一、概述
從電視技術發展方向來看，電視係統的全麵數字化是一個總的發展方向。計算機技術的發展，促進了多媒體技術的高速發展。計算機技術滲入了電視節目製作的每一角落，將很多新的概念和思想帶到電視製作領域裏，使傳統的節目製作方法、節目傳輸和播出發生了很大變化。電視製作向數字過渡，必須首先從其核心部分引入非線性編輯係統。非線性編輯係統由計算機平台，視（音）頻捕捉、處理和回放的圖像卡（聲卡）及編輯、特技、動畫、字幕軟件三部分組成。用一台計算機替代了編輯機、特技機、字幕機、調音台、二維及三維動畫創作係統等諸多設備。首先我們回顧一下非線性編輯係統的產生、發展的曆史。 用剪輯電影膠片的方式來編輯磁帶節目，一直是電視編輯工作者夢寐以求的目標。早在80年代初，先驅者用幾十台放像機通過一個多路開關對一台錄機下載素材，以做到從任何一台放機取任何一段素材編輯成普通新帶，這就是電視非線性編輯的雛型。雖然原始而笨拙，但卻建立了非線性編輯的新概念。90年代初，視頻碼率壓縮技術的標準化和多媒體計算機的興起，迎來了用非線性編輯方式編輯電視節目的春天。從1991年世界上首次出現電視非線性編輯設備，到1996年非線性編輯在我國電視界普遍使用，非線性編輯走過了一條“認識、混亂、成熟”之路。
1990年，非線性編輯係統的雛形產品桌麵演播係統剛剛上市的時候，一些有眼光的廠商，一邊賣Video Machine、A34、EXE-100P這些過渡性產品，一邊加緊開發非線性編輯係統。1992年ISO正式頒布了JPEG壓縮標準，此時，Windows和DOS操作係統下的多媒體軟件平台VFW和QuickTime也已推出，製造非線性設備的技術條件已經成熟。1993年美國ImMIX公司在NAB上首先推出了Video Cube非線性編輯係統，但Video Cube的壓縮方式采用的是小波變換方式，而不是Motion JPEG。緊接著Media Composer l000、Studio 2300、Media l00等非線性編輯係統紛紛推出，一台單通道非實時的Media l00價格為80萬人民幣。不過，這時的用戶隻是觀望。
1995年，當AVID向人們演示MC-1000的實時功能時，在一台計算機中插一塊板卡就能替代眾多的傳統設備，完成電視節目的後期製作，引起了人們的興趣。與此同時，DPS推出了單通道帶SCSI接口的PVR3500，集視頻采集、壓縮、回放於一體，配上Adobe公司的編輯軟件Premiere，在一台PC機上就可以實現非線性編輯的功能。Truevision，FAST，Miro，Digital Video Arts等公司也向市場拋出自己的板卡。而國產非線性編輯係統以其具有高起點、多通道、多層圖像、全實時、易操作的特點，逐漸被用戶接受。
二、非線性編輯係統相關技術
1、單通道非線性編輯係統與 雙通道非線性編輯係統
單通道非線性編輯係統隻有一個碼率壓縮通道，可以比擬成一台磁盤錄像機。單通道設計的主要目的是為了降低成本，著眼點隻是具備基本的“采集-壓縮-回放”功能，隻能處理一層畫麵。卡上不具備硬件DVE和混合器，特技、劃像、鍵控、圖文處理全部由軟件完成。單通道板卡中用量最多的是PVR3500，該卡上帶有SCSI接口。但PVR3500的缺陷也是顯而易見的，不能處理音頻，須用另一塊聲卡采集聲音，因此音質較差，且與視頻不同步。編輯項目除快切外，一切都要生成。該卡軟件采用VFW結構，一次采集不能超過2GB，硬盤管理不支持RAID，操作麻煩。單通道整機的代表產品是Media l00qx，良好的圖像質量和相對較低的價格，加之最早一批進入中國市場，曾贏得了一些用戶。但其絕大多數劃像、二維、三維特技均需生成，字幕功能不強，限製了該產品在專業電視領域的應用。電視非線性編輯已經向多層畫麵一次生成和多聲道處理發展，單通道設備顯然不能適應這一要求，隻適用於電教和個人應用領域。市場上型號繁多的雙通道非線性編輯係統大多由以下幾種板卡組成的。在常見的雙通道板卡中， Digisuite板卡功能較強，Digisuite LE和Reel Time性價比較高。現在，以新奧特-索貝聯盟代理的Digisuite LE和大洋-廣迪威聯盟代理的Reel Time形成了兩個主要陣營，他們除自己開發整機外，還向OEM廠商提供套件。國產非線性編輯係統也像字幕機一樣，逐漸形成了以國內開發非線編軟件為主，與國外非線編硬件相結合的產品模式。
2、非線性編輯卡
視頻卡是非線性編輯係統的核心部件。一台普通微機加上視頻卡就能構成一個基本的非線性編輯係統。它的性能指標從根本上決定著非線性編輯係統質量的好壞。許多視頻卡已不再是單純的視頻處理器件，它們集視音頻信號的實時采集、壓縮、解壓縮、回放於一體。一塊卡就能完成視音頻信號處理的全過程，具有很高的性能價格比。常見的雙通道圖像處理卡見表1。
1)Targe 2000RTX／SDX：Targe係列板卡是Truevision公司的產品，其中Targe 2000RTX推出時間較早。Targe係列板卡，整機應用較廣泛，編輯軟件相當成熟。Targe係列板卡的缺陷是卡上硬件資源少，隻有一個二維DVE，三維特技要借助Abekas或Pinnacle的特技卡來完成。
2)Digisuite套卡：該卡於1995年完成設計，1996年正式上市，由DigiMix、DigiMotion、DigiDesktop、MarvelMillenium和DigiLink五塊板卡組成，是Matriox公司的產品，表2給出了五塊板卡的功能。它以五層實時處理、五個通道都可以獨立設置多重特技支持了千變萬化的特技製作。Digisuite是目前硬件功能最強大的雙通道板卡。Digisuite LE卡是由Digisuite套卡簡化而來的，在功能強大的Digisuite上卸下3個二維DVE，增添了一個Trimedia通道，能以1:2的準實時速度向硬盤回存五層合成畫麵，是一種性能價格比較高的全實時視音頻處理卡。
其與Digisuite卡相比，其信號壓縮格式、輸入輸出接口是完全一致的，支持四層實時處理（無直通視頻層），不支持實時3D處理、倒放和音軌調音功能，字幕效果簡單。應用Digisuite LE的代表整機有新奧特的神器300LE，索貝的創意737／777。Digisuite DTV卡和Digisuite RT2000卡是Matriox公司專門針對目前兩個較為主流的數字視頻格式（DV格式和MPEG-2格式）而開發的，二者的主要區別是：DTV卡注重原始DV格式的采集、編輯、輸出一體化，輸出兼顧MPEG-2；RT2000卡則注重格式轉換與兼容，支持原始DV和MPEG-2格式信號的采集、編輯，在原有的基礎上支持多MPEG格式輸出：MPEG-2/DVD、MPEG-1甚至RealVideo網上視頻，內部以DV格式進行視頻處理，RT2000的另一主要特點是該卡帶有Matriox Flex 3D引擎（硬件加速）。表3給出了Matriox公司的Digisuite係列非線性編輯卡的性能指標。
3)ReelTime：ReelTime是一個較為經典的采用M-JPEG壓縮格式的非線編板卡，是美國Pinnacle公司的產品。Pinnacle過去隻生產視頻特技卡，以阿拉丁聞名於世，97年她成功的收購了生產圖像板的德國Miro公司，從而實力大增，開始涉足圖像板行業。ReelTime是Pinnacle公司生產的第一塊雙通道非線性編輯圖像板，卡上帶有Movie-2總線，能與Genie連接，實現實時特技功能。ReelTime最嚴重的缺陷是采用了廠家自定義的HAL／RAL文件結構，單個視頻文件不超過2GB，單個邏輯盤也不能超過2GB。采集時既擔心素材過長超過文件限製，又擔心硬盤溢出使采集失敗，使用很不方便。卡上不帶SCSI接口，不能獨立管理硬盤。表4給出了ReelTime和Digisuite LE兩種非線性編輯卡的性能指標。目前Pinnacle公司有多種係列非線編板卡，較為專業的有：ReelTime、ReelTime DV、ReelTime Nitro、ReelTime Nitro DV、ReelTime Nitro Plus 、DC1000、DC1000DV、DVD1000。
ReelTime Nitro 與ReelTime的信號壓縮格式、接口和實時處理層完全一致。其特點是在通道特技處理方麵，ReelTime Nitro增加了100多種實時三維特技，可實時完成旋轉、透視、平移、縮放、裁邊、坐標變換及目標控製，提供了平滑運動、無級速縮放、蜂箱、點、窗簾、鍾、碎片、旋轉及旋渦等功能，疊畫引擎可在四個角做卷頁、水波紋、球體、爆炸，圖像效果包括加邊、摳像、模糊、靜幀及頻閃，並可進行加高光、陰影及點光等處理。ReelTime Nitro的另一特點是采用了多功能的高精度字幕軟件Pinnacle Title Deko。Pinnacle公司的"Deko"技術，可將光照、霓虹燈、金屬色、紋理、背景、圖形、陰影及邊框等效果應用於每一窗口中的字體，可對字幕進行位置、旋轉或大小的調整。若加選Deko CG插件，用戶可自定義字表紋理、邊線、陰影及下劃線。字特技庫包括旋轉、扭曲、加光暈、浮雕效果、貼圖、霓紅燈效果、金屬效果及加厚等。它支持羅馬文、中文、日文、韓文、希臘文以及俄文。另外，ReelTime Nitro支持更加實效的網絡功能以及更多的第三方軟件。
ReelTime DV是ReelTime的數字增強型，它保留了DC1000的全部特性，在分量、Y/C、複合接口的基礎上增加了DV1394的轉換接口。與其它同類產品所不同的是，它無需占用兩倍的硬盤空間及轉換時間（先在硬盤上形成一個DV區，再轉換成AVI區），其DV接口能夠實現真正的實時DV轉換采集和輸出。該卡內部的編輯格式仍舊是M-JPEG格式。
ReelTime Nitro DV可由ReelTime DV或 ReelTime Nitro升級而來，是ReelTime Nitro的DV版本，增加了DV1394的轉換接口，實現實時DV轉換采集和輸出，但其內部的編輯格式仍舊是M-JPEG格式。
ReelTime Nitro Plus是ReelTime Nitro與in:Sync Speed Razor4.5RT的完美結合，它在保留ReelTime Nitro全部特性的基礎上，提供了更專業的編輯手段，更強大的網絡功能；它是唯一支持雙CPU的視頻編輯產品，生成速度要比單CPU係統提高30%以上，並可以提供實時快慢動作及倒放、雙色鍵摳像和彩色Alpha通道等特技。
Miro Video DC1000是由Pinnacle公司推出的第一款MPEG-2非線編卡,它采用了Pinnacle公司的"Smart Gop"專利技術，實現了對MPEG-2進行逐幀編輯而沒有質量損失。SmartGop技術通過軟件管理壓縮成組的圖像，允許直接讀取特定的幀。SmartGop技術僅適用於MPEG-2 IP格式或更低數據率的其它格式的MPEG-2視頻文件。DC1000的視頻文件即可以存為AVI格式，也可存為MPEG-2 IBP壓縮格式，還可以存為與其它MPEG-2格式兼容的獨立數據流格式（如單視頻格式和音頻PCM格式），以適用於國際互聯網或DVD刻錄的不同需要。DC1000卡經過軟件升級後可得到有DV1394接口的DC1000DV卡和具有DVD刻錄輸出功能的DVD1000卡。表5給出了Pinnacle公司的ReelTime係列非線性編輯卡的性能指標。
DC1000DV卡 = DC1000卡 + DV1394數字接口，它保留了DC1000的全部特性，並提供實時DV音視頻采集與輸出。DC1000DV 內部仍以MPEG-2 格式處理。
DVD1000卡 = DC1000卡 + Minerva專業級DVD編輯軟件。DVD1000在保留DC1000的全部特性基礎上，增加了Minerva出版級DVD編輯軟件,素材經采集、實時編輯後，可直接刻錄DVD影碟，提供99段視頻，32個副標題，多音軌、多語言及模擬檢測等功能。
4)Avid公司的Meridien采集卡和Breakout Box（BOB）共同完成信號的采集與壓縮、輸入與輸出工作，它們在Avid的三個係列的非線編係統中（Meridien-based Xpress、Media Composer和Symphony systems）都是必須捆綁使用的。Meridien + BOB有SDI接口選件，但不支持DV1394接口。視頻通道處理是由ABVB板卡來完成的，BOB從多個視頻母線通道上引入所需的視頻流，經過（AVR）壓縮後送入ABVB處理。ABVB將處理的結果再交給Meridien + BOB存儲或輸出。另外DPS公司的非線性編輯卡有PVR-5250和Reality兩種，表6給出了相應的性能指標。
3、計算機平台
早期的非線性編輯係統大多選擇MAC平台，這是由於早先MAC與PC機相比，在交互和多媒體方麵有著較大的優勢，但隨著Windows NT和Windows95奔騰PRO芯片的推出、PCI總線的廣泛采用，PC機的性能和市場上的優勢反而越來越大。目前，大部分新的非線性編輯係統廠家傾向於采用奔騰機下的Windows NT操作係統。非線性編輯係統所用的硬盤不同於普通硬盤，它要求硬盤的速度較高，可高達8Mbps，且要求其容量較大。現在大多數的非線性編輯都使用Motion JPEG碼率壓縮算法。目前Motion JPEG的算法優化主要體現在更快的解壓速度、徹底消除丟幀、減少大壓縮比時的馬賽克效應、精確索引到場、減少快速運動時的邊緣抖動、可旁路DCT作無損壓縮。非線性編輯係統除用於簡單的新聞串編外，主要用於廣告和片頭設計，因而多層畫麵合成的要求迫切，限於硬盤的速度，製造多於雙通道的非線性編輯係統在技術上還不可行。考慮到將來的圖像、伴音將從現在的單聲道和立體聲向5.1～7.1聲道過渡，這就要求非線性編輯的硬件必須具備8個獨立的音頻處理通道。
非線性編輯係統的另一特點是係統製定了不依賴於計算機的介質流（Media Stream）總線，其中最有名的是Movie-2總線，它可以同時容納14路視頻數據和4路音頻數據，為實現實時多層畫麵和多聲道處理奠定了基礎。有了Movie-2總線，就徹底釋放了計算機的資源，多層畫麵的實時傳輸完全是在視頻板卡上實現的，與計算機無關，也免於編輯係統跟著計算機走馬燈似地升級。Matrox、Pinnacle和DPS的雙通道板卡上帶有Movie-2總線。在雙通道非編中，有了Movie-2總線、Ultra Wide SCSI總線後，視頻信號傳輸的瓶頸是存儲視頻素材的硬盤。提高硬盤傳輸速率的有效手段是用RAID技術，RAID的本意是為了容錯，容錯係統已標準化，共分為0、1、0／1、5級，在非線性編輯係統中，容錯是次要的，而速度才是最重要的，因而通常采用速率最高的第0級，即帶區集。獨立的磁盤陣列具有完善的RAID功能，RAID級別、傳輸速率可在麵板上設置，硬盤供電係統也是獨立的，計算機可以把它當作一個獨立的外設，隻是成本昂貴，目前隻用在高檔非線性編輯係統中。
4、軟件平台
相對飛速發展的計算機硬件來講，軟件的發展要緩慢得多。非線性編輯係統的軟件平台也同樣存在落後於硬件的局麵。微軟在九十年代初為多媒體結構指定了VFW，蘋果機上也有一個類似的QuickTime，這兩種軟件結構都缺乏對專業視頻的支持，它們限製了I/O端口的數據流量和視頻文件的大小，VFW甚至不支持Alpha通道，無法描述兩層畫麵之間的關係。當前我們使用的編輯和建模軟件大多數是建立在這兩種平台上，如Premiere 4.2T、3DMAX，用這些軟件創作的運動物體邊緣存在著抖動。為了解決這些問題，1994年，Open DML標準開始建立，增強了AVI文件的功能，使不同廠家的Motion JPEG文件可以互換，修改了AVI文件隻有2GB大小的限製，並把幀索引改為場索引。所有這些內容在1995年完成後並入Quartz多媒體標準中，Quartz成為軟件專業視頻設計的初級規範，隨後Active Movie取代了Quartz的地位，正式應用在Windows 97中。國產非線性編輯係統的軟件結構就是從Active Movie平台起步設計的，比國外的編輯軟件具有更先進的底層結構，而國外軟件基本都是在VFW和Quick Time基礎上編寫的，這是國產非線性編輯係統的一大優勢。
1996年8月，一個更新的軟件平台Direct Show測試版發布，它能支持更多的媒體數據類型，並增加了支持硬件的“軟件端口”，能直接檢測板卡上是否具有實時的劃像器、DVE和混合器等硬件部件，並能直接對這些硬件進行操作。1997年幾家國產的非線性編輯係統又先後轉移到Direct Show平台上，可是與AVID、Medial00、FAST等絕大多數進口非線性編輯係統聯網後，在係統資源共享上發生衝突，遇到了困難。
5、字幕功能
實時的字幕疊顯要依賴於專門的硬件支持，一層字幕就需有一個圖文幀存。國產非線性編輯係統大都是在Digisuite板卡上開發的，該套卡的DigiMix中有一個圖文幀存，三維特技卡Genie中又有另一個圖文幀存，具備二層真彩字幕的硬件基礎。先進的字幕軟件設計技術也掌握在國人手裏，因此國產非線性編輯係統具有比進口非線性編輯係統強大得多的字幕功能，相比之下，絕大多數進口非線性編輯係統隻是用軟件貼圖方式實現簡單的字幕功能。
電視係統由攝、錄、編、播四大模塊組成，一台非線性編輯係統能完成錄、編兩大模塊，替代節目後期製作的所有設備。從原理上講，磁盤播出比磁帶播出更具優越性，尤其在新聞和廣告播出中，節目能即編即播，修改播出順序很容易。這種播出係統已經產品化，例如泰克的Profile，能提供4路新聞播出通道。但是人們對磁盤直播總是小心謹慎的，主要原因是目前的計算機是多字節指令係統，外來幹擾、時鍾的不穩定性、軟件錯誤等因素都會引起死機。解決安全性的有效手段是增加備份，采用發電機組的做法，一台主機工作，兩台輔機備份。錄、編、播一體化後，機房設備就變得非常簡單。節目可直接從數字攝錄機向編輯係統高速上載，編輯完成後直接播出。 非線性設備要想成功地應用到播出係統，必須要實現網絡化，這個網絡既要負責素材從單機上載到編輯、配字幕、配聲音、審片、合成、播出一條龍工作，還要擔負各個環節的管理、節目保存等任務。能理想傳輸視頻信號的網絡隻有800Mbps～1.2Gbps的光纖網，這種網絡可把各個非線性編輯係統連接成點對點的雙環結構，兩個環中的設備互為備份，光纖把各個環連成一個整體。155Mbps的ATM網和1Gbps超高速以太網在技術上比光纖網成熟，在小規模局域網中也可以采用，但隻能排隊式傳輸，速率不如光纖網。
三、如何選擇非線性編輯係統
對於傳統編輯係統而言，非線性編輯係統具有明顯的優勢。首先可以提高工作效率：大量素材都存儲在硬盤上，可以隨時調用，編輯的過程就是製作一個播出表的過程，省去了反複逐幀查找定位和複製的時間，所有特技、聲音、字幕都可一次編輯完成。其次可以降低成本：一套非線性編輯係統可以取代幾十萬元的編輯錄像機、切換台、特技機等眾多設備，總體成本費用大大降低。同時由於機器磨損小，維護費用也比傳統設備低得多。再有圖像質量高：采用不同的壓縮卡和壓縮比，可以達到從Betacam到S-VHS各種檔次的視頻信號質量。由於不存在傳統設備複製後，圖像質量降低的問題，因此圖像傳遞和保存的質量不會受到影響。非線編係統應用在電視節目製作的不同環節所需的性能是不同的，我們可以根據不同的需要，選擇采用不同的非線性編輯板卡來組成具有不同功能的非線性編輯係統。
1、新聞製作
此類係統一般用於製作各種新聞、信息短片，節目長度一般在幾分鍾左右，有時還需配合局域網絡運行，要求製作快捷，操作簡單，處理迅速，信號壓縮比可調範圍大，接口配置靈活，但對特技和字幕的要求較低。這類非線編係統就常常配置一些實時層較少、字幕功能簡單、無實時3D DVE功能或功能簡單的非線性編輯板卡，比如Matrox公司的Digisuite LE、Digisuite DTV，Pinnacle公司的ReelTime、ReelTime DV和ReelTime Nitro DV。
2、欄目製作
此類係統一般用於製作各種欄目，節目板塊長度一般有十幾分鍾以至幾個小時,要求能夠對視頻畫麵進行各種修正處理，對字幕和特技也有一定的要求。有時因節目保存、交流的需要，係統也應具有DVD刻錄的功能。這類係統常常配置一些有一定的特技處理功能，輸入輸出接口支持MPEG-2碼流的板卡。比如Matrox公司的Digisuite RT2000，Pinnacle公司的ReelTime Nitro、DC1000、DVD1000和DC1000DV。
3、節目包裝
此類係統主要用於製作各種片頭、宣傳片，長度較短，一般在60秒以下。要求係統的功能強大，各種特技、處理及字幕要求過渡平滑。製作隨心所欲，還必須有多種特殊效果，此類係統軟、硬件相輔相成，有時甚至軟件的功能會顯得更為重要（一般都是同類產品中的頂級精品），所以在係統自身擁有強大的處理功能的同時，對第三方軟件、插件的廣泛支持也相當重要。這類係統常配置的板卡有Matrox公司的Digisuite，Pinnacle公司的ReelTime Nitro Plus。
另外，非線性編輯係統是否真正需要雙屏顯示，完全是設計者考慮的技術問題。如果某一台非線性編輯係統既可單屏顯示，又可雙屏顯示，那麼用戶最好選用單屏方式，既節約金錢，又縮小體積，用起來比雙屏更方便。大多數非線性編輯係統並沒有配備數字接口，或者把數字接口列為昂貴的選件。非線性編輯設備如果仍使用模擬接口，等於在電視係統中又多了一個數字島，不能充分發揮數字編輯質量高的優點。非線性編輯係統中的視頻數字接口主要有SDI和IEEE 1394兩種。SDI是遵循SMPTE 259M標準製定的，在視頻界已有十多年的應用曆史，能充分利用現有的75歐姆視頻電纜傳輸，傳輸距離能達到300～1000米。SDI的缺點是不能傳輸音頻和伺服信號。
