基于GPU的視頻編輯特效技術研究與實現

周紹偉

摘 要：在當下社會，GPU視頻編輯特效技術的應用越來越廣泛，是人們日常生活中必不可少的應用工具。我們平時經常接觸到的電視節目，其核心處理技術就是GPU的視頻編輯特效技術，隨著現代科學水平的不斷提高，GPU的視頻編輯特效技術越來越成熟，大大提高了影視制作與數字多媒體的呈現效果，使人們的生活更加豐富多彩。因此，GPU的視頻編輯特效技術已成為現代視頻制作及圖像處理的重要手段。該文就此進行了分析探討。

關鍵詞：GPU 視頻編輯 特效 技術

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0028-01

GPU的視頻編輯特效技術的出現，象征著計算機圖像處理技術和視頻處理技術的逐步成熟，占據了影視節目制作的主要市場，有效的克服了影視節目播放中所存在的斷斷續續、過渡粗糙等現象，使影視節目制作人員能夠更加清晰的將自己的作品展示給觀眾，清楚的表達出創作該作品時的初衷。GPU的視頻編輯特效技術占據了影視節目制作市場的主導地位，憑借著其先進的圖像處理技術使觀眾能夠更加清楚明白影視創作者所要表達的內涵。

1 編輯特效的核心技術

1.1 圖形處理

GPU的視頻編輯特效技術，不但大大提高了影視節目圖像的處理效率，縮短了影視節目制作的時間，還實現了在視頻編輯系統中植入可控制圖形像素的編輯系統，使圖形處理器更好的服務于影視節目的制作，使視頻編輯工作更加簡單流暢，正是由于這種視頻編輯技術的先進性，使其廣泛應用于各相關行業不同的編輯過程中。

原有的圖形處理器編輯過程固定不變，統一作業，應用程序進入光照和變換階段，通過系統設定好的計算公式，將每一個頂點進行光照計算，并按照物體坐標系進行不同的變換，接下來是光柵化階段，將通過光照和變換轉換形成的三角形頂點進行光柵化處理，不同的三角形像素的顏色值不同，以此將其區分開來，經過光柵化處理后，各種不同像素的三角形陸續進入紋理、霧化和顏色混合階段，這一階段的功能就是將區分好的像素映射上不同的紋理，也就是將經過光照和變換以及光柵化的像素按照不同的坐標值分配上不同的紋理，按照各種不同的計算公式達到創作者想要的紋理效果和霧化效果，并將各種不同的顏色按照一定的比例混合到一起，最后進入到幀緩存階段，經過以上流程的圖像幀緩存后呈現到觀眾面前，極為大家在熒幕上看到的效果。

隨著科學技術水平的不斷提高，固定的流水線逐漸被可編程的流水線所替代，固定流水線中光照和變換的階段被取消，取而代之的是可以進行編程的頂點著色器，同時固定流水線中紋理、霧化和顏色混合的階段也被淘汰下來，換成了編輯效果更好的像素著色器，而固定流水線中的光柵化和幀緩存被延用下來，沒有改變。

1.2 視頻編輯系統

做過電視工作的人應該都記得，最初的視頻編輯系統操作相當繁瑣，剪輯十分困難，一套達到播放標準的視頻首先要通過編輯控制器將鏡頭有序的組織起來，由錄機的磁帶記錄下來，這種記錄方式被稱為線性記錄方式，視頻的播放中一旦出現需要修改或刪減的鏡頭，由于線性記錄方式的局限性，只能將修改或刪減鏡頭后所編輯好的鏡頭重新組織排序，給電視工作者的工作增加了很多困難，大大降低的電視工作者的工作效率。隨著科學技術水平的不斷提高，電子和計算機技術也有了突飛猛進的發展，線性編輯系統給電視工作者造成的困難被非線性編輯系統所克服，視頻剪切的自由度大幅提高，滿足了電視工作者對視頻剪輯的要求。非線性編輯系統由計算機和磁盤組成，與線性編輯系統中錄機、放機、監視器以及編輯控制器的組成結構存在著很大的差別，磁盤相對于編輯控制器而言，具備隨機存取功能，從而實現視頻剪切的任意性，克服了電視工作者繁瑣往復的視頻剪輯工作，同時磁盤具有良好的整合性能，大大減少了電視工作者重組鏡頭的工作量。因此線性編輯系統逐漸被非線性編輯系統所取代，視頻編輯系統也更加完善和便利。非線性編輯系統的產生標志著視頻編輯特效技術邁上了一個新的臺階。

2 視頻編輯特技的實現

GPU的視頻編輯特效技術是通過非線性編輯系統來實現的，視頻編輯特技是GPU的一個重要功能。

YUV（4：2：0）既可以理解為視頻進行解碼處理后所產生的數據，也可以直接將未壓縮的視頻數據進行編碼，作為非線性編輯系統必不可少的組成要素，視頻編輯特技處理子系統的運行流程如下。

（1）視頻通過非線性編輯系統進行解碼后，形成了YUV（04：2：0）平面格式視頻數據；（2）特技處理子系統將解碼后的數據進行特輯編輯，依然輸出平面格式的視頻數據，（3）通過特技處理子系統輸出的視頻數據經過非線性編輯系統進行編碼，實現一次完整的特技編輯。

3 技術實現

圖1是作者設計的基于GPU的視頻編輯特技的流程圖。

所需技術步驟為：（1）選定需要進行特技處理的視頻文件，然后進行技術解碼；（2）對各種系統所需參數進行設置；（3）校驗參數的正確性；（4）對Direct3D進行初始化，將特技參數和解碼后的視頻數據輸入GPU當中；（5）對GPU進行渲染；（6）GPU將渲染以后的視頻數據輸出，然后由系統重新編碼然后輸出新的特技視頻。

視頻解碼后輸出的數據與特技處理子系統輸出的數據都是平面格式數據，特技編輯分為單軌特技和雙軌特技，特技處理子系統輸入的視頻幀數與輸出的視頻幀數相同，說明輸入到特技處理子系統的為一組YUV視頻序列數據，極為單軌特技。而雙軌特技是指特技處理子系統輸入兩組YUV視頻數據，兩組數據分別為即將切出的視頻序列和即將切入的視頻序列，最終輸出一組N幀的YUV序列數據。這就是雙軌特技和單軌特技所存在的差別。

參考文獻

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