非線性編輯在人防警報系統中的應用

房國志等

房國志婁莉鳳呂實誠

摘要：主要介紹專用于人防警報系統的專用非線性編輯設備應用。

關鍵詞：DSP非線性編輯人防警報

1非線性編輯簡介

非線性編輯是相對傳統上以時間順序進行的線性編輯而言，在進行非線性編輯時，要將所有需要編輯的素材(包括錄象帶上的視頻信號、線路上傳輸的視頻信號)經過數字化采集后轉換成視頻文件的形式，然后在計算機內部對含有時間信息的視頻文件進行無須按照時間順序的任意操作a在非線性編輯系統內部，對視頻文件的操作非常簡單，完全是在指定的時間軸上進行文件的拼接，只要沒有最后生成影片輸出或留檔，對這些文件在時間軸上的擺放位置和時間長度的修改都是非常隨意的，這也就是所謂的非線性編輯。非線性編輯方式的主要優點是：(1)編輯時，搜尋素材的時間大大減少。(2)它能集編輯、特技、字幕、背景、配音和網上傳輸于一體。(3)便于影片整體結構的把握。(4)運行費用低。非線性編輯為多媒體視頻制作提供了便利的條件，極大地提高編輯效率。

因為人防警報廣電執行終端所要進行編輯的音視頻文件相對手電視臺的音視頻文件來說內容比較單一，所要進行的非線性編輯處理相對簡單，沒有過多復雜的特效處理和多層畫面的合成，所以對于專業級的非線性編輯板卡應用到人防警報廣電執行終端顯然不太適合，其成本過高，系統過于復雜，不利于警報系統的不斷更新升級，又由使用：另一個方法是編寫自己的非線性編輯軟件，本文采用第二種方法。非線性編輯軟件包括信號輸入/輸出、素材管理、圖像處理、音視頻合成與剪輯、文字添加等幾個部分組成。其結構框圖如圖2所示。

通過非線性編輯軟件可實現音視頻文件的編輯處理，此軟件具有用戶界面友好，使用操作簡便的特點，使得用戶通過幾個按鍵或選擇性地操作即可完成編輯任務，其余的編輯處理完全由系統內部自動完成，用戶不需要了解太多的非線性編輯知識亦能完成對本設備的操作，適用于非專業人員使用。而且，該軟件應用先進的視頻壓縮編碼算法—MPEG-2 MP@ML編碼標準，采用幀內壓縮和幀間壓縮兩種方式實現2：1的無損壓縮，能夠完全兼容NTSCA)AL制式，同時又保證了畫面的質量，滿足人防警報廣電執行終端應用于廣電系統的需要。于無卡軟編系統受到CPU性能的限制而不能產生高質量的視頻畫面，不適用于人防警報執行終端對于視頻文件達到廣播級的要求。所以設計一種即不太依靠硬件、系統易于升級，又能達到高質量的視頻畫面，專用于人防警報廣電執行終端的非線性編輯設備是必要的。

由于計算機系統架構的革新，非編系統的軟件架構的革命性變化，采用CPU+GPU技術進行視頻編輯和處理已然成為一種趨勢。CPU+GPU技術完全采取軟件架構，可以通過提高系統的硬件配置提高系統的整體性能，通過增加和升級軟件模塊提高系統的編輯處理能力和編輯效果。相對于基于專門硬件的廣播級非編系統，基于CPU+GPU軟件架構的非線性編輯系統完全擺脫了對硬件板卡的依賴，突破了專用硬件結構的局限，利用通用的硬件系統資源實現了高性能的視頻編輯和處理。這為研制專用于人防警報廣電執行終端的非線性編輯設備的實現提供技術支持。

2DSP技術

由于非線性編輯所要處理的信息量相當大，所要進行的運算算法相對比較復雜，普通的處理芯片顯然無法滿足這么高的運算量，所以考慮采用DSP——專用數字信號處理芯片作為系統的信息運算中心。

采用1rI公司的C6000系列DSP，該系列的體系結構專為實時信號處理而設計的，將實時處理能力和控制外設功能集于一身，由于其強大的數據處理能力，能夠滿足非線性編輯系統對音視頻處理達到廣播級的要求。它的低功耗、高速數據吞吐量、高精度、高速數據處理能力等特點體現了其在音視頻處理領域的優越性。DSP的高速處理能力滿足了系統對于復雜算法、帶寬數據傳送的要求，為非線性編輯中的壓縮算法、編解碼算法以及音視頻處理程序等的實現提供了硬件支持。同時DSP芯片的集成度高，運算能力強，使得非編設備的體積大大減小的同時還可以維持較高的功能和性能。其技術日益成熟，成本也在不斷的下降中，使得非線性編輯DSP技術開發專用于人防警報廣電執行終端的非線性編輯設備的成本大大降低。

3系統整體介紹

專用于人防警報廣電執行終端的非線性編輯設備是適合人防管理部門的非專業人員使用的非線性編輯設備，具有用戶界面人性化、操作簡便、體積小、功能全等特點。通過簡單的選擇操作即可完成簡單的、快速的非線性編輯處理，例如聲音合成、簡單的編輯剪輯、添加文字等處理。

從系統整體構成上看，采用CPU+GPU的方案，即由CPU和GPU(軟件核心算法)共同承擔非線性編輯任務，對于硬件的依賴性大大減少，在保證視頻畫面的質量的同時設備的整體成本大大下降。從硬件結構上看，該非線性編輯設備不以計算機作為系統的硬件平臺，是一個獨立的嵌入式系統，同時又是人防警報廣電執行終端的一個組成部分，他可以作為板卡直接插到人防警報廣電執行終端的機箱內，易于實現人防警報系統的升級。以DSP芯片作為系統的處理運算核心，同時集成了一些專用的音視頻處理芯片，通過這些專用芯片來完成音視頻的采集、壓縮與解壓縮、音視頻的回放等功能。設備主要有DSP芯片、大容量的硬盤、專用音視頻處理芯片以及各種接口組成。其硬件結構框圖由圖1所示。

非線性編輯技術的重點在于處理圖像和聲音信息，這兩種信息具有數據量大、實時性強的特點。實時的圖像和聲音處理需要有高速的處理器、寬帶數據傳輸裝置、大容量的內存和外存等一系列的硬件環境支持。采用數字信號處理器DSP、專門的音視頻處理芯片以增強數據處理能力和系統運算速度。 DSP是整個數據處理的核心，為各種算法提供硬件支持，其數據處理能力直接影響該設備的性能。由音視頻專用芯片完成音視頻的采集、預處理、回放等功能。采用硬盤存儲視頻倍頻數據，數據寫入和讀出時硬盤的磁頭不與磁盤接觸，所以不存在磁帶錄像機與磁頭磨損和走帶磨損問題以及沒有復制損耗，編輯、特級、動畫、字幕和配音等都可以同時進行。通過主機接口實現設備與主機相連，通過網絡接口實現通信功能以及硬盤資源的共享與傳輸。設備采用音視頻信號標準接口，實現該設備與其他音視頻設備的連接，兼容不同格式的音視頻信號。人機接口實現對設備的交互式管理和非線性編輯操作，使用LCD液晶顯示技術和觸摸屏技術，通過軟件界面的方式即可實現系統操作管理，無須再添加按鍵開關等硬件設備。通過人機接口顯示用戶界面、編輯界面和命令窗口，用戶通過人機接口直接對音視頻文件進行編輯和操作以及對設備的簡單控制。

從軟件構成上看，設備的硬件只是完成了視音頻數據的輸入/輸出、壓縮/解壓縮、存儲以及預處理等工作，而設備的軟件為用戶提供了各種服務和支持，只有通過對非線性編輯軟件的操作才能完成相應的編輯任務。隨著嵌入式技術尤其是嵌入式操作系統的發展，應用嵌入式技術來研制各種專業設備已經成為了一種潮流。從某些方面上看，嵌入式操作系統的性能并不亞于通用操作系統的性能，其軟硬件的可裁減性和實時搶占能力更適用于實時性較高的場合或設備，所以采用嵌入式操作系統是硬件環境的需要，也是軟件環境的需要。通過嵌入式操作系統提供系統設備的管理調用、文件系統管理、GUI用戶界面等，為應用軟件的開發與移植提供支持。在嵌入式操作系統之上，可以通過代碼移植的方法直接將現有的非線性編輯軟件嫁接到操作系統之上，但是現有的非編軟件功能強大，操作復雜，需具備非線性編輯知識的專業人員進行操作，不適用于非專業人員使用：另一個方法是編寫自己的非線性編輯軟件，本文采用第二種方法。非線性編輯軟件包括信號輸入/輸出、素材管理、圖像處理、音視頻合成與剪輯、文字添加等幾個部分組成。其結構框圖如圖2所示。

通過非線性編輯軟件可實現音視頻文件的編輯處理，此軟件具有用戶界面友好，使用操作簡便的特點，使得用戶通過幾個按鍵或選擇性地操作即可完成編輯任務，其余的編輯處理完全由系統內部自動完成，用戶不需要了解太多的非線性編輯知識亦能完成對本設備的操作，適用于非專業人員使用。而且，該軟件應用先進的視頻壓縮編碼算法一MPEG-2 MP@ML編碼標準，采用幀內壓縮和幀間壓縮兩種方式實現2:1的無損壓縮，能夠完全兼容NTSCA)AL制式，同時又保證了畫面的質量，滿足人防警報廣電執行終端應用于廣電系統的需要。