非线性编辑在人防警报系统中的应用

房国志等

房国志娄莉凤吕实诚

摘要：主要介绍专用于人防警报系统的专用非线性编辑设备应用。

关键词：DSP非线性编辑人防警报

1非线性编辑简介

非线性编辑是相对传统上以时间顺序进行的线性编辑而言，在进行非线性编辑时，要将所有需要编辑的素材(包括录象带上的视频信号、线路上传输的视频信号)经过数字化采集后转换成视频文件的形式，然后在计算机内部对含有时间信息的视频文件进行无须按照时间顺序的任意操作a在非线性编辑系统内部，对视频文件的操作非常简单，完全是在指定的时间轴上进行文件的拼接，只要没有最后生成影片输出或留档，对这些文件在时间轴上的摆放位置和时间长度的修改都是非常随意的，这也就是所谓的非线性编辑。非线性编辑方式的主要优点是：(1)编辑时，搜寻素材的时间大大减少。(2)它能集编辑、特技、字幕、背景、配音和网上传输于一体。(3)便于影片整体结构的把握。(4)运行费用低。非线性编辑为多媒体视频制作提供了便利的条件，极大地提高编辑效率。

因为人防警报广电执行终端所要进行编辑的音视频文件相对手电视台的音视频文件来说内容比较单一，所要进行的非线性编辑处理相对简单，没有过多复杂的特效处理和多层画面的合成，所以对于专业级的非线性编辑板卡应用到人防警报广电执行终端显然不太适合，其成本过高，系统过于复杂，不利于警报系统的不断更新升级，又由使用：另一个方法是编写自己的非线性编辑软件，本文采用第二种方法。非线性编辑软件包括信号输入/输出、素材管理、图像处理、音视频合成与剪辑、文字添加等几个部分组成。其结构框图如图2所示。

通过非线性编辑软件可实现音视频文件的编辑处理，此软件具有用户界面友好，使用操作简便的特点，使得用户通过几个按键或选择性地操作即可完成编辑任务，其余的编辑处理完全由系统内部自动完成，用户不需要了解太多的非线性编辑知识亦能完成对本设备的操作，适用于非专业人员使用。而且，该软件应用先进的视频压缩编码算法—MPEG-2 MP@ML编码标准，采用帧内压缩和帧间压缩两种方式实现2：1的无损压缩，能够完全兼容NTSCA)AL制式，同时又保证了画面的质量，满足人防警报广电执行终端应用于广电系统的需要。于无卡软编系统受到CPU性能的限制而不能产生高质量的视频画面，不适用于人防警报执行终端对于视频文件达到广播级的要求。所以设计一种即不太依靠硬件、系统易于升级，又能达到高质量的视频画面，专用于人防警报广电执行终端的非线性编辑设备是必要的。

由于计算机系统架构的革新，非编系统的软件架构的革命性变化，采用CPU+GPU技术进行视频编辑和处理已然成为一种趋势。CPU+GPU技术完全采取软件架构，可以通过提高系统的硬件配置提高系统的整体性能，通过增加和升级软件模块提高系统的编辑处理能力和编辑效果。相对于基于专门硬件的广播级非编系统，基于CPU+GPU软件架构的非线性编辑系统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高性能的视频编辑和处理。这为研制专用于人防警报广电执行终端的非线性编辑设备的实现提供技术支持。

2DSP技术

由于非线性编辑所要处理的信息量相当大，所要进行的运算算法相对比较复杂，普通的处理芯片显然无法满足这么高的运算量，所以考虑采用DSP——专用数字信号处理芯片作为系统的信息运算中心。

采用1rI公司的C6000系列DSP，该系列的体系结构专为实时信号处理而设计的，将实时处理能力和控制外设功能集于一身，由于其强大的数据处理能力，能够满足非线性编辑系统对音视频处理达到广播级的要求。它的低功耗、高速数据吞吐量、高精度、高速数据处理能力等特点体现了其在音视频处理领域的优越性。DSP的高速处理能力满足了系统对于复杂算法、带宽数据传送的要求，为非线性编辑中的压缩算法、编解码算法以及音视频处理程序等的实现提供了硬件支持。同时DSP芯片的集成度高，运算能力强，使得非编设备的体积大大减小的同时还可以维持较高的功能和性能。其技术日益成熟，成本也在不断的下降中，使得非线性编辑DSP技术开发专用于人防警报广电执行终端的非线性编辑设备的成本大大降低。

3系统整体介绍

专用于人防警报广电执行终端的非线性编辑设备是适合人防管理部门的非专业人员使用的非线性编辑设备，具有用户界面人性化、操作简便、体积小、功能全等特点。通过简单的选择操作即可完成简单的、快速的非线性编辑处理，例如声音合成、简单的编辑剪辑、添加文字等处理。

从系统整体构成上看，采用CPU+GPU的方案，即由CPU和GPU(软件核心算法)共同承担非线性编辑任务，对于硬件的依赖性大大减少，在保证视频画面的质量的同时设备的整体成本大大下降。从硬件结构上看，该非线性编辑设备不以计算机作为系统的硬件平台，是一个独立的嵌入式系统，同时又是人防警报广电执行终端的一个组成部分，他可以作为板卡直接插到人防警报广电执行终端的机箱内，易于实现人防警报系统的升级。以DSP芯片作为系统的处理运算核心，同时集成了一些专用的音视频处理芯片，通过这些专用芯片来完成音视频的采集、压缩与解压缩、音视频的回放等功能。设备主要有DSP芯片、大容量的硬盘、专用音视频处理芯片以及各种接口组成。其硬件结构框图由图1所示。

非线性编辑技术的重点在于处理图像和声音信息，这两种信息具有数据量大、实时性强的特点。实时的图像和声音处理需要有高速的处理器、宽带数据传输装置、大容量的内存和外存等一系列的硬件环境支持。采用数字信号处理器DSP、专门的音视频处理芯片以增强数据处理能力和系统运算速度。 DSP是整个数据处理的核心，为各种算法提供硬件支持，其数据处理能力直接影响该设备的性能。由音视频专用芯片完成音视频的采集、预处理、回放等功能。采用硬盘存储视频倍频数据，数据写入和读出时硬盘的磁头不与磁盘接触，所以不存在磁带录像机与磁头磨损和走带磨损问题以及没有复制损耗，编辑、特级、动画、字幕和配音等都可以同时进行。通过主机接口实现设备与主机相连，通过网络接口实现通信功能以及硬盘资源的共享与传输。设备采用音视频信号标准接口，实现该设备与其他音视频设备的连接，兼容不同格式的音视频信号。人机接口实现对设备的交互式管理和非线性编辑操作，使用LCD液晶显示技术和触摸屏技术，通过软件界面的方式即可实现系统操作管理，无须再添加按键开关等硬件设备。通过人机接口显示用户界面、编辑界面和命令窗口，用户通过人机接口直接对音视频文件进行编辑和操作以及对设备的简单控制。

从软件构成上看，设备的硬件只是完成了视音频数据的输入/输出、压缩/解压缩、存储以及预处理等工作，而设备的软件为用户提供了各种服务和支持，只有通过对非线性编辑软件的操作才能完成相应的编辑任务。随着嵌入式技术尤其是嵌入式操作系统的发展，应用嵌入式技术来研制各种专业设备已经成为了一种潮流。从某些方面上看，嵌入式操作系统的性能并不亚于通用操作系统的性能，其软硬件的可裁减性和实时抢占能力更适用于实时性较高的场合或设备，所以采用嵌入式操作系统是硬件环境的需要，也是软件环境的需要。通过嵌入式操作系统提供系统设备的管理调用、文件系统管理、GUI用户界面等，为应用软件的开发与移植提供支持。在嵌入式操作系统之上，可以通过代码移植的方法直接将现有的非线性编辑软件嫁接到操作系统之上，但是现有的非编软件功能强大，操作复杂，需具备非线性编辑知识的专业人员进行操作，不适用于非专业人员使用：另一个方法是编写自己的非线性编辑软件，本文采用第二种方法。非线性编辑软件包括信号输入/输出、素材管理、图像处理、音视频合成与剪辑、文字添加等几个部分组成。其结构框图如图2所示。

通过非线性编辑软件可实现音视频文件的编辑处理，此软件具有用户界面友好，使用操作简便的特点，使得用户通过几个按键或选择性地操作即可完成编辑任务，其余的编辑处理完全由系统内部自动完成，用户不需要了解太多的非线性编辑知识亦能完成对本设备的操作，适用于非专业人员使用。而且，该软件应用先进的视频压缩编码算法一MPEG-2 MP@ML编码标准，采用帧内压缩和帧间压缩两种方式实现2:1的无损压缩，能够完全兼容NTSCA)AL制式，同时又保证了画面的质量，满足人防警报广电执行终端应用于广电系统的需要。