第五章 NLE 硬件结构

1. VTR 监视器 MPC 监视器 显示器 硬盘 鼠标 音 箱 键盘 一、概述 NLE是计算机技术与视音频数字化信号处理技术有机结合。 第五章 NLE硬件结构 NLE处理过程是数字化的，从素材采集到节目输出，都是经数字化算法来完成。 其中损失过程：压缩、解压，编码、解码，软件特技生成， 格式转换。 非损失过程：素材的复制、修改、实时图文叠加。

2. 微处理器 I/O接口 鼠标 键盘 硬盘/光驱 显卡 声卡 图像处理卡 总 线 系统内存 二、计算机平台 1、NLE平台概述 三大部分：微处理器、系统主内存、接口，他们通过系统总线 连接起来。

3. （1）微处理器以CPU和FPU（协处理器）为核心。 CPU负责 管理整机， FPU专门执行大量图形、图像数据运算，提高整机的 图形、图像处理能力。 CPU字长越长计算精度越高，主频越高 运算速度越快，用增加超高速缓冲器来提高CPU访问内存的速度。 （2）内存 在计算机中，内存起着工作平台的作用。 （3）系统的I/O结构 是计算机内部及各种外设之间传输的地址、 数据、控制信号的公共通道。无论专用槽还是扩展槽，实际上都 是并联到系统总线（ISA)或局域总线 (PCI)上。当需要某一外设时 可通过相应的中继服务程序或驱动程序执行。 PCI总线，理论上能提供132MB/S的速率，实际上有效带宽 40---80 MB/S。传输机制影响效率，成为系统的传输瓶颈。

4. 中心档案 工作站 工作站 Move-2总线 网卡 显示卡 控制器 3D DVE A/V 编解码 视频 图像卡 串行 D1 RS -422 PCI总线 ISA总线 MOVE-2扩展总线 是新兴的桥接视频总线，独立于PCI总线， 跨接在视音频、显示、网络和硬盘接口，可同步传输多路D1 数字视频信号，带宽能达242MB/S。

5. Move-2扩展总线的技术规范 1、基本概念：用来运载视频和音频的数据和控制信号，其中总有也只有一个视频基准主卡，通过该总线，其他的适配器从属于主卡。

6. 2、Move-2总线是一种超上层扩展视频总线，它是由适配器上边沿的两个密度很高的直角连接器（CON1和CON2)组成。2、Move-2总线是一种超上层扩展视频总线，它是由适配器上边沿的两个密度很高的直角连接器（CON1和CON2)组成。 CON1为90芯， CON2为70芯，借无源印刷板，就可实现 视/音频适配器之间的连接。如果PCI、EISA和 ISA视频适配器符合其标准高度，即可使用Move-2总线。采用CON1，可提供视频输入和视频输出总线接到数字视频混合器插卡，也能提供主标准同步信号。 采用CON2连接视频特技卡（3 DVE发生器），来回传送视频和键信号。 3、CON1\CON2 运载下列信号： 8条独立的数字视频总线； 6条独立的键总轨和串行数字音频数据； IC飞利浦器件控制信号； 视音频定时基准信号。

7. 4、视频数据符合YUV4:2:2的CCIR601 标准

8. 5、视频主基准卡和从卡： 在MOVE-2总线系统中，只有一个主卡，并为从卡提供所有的视频同步和时钟信号，从而保证通过MOVE-2总线进行视频数据交换，主卡必须支持从卡， 系统一旦复位，所有的视频卡都处于从属方式。

9. 6、 MOVE-2总线集中连接方式：由于该总线具有多种用途， 如 多I/O串行D1接口数字视频混合器，2D/3D DVE,M-JPEG视频 MPEG-2解码器和编码器，数字非线性编辑系统等。

10. 三、平台的种类与特点 1、PC机平台 多媒体计算机+视频采集卡+软件 特点： （1）通道的数据传输率：一般5-6MB/s。视频数据是否 走PCI总线，采集卡是否带有SCSI接口（直接连接SCSI硬盘）。 （2）非线性编辑板卡是单通道还是双通道，双通道板卡优于单 通道的。 最低压缩比5:1,3.5:1,3:1,2:1和无压缩。 数字样有4:2:2, 4:1:1, 4:2:0。 量化比特 8比特、10比特，量化比特高则信噪比高。 （3）视频指标 信噪比、频响等 （4）音频指标 16比特 48KHZ （5）I/O接口 视频：数字和模拟，分量和复合 模拟音频：平衡和非平衡 （6）特技和字幕功能 是否配有板卡专用软件，实时特技2D/3D，色健、动画、字幕功能 （7）PC平台的配置：与时俱进 （8）服务：技术咨询、人员培训、硬件保修、软件升级。

11. 2、工作站平台的非线性编辑系统 国际上知名厂家：SGI、SUN、DEC和HP，其中 SGI实力最强，最近推出一款高性能低价位的产品O2。 O2工作站采用一种基于统一内存的结构（UMA),让CPU 、I/O、 图形、图像、压缩、音频等条处理芯片都直接与内存连接，从 而彻底解决总线的“瓶颈”问题。数据传输旅客达2.1GB/S, 比64位 的PCI总线速度（132MB/S)和一般工作站总线速度（200MB/S) 快一个数量级。 O2工作站采用64位MIPS R500(PU),64位操作系统给予UNIX的 IRIX6.3,图形界面。由于主板上安装了固化数字化压缩及图像 处理功能的芯片，无需专用采集卡就可组成NLE。O2工作站能够时是处理图像、图形的大量数据，发挥统一内存结构，解决大量数据信息共享储存问题。 3、MAC平台的非线性编辑系统 从目前看，功能即将被PC 取代，价格较高，故而将淘汰。

12. 四、图像处理卡 1、图像卡的种类与特点 主要功能：对视频信号的编、解码，A/D、D/A ,压缩、解压， 实现硬件特技处理等，决定视音频信号的质量。 分类：以压缩解压的通道数目分 单通道和双通道 （1）单通道板卡 特点：只有一路录像机接口，价格低，不带SCSI接口（可另配）。 功能：采集---压缩---回放，但层处理，不具备DVE和混合功能， 特技、划像、键控和图文处理全有软件完成。 应用：家庭，多媒体处理。 常见产品:DC 20/30/50,EDITBAY, AV MASTER.

13. （2) 双通道板卡 特点：两路压缩接压通道，实现A/B卷编辑，带SCSI接口。视频素材不经过PCI总线直接进如AV硬盘。 功能：实时特技编辑， 2D/3D/非线性特技固化硬件，控制两路信号源。 应用：电视节目制作单位。 常见产品：Matrox Digisuite/ Digisuite LE \ True vision targa2000/3000 \ DC2000.

14. 2、单通道图像处理卡的工作原理 视频 视频输出 输入解码 压缩/解压通道 编码 计算机显示 音频 音频处理 图像子系统 计算机总线 单通道处理卡工作原理 单通道系统的核心部件就是M-JPEG图像系统。它要完成视频 信号的解码，压缩解压和显示，信号输出。视音频特技处理靠 软件完成。软件生成有两大缺陷：一是生成就是对素材解压后 再压缩，质量有损失；二是软件生成的文件还需要存到硬盘上， 有占据了硬盘空间。

15. 3、双通道图像处理卡的工作原理 图像处理卡主要用于视频信号的捕捉、处理和播放。 加拿大Matrox Digitsuite套卡双通道视频系统的工作原理：

16. 主要包括：数据压缩、音频混合处理为主的Digimotion,数字视频处理为主的Digimix和输入输出接口。主要包括：数据压缩、音频混合处理为主的Digimotion,数字视频处理为主的Digimix和输入输出接口。 工作原理：模拟信号数字化后与已有的信号在混合器中混合，若不混合可经混合器旁路直接进入压缩、解压通道，进行压缩成标准视频文件后，存入硬盘。音频信号A/D 后存入硬盘。 在编辑时，视音频文件从硬盘调入，可有两路信号经过解压进入混合器，由视频效果DSP控制对进入混合器的视频信号进行特技变换，完成2D/3D/WIP/MIX/KEY功能。有32bit GB-Alpha图文帧存产生的字幕在回放过程中进行混合叠加。 存储在硬盘上的图像、声音和动画文件统称为素材（clip),生产这些文件时，连同文件名（活动图像的首帧略图和声音波形图）、文件类型、文件长度均存盘，编辑时，实际上将这些素材的略图和波形图从硬盘调入帧存储器中，大量的文件数据仍留在硬盘上，故占用帧存储器的容量不多。

17. 编辑实际是各素材安排时间排序，特技发生在两素材重叠的部分，由特技控制器提供各种特计算法，以帧为单位，由系统微处理器逐个像素运算生成新的画面，这是指将两个素材的重叠部分解压后调入帧存储器，数据量不太大。固化有几百中特技的特技控制器实际上是由编辑软件提供的“特技计算法库”，每一种算法均以一种文件形式，连同文件名（或略图）等参数存放在硬盘中，调用是以略图形式出现在特技过渡窗口中。编辑实际是各素材安排时间排序，特技发生在两素材重叠的部分，由特技控制器提供各种特计算法，以帧为单位，由系统微处理器逐个像素运算生成新的画面，这是指将两个素材的重叠部分解压后调入帧存储器，数据量不太大。固化有几百中特技的特技控制器实际上是由编辑软件提供的“特技计算法库”，每一种算法均以一种文件形式，连同文件名（或略图）等参数存放在硬盘中，调用是以略图形式出现在特技过渡窗口中。 叠画生成的图像，可表示为：D=A•α1(t)+ B•α2(t) 划像生成的图像，可表示为：W=A•[1-α(t)]+ B•α(t) 图文字幕的叠加工作过程是将汉字从硬盘字库中调到计算机的内存中，从线性地址写入图文帧缓存，经属性描述后输出到图像混合器的下游键中，与图像合成后输出。

20. 4、Digisuite LE图像卡各个部分原理 ： （1）输入输出通道 模拟和数字信号都可以输入/输出，模拟（A/D)转换后采用2倍采样，采用自适应数字梳状滤波器对输入的复合视频信号进行Y/C分离，再由数字解码器解调成ITU—601标准的PAL的YUV4：2：2数字信号，用三场轮换式全帧时基校正器清楚录像机的时基抖动，具有精确的系统锁相功能。 输出多了一路键信号输出。它由8比特的Alpha帧存数据D/A转换后输出， Alpha键可以是字键和图形键，具有256阶淡化效果。 （2）Motion—JPEG通道 两路独立的M---JPEG压缩解压通道，两路可同时上下载数据， 可一路上载，另一路下载，但需要软件支持。数据速率250KB/S~ 15MB/S可设置。 （3）2D实时DVE处理器 具有两个相同的2D实时DVE处理器，每个都有1MB的VRAM帧 存，可产生透明、负像、油画、彩色边影、马赛克等效果，通过对 帧存地址线进行函数控制，可产生画中画、边角、反转、窗口游动 等效果。

21. 在特技处理中，可进行1/16子像素处理，即每次只移动一个像素的1/16时，运动边缘平滑自然。对图像的大小控制范围从一个像素到图像的2倍。键层能控制两层特技画面的上下层次和透明属性。通过编程，DVE可分别赋给两层活动图像或一层带键层的活动字幕。在特技处理中，可进行1/16子像素处理，即每次只移动一个像素的1/16时，运动边缘平滑自然。对图像的大小控制范围从一个像素到图像的2倍。键层能控制两层特技画面的上下层次和透明属性。通过编程，DVE可分别赋给两层活动图像或一层带键层的活动字幕。 （4）32比特的图文帧存 设计一个32比特的4：4：4：4RGB Alpha 结构图文帧存，有4MB的RAM组成。从PCI总线传来计算机内存中的线性地址图文数据，作为一层字幕或计算机图形与另外三层活动图像混合，叠在图像的最上层，字幕的属性右图文创作软件来决定。 除字幕外，可把计算机创作的真彩色动画通过图文帧输出。这些动画还可以利用卡上的色键或亮度键直接控制键层，时实叠加载活动背景上（来自VTR或M—JPEG通道回放的视频）。

22. （5）数字混合器 数字混合器是卡的核心部分，具有混合、划像、键控和字幕发生功能。 混合：外来录像机信号和内部的两路通道、一路字幕混合，进入混合器的都必须是YUV格式，字幕的 RGB Alpha格式必须转换，两个DVE可对四路信号处理； 划像：对层间处理，划像器的图形函数课产生100种划像。每种划像都有25种系数，可以任意设置划像点，划像边缘具有抗重叠处理，能对边的颜色、宽度、淡化进行设置； 键控：两个亮度键和两个色键能同时对两层画面进行动态键控，也能对带键层的动画和图形进行抠像； 背景发生器：同屏静止4色和同屏动态2色。 （6）声音处理器 由4个独立的声音通道，同时采集4路播放8路，回放的信号可进行混合，声音采集的频率最高16比特 48KHz，由平衡/非平衡接口，数字 AES/EBU接口。

23. (7)Move-2总线 具有一个半带宽的Move-2总线，能与双屏 4TV窗口规定标板卡 Digidesktop和3D特技卡相连。 （8）不足之处 不带SCSI控制器，不能独立管理素材硬盘，对主板要求较高。

24. 4、Alpha混合： Alpha通道首先在单帧静止图像的合成（平内设计、制作）中广泛使用，后随着计算机图形图像处理技术开始应用于影视节目制作。Alpha是指线性键，在帧存中，每个像素以R、G、B－Alpha 32比特结构（或Y、Cr、Cb－Alpha 24比特结构，但前者混合时较简单）存储，其中Alpha 通道为8比特的透明度控制信息，它实质是一层256级的灰度图，对应可产生256阶渐进透明叠现效果，可用作键信号。合成时，灰度图的各点值与前景图像的各像素值一一对应，对应黑色部分（Alpha值为0）的前景图像是完全透明的，露出背景，对应白色部分（Alpha值为255）的前景图像是完全不透明的，只显示前景，对应灰度部分时，前累和背景按比例融合：合成图像＝前景图像×Alpha/255十背景图像×（1－Alpha/255）。Alpha通道信息可来源于色键，或由图像处理软件制作出的黑白图像或由图像处理软件和二维、三维动画制作软件在计算机图形生成过程中自动产生。因此Alpha混合多用了包含静图像、字幕、二维和二维动画的图像合成。

25. 5、遮罩合成 它是数字图像合成中必备的法宝之一，其合成原理与Alpha混合很相似，但遮罩是以独立的层的形式参与合成，控制前景＼背景的合成比例，而不是附属于前景图像的一个通道信息，因此应用更灵活。遮罩可以来源于Alpha通道，或任何经过处理得到的黑白图像、视频，如彩色变黑白处理。同时作为独立的一层，遮罩可以使用任何能应用于图像层的效果、特技，如：柔化＼运动等。