数字影视编创技术10-1

数字影视编创技术主讲人：周懋彬Email:mbzhou电话本课程主要讲授数字化影视节目创作的技能和手段，分析网上视音频节目的特性和创作要点，应用非线性编辑技术和系统软件Premiere，在微机上进行非线性编辑，通过强大的视频、音频处理功能和特技切换手段，提供一个低成本、高效率、操作简便的视频制作手段，使学生完成视频专题节目的制作。,第一讲非线性编辑系统与编辑技术,编辑是电视节目制作过程中的第三度创作。要想制作出一个好的电视节目，需要了解电视编辑系统的构成和工作原理，同时要熟练掌握编辑的操作技艺。只有这样才能最好地把握脚本的内在和外在目标要求。,线性编辑系统,线性与非线性：一般来说，人们把传统那种以磁带为存储介质的编辑系统称为线性编辑系统（Lineareditingsystems）；而将以硬盘为存储介质、以计算机为操作平台的编辑系统称为非线性编辑系统（Nonlineareditingsystems）。,线性编辑系统的组成,线性编辑系统主要包括摄像机、编辑录像机、编辑放像机、控制器、字幕机、特技机等设备。其电视图像的录制和储存主要是以录像磁带为基础的。,DSR-2000P数字磁带录像机,非线性编辑系统构成,非线性编辑系统包括计算机、视频卡、音频卡、大容量硬盘以及非线性编辑软件。它能使音像信息数字化并储存在高容量的硬盘或读写光盘内。非线性系统的编辑过程实质是对画面和声音的数据资料以特定的次序确立和安排，不是作一个个的编辑，而是作资料的管理。,非线性编辑系统构成,全插件开放式构架,非线性编辑系统的特点,综合功能强；编辑效率高；维护费用低；性能价格比高；升级简便。,非线性编辑系统的不足,操作与传统不同记录容量有限实时制作不能太复杂图像信号压缩有损失必须预先把素材装入非线性编辑系统。,非线性编辑的工作原理,1、首先把来自摄像机、录像机或其他信号源的视、音频信号，分别经视频采集卡、声卡转换成数字信号，并利用硬件或软件对信号实时进行压缩，然后将压缩后的数据存储到高速硬盘中。2、根据节目的需要，使用多种编辑软件对硬件中的素材进行字幕、特技等加工，最后形成一个完整的符合节目需要的音视频片段。,非线性编辑的工作原理,3、高速硬盘将数据流送至相应的板卡(视频卡、声卡)进行数字压缩及DA转换，还原成模拟的视频、音频信号并送入录像机录制或直接刻制成VCD或DVD光盘。4、系统集录像机、切换台、二维及三维数字特技和图文创作系统、多轨录音机、调音台，编辑控制器于一体。,信号处理方式,Y/(R-Y)、(B-Y)系统该系统是将视频信号分解成亮度分量Y和色差分量(R-Y)、(B-Y)，并将亮度分量和色度分量分别调频后记录在亮度磁迹和色度磁迹上。,非线性编辑的工作原理框图,非线性编辑的工作原理,CPU从磁盘子系统读取压缩格式的视频数据，通过PCI总线发送到专用板卡。板卡中的硬件编解码器芯片将压缩格式的视频数据解码成为基带视频数据，而后传送到硬件合成器芯片中进行视频合成。其中通过合成器的调度需要进行二维特技处理的数据被发送到专用的二维特技芯片中进行二维特技处理，处理后的数据传回合成器。,非线性编辑的工作原理,对于需要进行三维特技处理的数据则通过专用的私有总线传输到专门的三维特技板卡中的三维特技芯片进行三线运算，然后再通过专用总线回传到专用板卡上面的合成器，合成器对特技变换后的视频数据进行合成，合成完成后的画面数据或者由板卡转换成基带信号输出，或者再次回送到硬件编解码器编码成DV格式的数据通过1394总线输出。,非线性编辑的工作原理,专用硬件板卡的编辑系统的优点：由于在视频处理方面基本不占用计算机本身的资源，因此对于计算机平台的配置要求相对较低；并且采用了专门设计的芯片来实现视频的解码、特技处理和画面合成，因此可以精确的保证系统的实时性。,非线性编辑的工作原理,系统的缺点：首先受到专用板卡的限制系统所能够处理的视频压缩格式、特技效果的种类、实时性能都被完全固定。无论如何提升计算机平台的配置都无法改善系统的实时性能也不可能通过软件的编解码器来实现对更多的压缩格式的支持。,基于CPU+GPU+I/O的非编系统,CPU+GPU+I/O卡技术通过利用PC平台系统中的通用CPU、显示卡上的通用GPU以及复杂度相对较低的视音频I/O板卡共同组合完成原来由一片或一套专用板卡所完成的功能。,基于CPU+GPU+I/O的非编系统,基于CPU+GPU+I/O卡技术的视频采集,基于CPU+GPU+I/O的非编系统,基于CPU+GPU+I/O卡技术的视频输出,CPU+GPU工作原理框图,CPU+GPU工作原理,CPU从磁盘子系统读取压缩格式的视频数据，软件编解码器利用CPU运算将压缩格式的视频数据解码成为基带视频数据通过PCIExpress总线发送到显示卡上的GPU。软件合成器利用GPU运算，一次性完成二维、三维特技处理和视频数据的合成。合成完成后的数据再次通过PCIExpress总线回传给CPU。CPU或者将数据通过PCI总线传输给lO板卡转换成基带信号输出，或者再次回送到软件编解码器编码成DV格式的数据通过1394总线输出。,CPU+GPU工作原理,相对于基于专门硬件的编辑系统、CPU十GPU的软件架构完全摆脱了对硬件板卡的依赖，突破了专用硬件结构的局限，利用通用的硬件系统资源，实现了视频的高性能编辑和处理。在性能方面，目前CPU+GPU编辑系统已经可以轻松实现四至六层三维特技的实时输出，远远超越了目前主流的基于专用板卡的编辑系统的性能。,非编系统的关键技术,信息处理和压缩方法信息的储存技术系统的接口技术及配套设备计算机平台及操作系统非线性编辑系统的软件,视频压缩编码的基本概念,视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。,视频压缩编码的基本概念,帧内和帧间压缩：帧内压缩也称为空间压缩。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息。采用帧间压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，扩大压缩比。,数字视频的编解码格式,为了在Internet上有效的、高质量的传输视频流，需要多种技术的支持，其中数字视频的压缩编码技术就是Internet视频传输中的关键技术之一。,数字视频的编解码格式,目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263、H264，运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMT以及Apple公司的QuickTime等。,数字视频的编解码格式,国际电联的H.261、H.263标准,H.261最初是针对在ISDN上实现电信会议应用特别是面对面的可视电话和视频会议而设计的。H.263是为低码流通信而设计的。263标准在低码率下能够提供比H.261更好的图像效果。,M-JPEG标准,M-JPEG（Motion-JoinPhotographicExpertsGroup）技术即运动静止图像（或逐帧）压缩技术，广泛应用于非线性编辑领域可精确到帧编辑和多层图像处理，把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理。JPEG标准所根据的算法是基于DCT（离散余弦变换）和可变长编码。,MPEG-1标准,MPEG-1标准于1993年8月公布，用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码。,MPEG-2标准,MPEG组织于1994年推出MPEG-2压缩标准，以实现视/音频服务与应用互操作的可能性。MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。,MPEG-2标准,MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。MPEG-2的编码图像被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧。,MPEG-2标准在广播电视领域中的主要应用,视音频资料的保存电视节目的非线性编辑系统及其网络卫星传输电视节目的播出,MPEG1和MPEG2的主要缺陷,当码率很低时（低于64Kb/s）会产生严重的方块效应、蚊音噪声以及动作失真。而低码率要求是移动通讯信道所必须的。因为预测编码。在信号的纠错能力主要依赖其相关性，特别在条件较差的信道中传播时，干扰造成的错误会迅速沿视频序列扩散。仍停留在帧水平上处理视频，而无法对视频比特流内的各个对象（object）单独进行编码，解码及操作。,MPEG-4标准,运动图像专家组MPEG于1999年2月正式公布了MPEG-4（ISO/IEC14496）标准第一版本。同年年底MPEG-4第二版亦确定，且于2000年年初正式成为国际标准。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。,MPEG-4具有独特的优点,基于内容的交互性高效的压缩性通用的访问性：应用于因特网视音频广播；应用于无线通信；应用于静止图像压缩；应用于电视电话；应用于计算机图形、动画与仿真和应用于电子游戏。,H.264标准,H.264/MPEG-4AVC（H.264）是1995年自MPEG-2视频压缩标准发布以后的最新、最有前途的视频压缩标准。是由ITU-T和ISO/IEC的联合开发组共同开发的最新国际视频编码标准。与其它现有的视频编码标准相比，在相同的带宽下提供更加优秀的图象质量。,H.264标准的特征,将每个视频帧分离成由像素组成的块，因此视频帧的编码处理的过程可以达到块的级别。采用空间冗余的方法，对视频帧的一些原始块进行空间预测、转换、优化和熵编码（可变长编码）。对连续帧的不同块采用临时存放的方法，这样，只需对连续帧中有改变的部分进行编码。采用剩余空间冗余技术，对视频帧里的残留块进行编码。,H.264标准的优势,低码流（LowBitRate）：和MPEG2和MPEG4ASP等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。高质量的图象：H.264能提供连续、流畅的高质量图象，以少于1Mbps的数据率传输基于IP协议广播级质量的视频内容。,H.264标准的优势,容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。网络适应性强：H.264提供了网络适应层,使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输（例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。,AVS视频技术概述,AVS是中国自主制定的音视频编码技术标准。AVS以当前国际上最先进的MPEG-4AVC/H.264框架为起点，自主制定适合既定应用的中国标准，其中强调自主知识产权，同时充分考虑实现复杂度。,AVS视频的核心技术,AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括：8x8整数变换、量化、帧内预测、1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。,AVS-视频的主要特点,AVS-视频的主要特点是应用目标明确，技术有针对性。因此在高分辨率应用中，其压缩效率明显比现在在数字电视、光存储媒体中常用的MPEG-2视频提高一个层次。在压缩效率相当的前提下，又较MPEG-4AVC/H.264的mainprofile的实现复杂度大为降低。,其它压缩编码标准,RealVideo：是RealNetworks公司开发的在窄带(主要的互联网)上进行多媒体传输的压缩技术。WMT：是微软公司开发的在互联网上进行媒体传输的视频和音频编码压缩技术。QuickTime：是一种存储、传输和播放多媒体文件的文件格式和传输体系结构，所存储和传输的多媒体通过多重压缩模式压缩而成，传输是通过RTP协议实现的。,视音频压缩格式的选择原则,信号质量必须能够满足编辑和使用的要求。尽量提高压缩效率，降低存储和数据传输成本。充分考虑压缩格式的兼容性和开放性，确保格式转换的灵活性和较小的损失。存储的格式具有较长的生命周期。,信息的储存技术,随着数字媒体技术的发展，存储技术在数字媒体领域也得到越来越多的关注。特别是数字技术的迅猛变革，使存储数字媒体的技术手段也发生很大变化。外挂大容量SCSI高速AV硬盘阵列作为视频文件存储器，并配以硬盘加速卡。,信息的储存技术,SCSI技术SCSI技术的发展已使其从5MB/s传输速度的SCSI-1发展到LVD的160MB/s，近期320MB/s的SCSI也已投入使用。SCSI技术广泛应用于非线性编辑、字幕机等制作设备。早期的硬盘播出设备采用该技术构建视音频服务器，但因其可靠性等原因而被新技术取代。高可靠性的大型存储系统，通常把SCSI技术与其它技术结合来实现故障自恢复，提高安全性，达到系统不间断工作的目的。,信息的储存技术,存储网络技术存储网络技术具有安全性高、动态扩展性强的特点。目前在数字媒体领域应用最多的是局域网存储，理论上带宽可达1Gb/s，实测带宽可在700Mb/s左右；其次是光纤通道技术，理论上在全双工的情况下，带宽可达2Gb/s，单通道达1Gb/s，实测带宽可在720Mb/s左右。,信息的储存技术,SAN（存储区域网）技术SAN是将所有的存储设备连接在一起构成的网络。它可以光钎通道和光钎交换设备为基础，实现了存储设备的共享，突破了基于服务器的为中心的处理模式，达到远距离和大容量的存储。LAN与SAN的双网结构成为非线性网络的流行架构。,信息的储存技术,典型的SAN共享存储结构只带视频I/O（没有内部大容量存储）的视频服务器通过FC集线器或交换机与中央存储盘塔连接。盘塔是采用RAID3或RAID5硬盘阵列形式。盘塔提供素材共享，它通过集线器或交换机向各个输入输出视频服务器提供存储服务。,信息的储存技术,磁盘阵列磁盘阵列是把多个磁盘组成一个阵列，当作单一磁盘使用，它将数据以分段（striping）的方式储存在不同的磁盘中，存取数据时，阵列中的相关磁盘一起动作，大幅减低数据的存取时间，同时有更佳的空间利用率。,信息的储存技术,磁盘阵列解决的问题：1、增加存取速度。2、容错（faulttolerance），即安全性。3、有效的利用磁盘空间。4、尽量的平衡CPU，内存及磁盘的性能差异，提高电脑的整体工作性能。,信息的储存技术,RAID技术RAID是RedundentArrayofInexpensiveDisks的缩写，直译为“廉价冗余硬盘阵列”，也简称为“硬盘阵列”。后来RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“独立冗余硬盘阵列”，它将一组硬盘用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一个硬盘来使用。,信息的储存技术,RAID技术RAID的速率可以达到单个硬盘的几倍、几十倍甚至上百倍，适合视频数据应用，这是RAID0的作用。同时，RAID3或RAID5技术在RAID0的基础上加进了校验数据(paritydata),提供了一层简单的容错功能。,信息的储存技术,RAID技术RAID0阵列被称为条带集，是最简单的一种形式。RAID0可以把四块以上的硬盘连接在一起形成一个容量更大的存储设备。由于数据分散在多个硬盘上，传输的速率会以硬盘的数目倍增。RAID0没有冗余或错误修复能力，其安全性大大降低。,信息的储存技术,RAID技术,信息的储存技术,RAID技术RAID1阵列被称为磁盘镜像，每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘。以数据安全性优先，在读写时所有阵列中的硬盘都会一起动作。RAID1是所有RAID等级中实现成本最高的一种，人们选择RAID1来保存那些关键性的重要数据。,信息的储存技术,RAID技术,信息的储存技术,RAID技术RAID3阵列是利用一个专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作。数据条带化、专门的奇偶校验盘加入了更细致的错误检查方法。其缺点是每次存取数据时，都要到另一个硬盘中去读取校验码。,信息的储存技术,RAID技术,信息的储存技术,RAID技术RAID5阵列是分布式数据、分布式奇偶校验，是公认在性能与数据安全上获得平衡的方式，不管是原始数据或奇偶校验码，平均地分散在所有硬盘中。RAID5具有良好的随机读性能，因为在规定的传输块大小范围内的数据只需访问单个数据驱动器，也克服了RAID3单个冗余盘的局限性。,信息的储存技术,RAID技术,信息的储存技术,各种RAID模式比较RAID0存取性能最好，但数据安全风险最高。RAID1保证最高的数据安全性。RAID3虽然具有容错能力，一个写入操作包含了数据读取（读取带区中的关联数据块），校验值计算，数据块写入和校验块写入4个过程。RAID5比RAID3提供更多的优点，缺点也少。RAID5广泛应用于服务器。,信息的储存技术,信息的储存技术,RAID平方容错技术RAID平方容错技术是在节点内部如RAID5硬盘阵列的基础上，在节点间再次作了RAID5保护，这是立体化的RAID5保护，这种方式叫做RAID平方（也就是RAID5的平方）。跳出了传统的镜像做法，使用户大大节约了硬盘投资，其自动纠错功能使用户可以更加方便地维护自己的数据。,信息的储存技术,RAID平方容错技与RAID5相比，RAID平方可以提供立体化的保护措施，实现全面的自动纠错功能。立体化的保护是：硬盘阵列的硬盘出现故障，或是整个阵列出现故障，系统都可以提供保护能力。这也意味着用户不再需要镜像硬盘，实现了文件的单一存储，不用拷贝。,信息的储存技术,RAID技术:RAID6的全称叫带有两个独立分布式校验方案的独立数据磁盘)”。,信息的储存技术,RAID技术:RAID7全称叫最优化的异步高I/O速率和高数据传输率)”。,网络附加储存NAS,NAS是英文“NetworkAttachedStorage”的缩写,中文意思是“网络附加存储”。按字面简单说就是连接在网络上,具备资料存储功能的装置，因此也称为“网络存储器”或者“网络磁盘阵列”。,网络附加储存NAS,网络附加储存NAS,NAS作为一种专业的网络文件存储及文件备份设备，它是基于LAN（局域网）的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的I/O（输入/输出）方式进行数据传输。在LAN环境下，NAS已经完全可以实现异构平台之间的数据级共享，比如NT、UNIX等平台的共享。,典型的NAS的网络结构,直接附加存储DAS,DAS即直连方式存储，英文全称是DirectAttachedStorage。在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的。I/O（输入/输出）请求直接发送到存储设备。DAS，也可称为SAS（Server-AttachedStorage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。,典型DAS结构,非线性编辑系统的软件结构,专用型非编软件：依附于输入输出，二、三维特技板卡的软件。专用型的软件大都由非线性编辑系统开发商根据他们所选用的非线性卡的特点而专门开发的。例如国内比较流行的进口产品有Media100、A