淺析非線性編輯系統中的數字視頻壓縮技術

文丨李紅杰

（西安電視臺，西安 710061）

1 數字視頻以及壓縮技術的引進

很多家庭以及企業的業務活動都開始使用計算機、錄像機以及電視等，很長一段時間以來，多數都是利用模擬格式來存儲和傳輸視頻影像，相對于模擬視頻來講，數字視頻具有很多優勢，同模擬視頻不同的是，數字視頻能夠比較容易被壓縮，具有較高的傳輸和存儲效率，可以被重構和傳輸，并且影響不會具有比較明顯的損傷，數字格式也可以對用戶提供可以隨機獲得的更高編輯能力。

2 數字視頻壓縮算法的性能分析

Motion JPEG所具有的特點。Motion JPEG是當前在節目制作的過程中使用廣泛的一種壓縮標準，采用Matrox公司所生產的 DigiLE 視頻卡能夠實現Motion JPEG的解壓縮以及壓縮功能，并可以組成原型系統用來對Motion JPEG的壓縮算法性能進行相應的測試，結果如下表所示：

表1

因為采用的是幀內壓縮，能夠便于對幀的精度進行編輯，從而實現質量可調的相關有損壓縮，由于不能利用視頻流所具備的時間冗余，就會使得壓縮比受到一定的限制，如果壓縮比比較大，就會使得圖像產生明顯的方塊效應，在壓縮比在8：1的情況下能夠達到演播室所要求的視頻播放質量，為了可以保證節目質量在多次解壓和壓縮之后仍然可以保持廣播級，就必須要將其壓縮比控制在4：1之下。圖像的數據交換中，Motion JPEG并不是一個完整的結構，對Motion JPEG的數據流所下的定義基本是根據譯碼器所需要的具體內容來實現的，這就使得Motion JPEG并沒有較為標準的一個文件格式，容易造成不同的數字視頻在進行系統間的數據交換時會遇到一定的困難。

3 對非線性編輯系統所進行的設計

3.1 非線性編輯的定義

電視主要是通過電子的方式對磁帶進行順序搜索，要調換節目的順序就必須對視頻進行重新錄制，多次的復制很容易對圖像的質量造成損壞，這樣的方式被稱作是線性編輯，順序的概念指的就是磁帶錄制時間的先后順序，電視編輯多年以來采用的都是錄、放像機所錄制的電視節目。近些年理啊，電視編輯逐漸開始將計算機作為主要使用工具，利用類似于電影編輯的的方法對節目進行編輯，即快捷方便，又不會損害圖像的質量，這種方式就是所謂的非線性編輯，非線性所指的是一種時間順序，并不是數學意義上的概念。

3.2 非線性編輯系統所具有的特點

電視系統主要是由播、編、錄、攝四個主要部分構成，利用非線性的編輯系統可以代替字幕機、調音臺、幀同步機、切換臺、特技發生器、編輯控制器以及數字錄像機等，是電視后期制作由模擬化向數字化過渡的一條有效途徑。

3.3 非線性編輯系統設計

要想徹底解決視頻壓縮格式所具有的不兼容性，使得系統能夠具有比較強的獨立性是最好的辦法，采用Matrox 公司所設計的 Digi LE 卡能夠提供實時的雙通道音頻視頻 IO 以及實時的切換方法，在系統的設計過程中加入一層硬件的抽象層（Hardware Abstraction Layer），能夠有效減小系統對特定的視頻卡所產生的依賴性，有助于使系統可以支持多種的視頻硬件以及壓縮格式，隨著視頻的硬件系統不斷進步和發展，可以將系統快速移植到具有更好性能的視頻卡上，應用層不會直接同Digi LEAPI有關系，而是通過HAL所提供接口的調用視頻卡產生一定的功能，在系統進行移植時，可以只修改硬件的抽象層，不需要對系統的應用程序代碼進行改動，充分保證移植的穩定性和效率。硬件抽象層的對象模型如下圖所示：

圖1 硬件抽象層的對象模型

硬件的抽象層主要包括壓縮、解壓縮、采集、播放四個主要接口部件，如圖1所示，播放部件能夠提供給視頻圖文字幕以及音頻素材的一系列播放功能，在進行播放時能夠加入進多種的實時特技，主要包括動態背景、摳像、放縮、位移以及切換特技等，所播放的畫面可以再專業的監視器以及計算機屏幕上顯示出來，采集的部件提供的主要是手動采集以及批處理的采集功能，能夠分別通過計算機遙控錄像以及人工控制的錄像機對音頻和視頻信號進行采集，壓縮以及解壓縮的部件可以把所播放的音頻和視頻信息通過壓縮所形成的文件存儲到相應的硬盤上，在以后使用時可以反復使用。

4 結 語

當今社會，多媒體技術伴隨著互聯網技術得以快速發展，使得音視頻內容能夠快速傳播到網絡上，不同的媒體格式不斷出現，怎樣在最小程度上降低視頻條件的情況下減小寬帶的需求以及視頻文件的大小，成為視頻壓縮技術發展的重點，數字視頻壓縮技術是非線性編輯系統中的一項關鍵應用技術，Motion JPG 和MPEG - 2 P@ML是用于節目制作的兩種主要的視頻壓縮格式，Motion J PEG的不同硬件平臺之間具有不兼容性，這就為非線性編輯系統的實現和設計造成一定的困難，在對非線性編輯系統進行設計時加入一定的硬件抽象層，不斷減少應用系統對硬件所產生的依賴性，是一種比較好的解決辦法。

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