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Digisuite 视频板卡剖析及其与第三方软件的配合
Digisuite 视频板卡剖析及其与第三方软件的配合
2002中南地区广播电视技术年会优秀论文二等奖本文力图从实践运用的角度剖析比较Matrox公司的几款非线性编辑板卡，并就作者的实际操作经验，以Sobey公司的创意21非线性编辑系统（基于DigiSuite DTV板卡）为例，详细介绍DigiSuite 板卡与第三方软件的配合使用。
1． Matrox Digisuite家族
加拿大的Matrox 公司是视频编辑领域著名的公司之一，它推出的Matrox DigiSuite系列非线性编辑板卡，以其稳定、高性能和易于开发的特点，深受广大用户和OEM厂商的青睐，目前国内几家著名的视频技术公司几乎都推出有以其为硬件基础的非线性视频组件。
DigiSuite视频板卡是一个产品家族，包括有 DigiSuite 、DigiSuite LE、DigiSuite DTV和DigiSuite LX，其中DigiSuite产品是以Motion-JPEG格式为基础的，可以提供最高级别的视频质量（无压缩）；DigiSuite LE 在没有更改视频通道的所有处理方式与通道指标的情况下，适当地减少了部分特技运算电路，降低了售价，是前者的简易版；DigiSuite DTV板卡是面向多媒体环境下的各种任务的，它既可以接受DV格式的帧内压缩信号，也可以接受MPEG方式的帧间压缩信号，其设计思想是为了满足从广播领域到网络发布到家庭或商业刻录的跨平台应用的。2001年Matrox公司又推出了Matrox DigiSuite MAX实时三维特技板卡，可分别配合在DigiSuite系列的其他板卡上使用从而有了基于DigiSuite LE MAX、DigiSuite DTV MAX和DigiSuite LX MAX产品线。这些产品适用于实时非线性编辑、数字合成、绘画、字幕合成、三维动画、音频处理、DVD刻录等。
DigiSuite 系列产品拥有一些共同的硬件特性，包括多通道二维特技、色彩校正、对每一层的透明度控制等。所有产品都可以选配三维DVE选件，在应用过程中可以进行加速打包、加速图像传送。还提供有灵活的软解压编辑软件及DV 1394和SDI输入／输出方式。
其中DigiMIX、DigiMotion、DigiLinx、Genie DVE和DigiDesktop这几块板卡不是通过PCI总线，而是通过Matrox发明的Movie-2 总线传输视音频数据流。
图一给出了一个典型的DigiSuite非线性编辑设备的内部结构和信息流程示意。
图一DigiSuite非线性编辑设备的内部结构和信息流程
1.2 DigiMix 卡
DigiMIX卡是一块视频/图像二维特技合成卡,对系统视频信号的输入/输出的选择以及信号格式的设置需要通过这块卡来实现。该卡还提供了测试面板功能,可直接选择板卡内部信号发生器产生的100%彩条信号、75%彩条信号和SMPTE测试图等测试信号进行输出测试或显示。
该卡的硬件主要包括视频接口、数字视频多层处理、2D特技处理、32比特R、G、B和Alpha键处理。通常含4个线性键处理器（亮度键、色度键、Alpha通道键和特技窗口键），可用其实现5路视频实时叠加；5个2维的DVE处理器，可完成多层视频、图文穿插和2D DVE特技；2个DSP控制扫换（wipe）发生器，其效果与大型传统切换台的硬件控制扫换功能相同，可完成200种基本划像图案；4个专业级的静止背景发生器和2个复杂背景发生器，可产生噪音、单色、渐变色和动态渐变色等背景。采用不同的DigiMix版本和工作模式，会在各种处理器的数量上有一定的差别，表现在应用程序的功能上就会有一定的差异。
图形处理器的效率和功能将直接影响图文字幕的速度和效果。DigiMIX采用先进matrox独特设计的MGA2064图形芯片，内有4MB的图形帧存，实现32bit全PAL分辩率（720x576）图文。采用PCI总线进行数据的访问，60MB/秒的帧存读写速度，完成全分辩率的真彩色动画实时合成播出。硬件支持Open GL标准，可使图形设计在某些方面达到SGI工作站的水平。
DigiMIX技术指标如表一所示。
1.3 DigiMotion卡
DigiMotion是一块双通道（两个编/解码器）Motion-JPEG编解码卡，卡上有两路独立于主板PCI总线的Fast-20 SCSI接口，控制硬盘完成两路视频信号的读和写，提高了数据传输率（可达40MB/S），减少了PCI总线的压力。两路Motion-JPEG视频压缩/解压缩，压缩比最低达1.6:1（无失真压缩），最高可达85:1，压缩比软件可调。两路同时录放的最佳压缩比可达3:1（每路），达到真正的D1数字视频质量。可以在一路回放时，另一路录入。双通道处理支持通过DigiMIX卡上的视频混合器实时完成对两路信号的切换、淡入淡出和一些两路特技操作。
另外，通过DigiMotion卡可以设置系统音频部分的同步源、音频输入/输出信号的格式以及模拟音频信号的增益。同时通过对这块板卡上各种参数的调整，还可以更好地与第三方软件进行配合，比如用Adobe Premiere 回放与采集的音频素材为44.1KHz,而DigiSuite中的DigiTools工具采集的音频可能是48KHz，所以有必要在采集或回放前根据实际需要进行采集频率的参数调整。作为视频工程技术人员，面对一套非线性编辑系统应该知道哪些参数是可以实时调整的，以便在节目制作过程中正确的发挥系统的全部功效。
位于DigiMotion卡上的完全符合电视制作标准的音频处理系统，使DigiSuite成为真正的广播级音频硬件平台。音频采用ADPCM标准，16Bit、48KHz/44.1KHz专业音频采样，可达标准CD音质；4轨音频同时采集，8轨音频素材实时回放；32位音效DSP支持8轨音频的音量、均衡实时调整；支持变速搜索中音频同步和静音；支持视音频回放时同时录音。4轨平衡/非平衡音频输入输出，2轨立体声AES/EBU或S/PDIF数字音频输入输出，1轨立体声麦克风输入，一轨MIDI输入输出，独立的监听输出。
DigiMotion还提供有一个用户可操作的功能，那就是测试系统硬盘驱动器在工作时的读写速度，可分为单流（一路编解码）和双流（两路编解码）工作模式测试。当系统在编辑过程中出现声音与画面不同步，或者时间线回放画面出现停滞或跳帧时，可以利用这个功能快速检查并根据测试结果判断各个硬盘是否工作正常,这在检查判断系统故障时非常有用。
1.4 DigiLinx卡
DigiLinx D1数字信号I/O卡提供10bit全数字分量串行接口，符合D1 SMPTE 259M Serial4:2:2@270Mbps标准，支持525和625线格式。三路串行数字输入接口，二路串行数字输出，三个TBC数字时基校正，8bit数字键盘输出。DigiMIX卡提供三路复合、三路Y/C、二路模拟分量信号输入，通过卡上的两个3x1、三个同步2x1视频矩阵开关选择输入 ，同时输出复合、Y/C和模拟分量信号；输出线性键信号，键延时软件可调；符合切换台概念的预监信号输出。视频信号均进行10bit量化、4：2：2：4结构采样和 2倍过采样视频编码和解码，专业设计的滤波器有效消除锯齿和边缘爬行。广播级数字主同步机，可与外部设备联机锁相，行相位、副载波相位可调。一路TBC时基校正（四场补偿）。由于DigiSuite系统的每一块板卡和联结各板卡的Movie-2总线全部遵循 10bit、4:2:2:4的统一格式，因此无论是画面切换、特技处理还是字幕叠加，形成了一个完整的全数字的视频制作核心。
1．6 Genie DVE卡
Genie DVE卡是PINNACLE为DigiSuite设计的基于PCI总线和Movie-2总线的双通道三维数字特技处理卡。通过Movie-2总线可将两路4:2:2 、10bit数字YUV信号送给Genie DVE卡的两个DVE通道，进行3D DVE处理和混合后，数字YUV信号再通过Movie-2总线送回DigiMIX的数字混合器，送回的信号又可以作为一层视频信号进行多层混合处理。Genie DVE卡全面体现了PINNACLE专利的三维特技算法，可实现三维波浪、卷页、三维翻转等几百种特技模型。
1.7 Matrox DigiTools应用工具
DigiSuite设计有一套随卡的Matrox DigiTools应用工具软件。该软件的功能包括：
- 从VTR采集高质量的视音素材，分别以.avi和.wav文件存储在计算机上，可以利用Windows 的DirectShow直接预监或监听。
- 支持将.tga图片序列转换为.avi文件，或将活动视频通过采单帧画面变为.tga图片。也可以通过它将选定的一个.avi文件转化为另一种压缩格式的.avi。具体可实现的转换类型如图二所示。还支持转换Matrox的视频文件为Windows环境下.avi直接用OpenGL预览。
1.8 MediaTools应用工具
在DigiSuite中还提供有MediaTools应用工具。它使用 Matrox SinglePass? 实现对素材的自动批采集, 可消除重复倒带和预卷，减少对摄录一体机、录像机和磁带的磨损。具体功能如下：
需要注意的是为了使用MediaTools的自动批采集功能，要求被采集的磁带必须具有连续的时间码，且必须是以同样的速度记录的素材，而且MediaTools要求必须有6秒钟的预卷时间，所以在磁带头部刚开始记录的6秒内不要录制有用信息。
1.9 Matrox DigiDesktop卡
该卡支持Windows NT、Windows 2000环境下的双屏显示，通过设置可以分别设置屏幕1和屏幕2的各项显示参数。
2 Matrox DigiSuite Max 系列非线性编辑平台
2001年1月Matrox公司正式将Matrox DigiSuite Max 7.0实时编辑平台对外发布，与以往的DigiSuite系列平台相比，Matrox DigiSuite Max平台最大的特点在于它的实时三维特技，强大的三维特技功能是基于Matrox Flex 3D结构的实时3D DVE，以前的特技卡的设计都是将三维特技算法固化在板卡上，要增加新的特技就必须更换硬件。而Flex 3D技术采用了全新的思路，它借鉴了电子游戏中三维图形的做法，使用软件编程建模，但将活动视频代替静止图像贴到模型上去。而开发制作人员可以根据自己的想象，通过软件编程将新的特技随时加入，这样可以得到非常丰富的二维、三维特技效果，提供更强大的编辑功能和更多的创作自由。因此既可以进行OEM开发，也可以由Matrox公司制作出新的特技后放在网上供用户下载。
DigiSuite MAX 还有一个优点就是支持模拟和数字输入、输出，还提供有SDTI接口选件，可以用于在摄像机、录象机、编辑/合成系统、视频服务器和发射机之间传输打包的音频、视频和数据文件，通过OEM开发就可以做到通过SDTI接口进行4倍速DV素材传输。
DigiSuite MAX具有如下功能:
- 支持实时地在两轨视频和一轨图文或者两轨图文和一轨视频上实施复杂的特技效果处理，所见即所得，无需生成。
- 基于Matrox Flex 3D的实时广播级质量数字视频特技，包括模糊、YUV彩色校正、2D和3D DVE、慢动作、键控和其他特技--最多同时支持15种特技。
Flex 3D是一种完全可编程的架构，利用Matrox三维图形加速芯片和图文帧存对视频实施实时三维贴图。动态视频和静态图文均被当成纹理源而贴到以多边形组成的三维图形上，例如：卷页、平面或微粒。广播级特技是通过Flex 3D发挥三维芯片中的特别功能而实现的。
（8） 环境映射凸凹面模拟技术可产生极具真实感的特技
（9） 环境及光线控制产生真正三维反射并增加真实感
（10） 以场为单位的处理方式确保高质量的特技
（11） Flex 3D可编程这一特性意味着更多的特技可以由软件产生并加入到现存的特技库中以增加实时特技种类。
- 可选择多种编辑格式：原始DV、DV50、MPEG-2 I帧（最多50Mbps）或Motion-JPEG编辑（最多120Mbps）。
- 支持1394、模拟分量、Y/C和复合视频接口。
- 可添加带AES/EBU的SDI模块选件。
- 支持批素材采集, 制作者通过1394可以直接从录象机或摄象机采集和录制DV素材。
- 支持直接从时间线上进行实时MPEG-2 IBP编码，用于DVD刻录。
- 加速的MPEG-1编码，用于多媒体和VCD刻录。
- 支持用于硬件辅助的网络视频编码批处理,可直接生成ReelVedio、Windows Media。
- 支持SAN（存储区域网络），支持联网后期制作。
- 所见即所得的Adobe After Effects、Discreet 3D MAX 和Newtek Light wave 3D。
目前，Matrox公司已经推出了基于Matrox DigiSuite MAX 的三款实时编辑平台，分别是DigiSuite LE MAX、DigiSuite LX MAX和DigiSuite DTV MAX，三款硬件平台都具有同样的实时编辑功能、3D特技结构和先进的高效工具。它们都提供广播级质量的模拟视频和音频I/O和SDI I/O选件，与所有标准视频设备兼容。它们的区别在于编辑时使用的压缩格式不同。DigiSuite LX MAX提供原始DV和MPEG-2 I 帧50Mbps编辑；DigiSuite DTV MAX提供原始DV、DV50和MPEG-2 I帧50Mbps编辑，可以在时间线上混合DV25和DV50信号源，同时利用两种格式的优势；DigiSuite LE MAX继承了M-JPEG压缩方式和高画质，同时提供两个通道基于场的变速运动控制。
所有DigiSuite MAX平台都配有完整的内容创作捆绑软件，包括Adobe Premiere、Inscriber CG、Boris FX 、Ligos LSX MPEG、 Pixélan Video Spice、 Rack Lite、 Sonic Solution DVDit! Se和Sonic Solutions ReelDVD。
3．2 MPEG-2编辑
众所周知MPEG-2格式的数据率是可变的，为10-50Mb/s，用户可以通过选择压缩比在视频质量和存储空间之间进行权衡和选择。DigiSuite DTV板卡选用了I帧编辑方式，提供了精确到帧的同步编辑和快速搜索功能。同时为了满足不同用户的需求，DigiSuite DTV 在输出方式上提供了两种（1）通过板卡提供近于实时的IBP帧输出；（2）通过SDTI接口，提供实时IBP帧输出，前者满足了DVD刻录或视频网络传输的要求，后者满足了节目制作和下载的需要。
3．3 输入/输出
DigiSuite DTV产品提供齐全的输入/输出, 包括模拟的和数字的。在音频方面，提供4路输入/4路输出，平衡式或非平衡式可选。DigiSuite DTV有IEEE 1394数字接口，并提供两种SDI输入/输出方式：（1）提供SDI视频板卡，同时支持AES/EBU数字音频；（2）提供SDTI接口方式，它是单独的一块板卡，被称之为Matrox SDTI。在这块板卡上可以同时支持不同的接口方式，包括SDI、SDTI和 QSDI。SDTI板卡最重要的功能是具有SDTI模式，优点是如果与DV格式同时使用，可以实现高于实时（2-6倍）的传输，并保持非常高的视频质量。
通过Movie-2扩展视音频总线，可以把DigiSuite DTV和SDTI两块板卡连接在一起，提供实时MPEG-2IBP输出。由于SDTI板卡上设计有压缩/解压缩芯片，因此在DigiSuite DTV平台进行编辑的同时，可在SDTI板卡上进行视频采集，从而提高系统效率。
4 Matrox 非线性板卡比较
表二给出了Matrox 公司的非线卡DigiSuite 、DigiSuite LE、DigiSuite DTV和DigiSuite LX的具体技术指标与功能参数的比较。
表三给出Matrox DV-1394 TI和Matrox MAX的技术参数。
5 基于Matrox DigiSuite DTV MAX的Sobey 创意21非线性编辑系统
我台于2001年11月购进的创意21是由Sobey公司基于Matrox的DigiSuite DTV MAX卡自主开发的一套全中文的非线性编辑系统，操作系统平台为Windows 2000，采用的压缩格式为MPEG-2。通过半年多的使用，我们不但对Sobey公司开发的应用软件有了足够的认识，也对Matrox公司的硬件与应用软件及第三方软件之间的配合有了全新的认识。
在使用中我们发现Sobey的这款产品虽然充分利用了前文所述的硬件板卡所提供的功能，但是在部分硬件性能与软件的衔接上，还存在一些问题。比如我们发现系统运行总不是很稳定, 通过初步分析我们认为是应用程序与硬件板卡的通讯接口还有待进一步完善；三维特技效果的开发没有完全实现板卡允诺的效果；音频通道的设置立体声与单声道没什么区别、手绘遮罩时不能在双屏显示间移动等等。这些我们已与公司的技术开发人员进行过交流，他们也不断地在对现有软件进行着版本的更新与完善。但从整体使用效果来看，对于国内的基于MPEG-2格式的全中文界面非线性编辑系统来说，Sobey的这款产品还是非常出色的。
5．1 硬件配置
板卡配置：
- DigiSuite DTV卡,包含2个2D DVE处理器，4个衰减（fade）处理器，2个消隐（wipe）处理器，2个视频键处理器，1个图形帧缓存，一个噪波发生器，4个静止背景发生器和2个复杂背景发生器。
- DigiSuite MAX卡
计算机配置：
- CPU：Pentium1.5GH z
- RAM: 512MB
- 硬盘：72GB
- 操作系统：Windows 2000
5．2 系统特点
- 它支持时间线多格式编辑，可以在同一时间线窗或同时打开几个时间线窗编辑DV25、DV50或MPEG-2格式的视频素材。
- 它支持实时多轨道视频，对于3轨以上且添加了多个特技的不能实时的节目段，可以通过系统提供的热键进行深度预览，使得在编辑时就可以方便地观察效果，另外也可以运用系统提供的时间线快速生成功能对不能实时的部分进行局部生成，非常方便。但是在实际操作中发现,快速生成功能有时不能正常运行，主要表现在对已经生成过一次的时间线素材，如果对时间线进行了操作，即使没有改动被生成段的内容，也不能再次生成。
- 为了丰富创作手段，创意21能够对视频素材添加遮罩，遮罩分为自定义遮罩和AVI遮罩。
- 创意21克服了以Sobey公司以往非编产品单轨字幕的缺点，实现了无限轨字幕，并能实时30轨，使字幕制作更轻松。
- 集成了Sobey公司开发的新时尚字幕制作系统，既可以在时间线上直接制作字幕并添加，也可以单独进入新时尚字幕制作软件制作，然后在时间线以字幕工程的方式引入并添加。实现了非线性编辑与字幕的无缝结合。
- 创意21具有强大的特技制作能力，可以自定义特技并存储，同时还具有独特的入出点间加特技的功能。
- 支持多时间线窗口，可以方便地实现不同节目之间的交互操作。
- 支持素材批采集。
- 创意21加入了调音台，能在时间线节目播出的同时进行音量调节。
- 创意21还支持无限的Undo/Redo功能，支持操作历史列表，同时系统还具有断电保护功能，可最及时地保存在编的节目。
- 创意21还有较强的素材管理功能，能方便地从网络和硬盘引入素材，具有多种素材检索功能。
- 创意21还支持编控器操作模式，且采用了流行的鼠标右键无极缩放方式，操作起来方便快捷。
5. 3 与第三方软件的配合
如前文所提到的，基于DigiSuite DTV MAX的创意21系统，可以方便地与第三方软件如Photoshop、3D max、Premiere和After Effect配合使用。而且由于有硬件板卡的支持，使得在Premiere和After Effect中的很多特技效果不需要渲染就可以得到或者使渲染生成影片的速度大大加快。从笔者本人的经验来看，唯一要注意的是在使用第三方软件时，在保存或生成时，无论是图片或影片，都必须注意格式的选择，并记住存储路径，否则很可能在创意21中无法引入或找不到文件。
方法二是以视频层的方式引用位图。优点是可在创意21中使用Matrox提供的硬件特技，与视频做过渡，并且可以做色键和遮罩；缺点是图片尺寸必须是720*576 pixels,不能携带含Alpha通道。
具体做法如下：
（1） 在Photoshop中设定位图尺寸为720*576 pixels,并将制作好的图片保存为TGA格式。
（2） 启动Digitools进行转换。
（3） 将位图转换为单帧的AVI文件，为了保证速度，注意将文件转换到素材盘上。
（4） 在创意21中打开素材库，并将上述AVI文件引入素材库，注意该AVI只能被当作静帧画面上线编辑。
5.3.2 在创意21中调用3D max动画
具体方法如下：
5.3.3 创意21与Premiere及After Effect的配合使用
Adobe公司出品的Premiere及After Effect都是应用非常广泛的视频编辑和合成软件，他们本身的剪辑和特技功能就十分强大，如前文所述，其中Premiere还被捆绑在DigiSuite MAX板卡上了。在与创意21的配合使用中，本人的经验是只需注意输入输出的格式要保证相同，尤其在Premiere和After Effect中渲染影片时一定要注意选择MPEG-2 I帧格式，这样生成的AVI才可以在创意21中被直接引入。
结束语
非线性编辑系统从98年开始全面进入中国市场到现在已经历经了5年的时间，从早期的单机版到如今上百个工作站的大型制作网，无论是从视频压缩格式、硬件板卡、软件界面还是到网络结构，都有了飞速的发展，产品也日臻成熟与完善。尤其现在各大视频厂家又开始大力开发和推广面向高清的非线编产品, 新产品\新技术层出不穷。本文作者很有幸地经历了整个过程，并一直关注着它的发展，而且也在实际操作着各个阶段的产品，我非常希望通过这篇文章能够对Matrox的板卡及以其为平台的非线性编辑系统有一个比较全面的介绍，可以将自己的一些操作经验与读者共享。
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