性编辑系统所能达到什么

样的视频质量，与视频采集卡的性能密切相关。 压缩与解压缩是视频采集卡的核心内

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，使得在苹果机和PC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。而视频采集卡正是采用

这样的压缩算法。只不过它把压缩程序集成在硬件中。目前，国内外的非线性编辑系统，

大都是采用Motion－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。Motion－JPEG的压缩和解压缩是对称的，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。

二是进行特技的加速。以前的非线性编辑系统多使用软件的方式制作特技，需要漫长

的生成时间，效率很低，只能依靠计算机的计算能力。而且信号又被重新压缩，图像质量

劣化。视频处理卡中的DVE特技板，可以完成两路或多路的实时特技。用硬件方式来完成

特技的制作，速度快，效率高，还可以实时回放。

三是叠加字幕的功能。早期的非线性编辑系统中这三类卡是独立的，分别安放在不同

的插槽中。这样既繁琐又增加了故障出现的几率，也影响处理速度。目前已经将视音频采

集、压缩与解压缩、视音频回放、实时特技、字幕等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。

压缩与解压缩是视频处理卡的核心内容，因为庞大的数字视频数据量使普通的计算机都不

堪重负，不能正常处理数码率高达 216Mb／s（27MB/s）的无压缩数字分量视频信号或者

142Mb／s（17.75 MB/s）的无压缩数字复合视频信号，从而无法胜任无压缩数字视频信号

的非线性编辑工作。目前，我国拥有的非线性编辑系统大都是采用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。 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

频信号其数码率仍有108Mb／s(分量视频)或71Mb／s(复合视频)，

3．大容量数字存储载体

数字非线性编辑系统所要存储的是大量的视频音频素材，数据量极大，因此需要大容

量的存储载体，在目前情况下硬磁盘（即硬盘）是一种最佳的选择。非线性编辑的特点对

硬盘的容量和读写速度提出了更高的要求。影响硬盘数据传输率的因素一是磁头的读写速

度；二是接口类型和总线速度。磁头的读写速度既取决于采用何种磁头技术（如磁阻式磁

头技术），又取决于硬盘的主轴转速。现在常见的硬盘转速有

4500rpm、5400rpm、7200rpm、10000rpm。 用于非线性编辑系统的硬盘从4.3G、9G、18G发展到更大容量，也难以满足系统的需

要，硬盘阵列技术成为大容量数字存储载体今后的发展方向。 硬盘阵列

RAID（Redundant Array of Inexpensive Disk ）是具有冗余度的多重化磁盘阵列，它有

独立的机箱和供电系统，不占计算机CPU资源与计算机操作系统无关，利用若干台小型硬

盘加上控制器按一定的组合条件而组成一个大容量快速响应的存储系统，从用户看是一个

大硬盘。这一硬盘技术不但大大提高硬盘的容量和读写速度，更重要的是提高了系统的可

靠性。当硬盘塔中某一个硬盘遭到物理损坏时，可将其热拔出，并将备份磁盘热插入，系

统内的RAID控制器将利用冗余硬盘中的数据进行恢复。故一个硬盘发生故障时不成问题，

能继续保持播出工作。而且，在不切断电源下也可以更换硬盘，所以维修中更换故障硬盘

不必使系统停止工作。另外，随着光盘技术的发展，今后将能开发出大容量、低价格、便

于携带的可读写光盘技术用于非线性编辑系统，这将大大改善非线性编辑系统的性能。

4．非线性编辑接口

非线性编辑系统在工作时，视音频素材是从录像机上载至计算机的硬盘上，经过编辑

后再输出至录像机记录下来。信号的传送是通过视音频信号接口来实现的。另外，为了适

合网络传送的需要，非线性编辑系统的接口也要考虑到广播电视数字技术及计算机网络发

展的潮流。在非线性编辑系统中，数字接口有两部分组成：计算机内部存储体与系统总线

的接口，以及非线性编辑系统与外部设备的接口。与外部设备的接口也包括两部分：与数

字设备连接的接口及与网络连接的接口。

二、非线性编辑系统的软件环境

从非线性编辑系统的硬件结构来看，它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，这还不够。要完成非线性编辑工作，还要有相应的应用软件， 才能

组成一套完善的非线性编辑系统。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．稳定可靠的操作系统

运行在硬件平台上的是计算机的软件操作系统，对应不同的机型存在着不同的操作系

统平台。早期非线性编辑系统的主流操作平台是建立在Macintosh计算机基础之上的Mac