以下视频信号传输接口中支持数字视频信号传输的是（50)。

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第50题

知识点：视频视频编辑概述数字视频信号

关键词：接口数字视频信号信号传输传输视频视频信号信号章/节：多媒体视频的处理与编辑

A. DVI

B. CVBS

C. VGA

D. S-Video

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知识点讲解
· 视频 · 视频编辑概述 · 数字视频 · 信号

视频

视频是动态的画面序列，这些画面以超过每秒24帧的速度播放，便可以使观察者产生平滑、连续的视觉效果。视频类似于我们熟知的电影和电视，有声有色。电影采用了每秒24幅画面的播放速度，电视采用了每秒25幅或30幅画面的播放速度。视频图像可来自于录像带、影碟、电视、摄像机等，这些模拟视频信号可通过视频采集卡转换成数字视频信号，以便计算机进行处理和存储。

视频编辑概述

根据编辑方式的不同，视频编辑可以分为两种方式：线性编辑和非线性编辑。

线性编辑是一种磁带编辑方式，它利用电子手段，根据节目内容的要求将素材连接成新的连续画面。通常使用组合编辑将素材编辑成新的连续画面，然后再以插入编辑的方式对某一段视频进行同样长度的替换。这种编辑方式无法删除、缩短、加长中间的某一段视频，除非将那一段以后的画面抹去重录。线性编辑是视频的传统编辑方式。

非线性编辑是相对于线性编辑而言的，主要是指借助计算机进行数字化制作，突破顺序编辑限制，采用任意顺序排列的编辑方式。非线性编辑只要上传一次就可以进行多次编辑，信号质量始终不会降低，所以节省了设备和人力，提高了效率。目前绝大多数电视、电影制作机构都采用非线性编辑系统进行影片的编辑及后期制作。

非线性编辑系统（Nonlinear Editing System, NLE）是以计算机硬盘作为记录媒体的介质，利用计算机、视／音频处理卡和视／音频编辑软件对电视节目进行后期编辑和处理的系统。非线性编辑系统涉及计算机技术和电视技术两个领域，包括数字存储技术、计算机图形图像处理技术、网络技术、视频技术和音频技术等，是一种综合性技术。非线性编辑系统借助计算机系统对视／音频进行数字化制作，解决了线性编辑的缺点，提高了编辑的效率。目前绝大多数的电视、电影制作机构都采用非线性编辑系统进行影片的后期制作。

非线性编辑系统的组成

典型的非线性编辑系统主要包括计算机主机及显示器、硬盘阵列箱、视／音频处理卡及接线盒、编辑软件、录像机、监视器、音箱等。此外还有一些扩展设备，如特技卡等。

在非线性编辑系统中，录像机在素材采集时播放素材带以供素材上传，在成品的下载过程中将视／音频信号录制到录像机的视／音频载体上，不参与节目的编辑过程。监视器用来监视视频信号，音箱用来监听声音。

①计算机平台及显示器。

在非线性编辑系统中，计算机是各种软／硬件资源的平台，视／音频信号的采集、编辑、特效处理和字幕添加等都是在计算机中完成的，所以计算机是非线性编辑系统的最基本组成部分。

非线性编辑系统采用的计算机主要有三种：苹果计算机、PC和SGI工作站。SGI工作站的价格较高，目前主流的非线性编辑系统计算机是苹果计算机和高档PC。

在非线性编辑系统中，通过计算机显示器也可以监视编辑画面。同时，非线性编辑系统还会使用一些其他的图形图像处理软件、动画制作软件等，这些都对计算机的显卡和显示器要求较高。由于编辑软件的窗口较多，所以最好选用较大的显示器，这样可以方便编辑。如果能配置双屏显卡，使编辑界面双屏显示，则会使编辑工作更加便利。

②存储设备。

目前，非线性编辑系统大多采用硬盘作为视／音频数据的存储工具。视／音频数据量极其巨大，会占用大量的磁盘空间。所以在非线性编辑系统中，一般不用计算机内部硬盘存储视／音频数据，内部硬盘只存储系统软件、非线性编辑软件、其他应用软件和个人文件等，而是将视／音频数据存储到系统外部的磁盘阵列中。磁盘阵列是一种把若干硬盘驱动器按照一定要求组成的一个整体。磁盘阵列由若干个磁盘组成，提高了存储容量；由于磁盘阵列的多台磁盘驱动器并行工作，从而提高了数据的传输效率。磁盘阵列在非线性编辑系统中的应用大大提高了编辑的效率。

③视／音频处理卡及接线盒。

视／音频处理卡是非线性编辑系统的核心部件，它的输入／输出接口及压缩方式决定了非线性编辑系统的视／音频质量。市场上视／音频处理卡的种类很多，差别也很大，价格从几万元到几十万元不等。以DPS VelocityHD为例，其价格为50 000元人民币左右，支持真实的双通道实时高清操作和实时多通道标清操作，支持视频的压缩与无压缩，兼容多种格式以及额外的扩展性能（如选件A3DX三维DVE附卡，则增加一个通道的实时高清三维DVE和四个通道的实时标清三维DVE特效）。

视／音频处理卡一般与接线盒配合使用，接线盒通过多芯电缆与视／音频处理卡相连。接线盒一般具有各种输入／输出接口。将录像机与接线盒相连接，将录像机中的视／音频信号上传到计算机或将计算机内的成品下载到录像机的视／音频载体。

④编辑软件。

非线性编辑系统中的视／音频卡的功能是固定的，用户只能通过编辑软件使用板卡上的功能，所以编辑软件的操作界面和功能就决定了非线性编辑系统对用户的吸引力。友好的操作界面会大大提高编辑工作的效率，所以编辑软件应该既保证界面整洁，又不能减少编辑的功能，以形成良好的人机交互。

非线性编辑系统的工作流程

①素材采集与导入。

素材采集是指把录像机中播放的视／音频信号以文件的形式存储在非线性编辑系统中。对于存储在光盘、硬盘、半导体存储卡中的视／音频文件，可以直接复制到非线性编辑系统中。

②素材的编辑。

把选择的素材拖曳到轨道所需位置，对素材的起始点进行调整，根据需要对素材进行处理，如色度调整、亮度调整及播放速度调整等。还要添加所需的特效，主要有视频转场特技添加、视频特效添加、音频转场特效添加和音频特效添加四种。主要的编辑工作在这一步完成。

③字幕制作。

字幕制作主要是指制作所需的字幕，并将其添加到合适的位置。

④成品输出。

非线性编辑系统可以用以下三种方法输出制作完成的节目。

. 输出到录像带。这是非线性编辑最常用的输出方式。为保证图像质量，应优先考虑使用数字接口，其次是分量接口、S-Video接口和复合接口。

. 输出EDL表。如果对画面质量要求很高，即使以非线性编辑系统的最小压缩比处理仍不能满足要求，则可以考虑在非线性编辑系统上进行草编，输出EDL表至编辑台进行精编。这时需要注意EDL表格式的兼容性，一般非线性编辑系统都可以选择多种格式的EDL表输出。

. 直接用硬盘播出或压缩成所需格式。这种输出方法可以减少中间环节，降低视频信号的损失，便于网络传输。

非线性编辑系统的功能特点

①数字化存储，信号衰减少或没有衰减。

非线性编辑系统采用数字化存储的方式，信号衰减少。如果视／音频信号以硬盘、光盘或半导体存储卡存储，则可以直接导入到非线性编辑系统，信号质量没有任何衰减。

②设备简单。

与线性编辑系统相比，非线性编辑系统要简单得多，省去了编辑控制器、切换台、特技台、字幕机、调音台等，由于减少了很多设备，其维护简单，维护费用也较低。

③节约时间，设备使用寿命长。

非线性编辑系统可以根据需要任意调整素材的位置，与线性编辑相比会节约更多的时间。在线性编辑系统中，所有操作都离不开录像机，而录像机视频磁头的寿命为500～1000小时，非线性编辑系统中的硬盘的寿命却可以达到100 000小时。

④便于构建视频网络系统。

非线性编辑系统基于计算机技术，采用数字化存储方式，便于节目的交换与共享，为构建视频网络系统提供了便利条件。

数字视频

视频与动画一样，是由一幅幅帧序列组成的，这些帧以一定的速率播放，使观看者得到连续运动的感觉。数字视频（Digital Video, DV）是定义压缩图像和声音数据记录及回放过程的标准。

1）数字视频标准

为了在PAL、NTSC和SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会（CCIR）制定了广播级质量的数字电视编码标准，称为CCTR 601标准。

2）视频压缩编码

在视频压缩中常用到以下一些基本概念。

①有损压缩和无损压缩。

在视频压缩中的有损（Lossy）和无损（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。无损压缩，即压缩前和解压缩后的数据完全一致。

②帧内压缩和帧间压缩。

帧内压缩也称为空间压缩，由于帧内压缩时各帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编码，但帧内压缩一般压缩率不高。帧间压缩也称为时间压缩，帧差值算法是一种典型的时间压缩法，通过比较邻帧之间的差异，仅记录差值，这样可以大大减少数据量。

③对称编码和不对称编码。

对称性（symmetric）是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，对称算法适合于实时压缩和传送视频，例如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。而在电子出版和其他多媒体应用中，一般是把视频压缩预先处理好，而后再播放，因此可以采用不对称（asymmetric）编码。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间，而解压缩时则能较好地实时回放，即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般来说，压缩一段视频的时间比回放（解压缩）该视频的时间要多得多。例如，压缩一段3分钟的视频片段可能需要十多分钟的时间，而该片段实时回放时间只有3分钟。

目前有多种视频压缩编码方法，但其中最有代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格式。

信号

任务间同步的另一种方式是异步信号。在两个任务之间，可以通过相互发送信号的方式，来协调它们之间的运行步调。

所谓的信号，指的是系统给任务的一个指示，表明某个异步事件已经发生了。该事件可能来自于外部（如其他的任务、硬件或定时器），也可能来自于内部（如执行指令出错）。异步信号管理允许任务定义一个异步信号服务例程ASR（Asynchronous Signal Routine），与中断服务程序不同的是，ASR是与特定的任务相对应的。当一个任务正在运行的时候，如果它收到了一个信号，将暂停执行当前的指令，转而切换到相应的信号服务例程去运行。不过这种切换不是任务之间的切换，因为信号服务例程通常还是在当前任务的上下文环境中运行的。

信号机制与中断处理机制非常相似，但又各有不同。它们的相同点是：

.都具有中断性：在处理中断和异步信号时，都要暂时地中断当前任务的运行；

.都有相应的服务程序；

.都可以屏蔽响应：外部硬件中断可以通过相应的寄存器操作来屏蔽，任务也能够选择不对异步信号进行响应。

信号机制与中断机制的不同点是：

.中断是由硬件或特定的指令产生，而信号是由系统调用产生；

.中断触发后，硬件会根据中断向量找到相应的处理程序去执行；而信号则通过发送信号的系统调用来触发，但系统不一定马上对它进行处理；

.中断处理程序是在系统内核的上下文中运行，是全局的；而信号处理程序是在相关任务的上下文中运行，是任务的一个组成部分。

实时系统中不同的任务经常需要互斥地访问共享资源。当任务试图访问资源时被正使用该资源的其他任务阻塞，可能出现优先级反转的现象，即当高优先级任务企图访问已被某低优先级任务占有的共享资源时，高优先级任务必须等待直到低优先级任务释放它占有的资源。如果该低优先级任务又被一个或多个中等优先级任务阻塞，问题就更加严重。由于低优先级任务得不到执行就不能访问资源、释放资源。于是低优先级任务就以一个不确定的时间阻塞高优先级的任务，导致系统的实时性没有保障。下图为是一个优先级反转的示例。

一个优先级反转的示例

如上图所示，系统存在任务1、任务2、任务3（优先级从高到低排列）和资源R。某时，任务1和任务2都被阻塞，任务3运行且占用资源R。一段时间后，任务1和任务2相继就绪，任务1抢占任务3运行，由于申请资源R失败任务1被挂起。由于任务2的优先级高于任务3，任务2运行。由于任务3不能运行和释放资源R，因此任务1一直被阻塞。极端情况下，任务1永远无法运行，处于饿死状态。

解决优先级反转问题的常用算法有优先级继承和优先级天花板。

优先级继承协议

L. Sha、R. Rajkumar和J. P. Lehoczky针对资源访问控制提出了优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol，PIP）。

PIP协议能与任何优先级驱动的抢占式调度算法配合使用，而且不需要有关任务访问资源情况的先验知识。优先级继承协议的执行方式是：当低优先级任务正在使用资源，高优先级任务抢占执行后也要访问该资源时，低优先级任务将提升自身的优先级到高优先级任务的级别，保证低优先级任务继续使用当前资源，以尽快完成访问，尽快释放占用的资源。这样就使高优先级任务得以执行，从而减少高优先级任务被多个低优先级任务阻塞的时间。低优先级任务在运行中，继承了高优先级任务的优先级，所以该协议被称作优先级继承协议。

由于只有高优先级任务访问正被低优先级任务使用的资源时，优先级继承才会发生，在此之前，高优先级任务能够抢占低优先级任务并执行，所以优先级继承协议不能防止死锁，而且阻塞是可以传递的，会形成链式阻塞。另外，优先级继承协议不能将任务所经历的阻塞时间减少到尽可能小的某个范围内。最坏情况下，一个需要μ个资源，并且与v个低优先级任务冲突的任务可能被阻塞min（μ，v）次。

优先级冲顶协议

J. B. Goodenough和L. Sha针对资源访问控制提出了优先级冲顶协议（Priority Ceiling Protocol，PCP）。

PCP协议扩展了PIP协议，能防止死锁和减少高优先级任务经历的阻塞时间。该协议假设所有任务分配的优先级都是固定的，每个任务需要的资源在执行前就已确定。每个资源都具有优先级冲顶值，等于所有访问该资源的任务中具有的最高优先级。任一时刻，当前系统冲顶值（current priority ceiling）等于所有正被使用资源具有的最高冲顶值。如果当前没有资源被访问，则当前系统冲顶值等于一个不存在的最小优先级。当任务试图访问一个资源时，只有其优先级高于当前系统冲顶值，或其未释放资源的冲顶值等于当前系统冲顶值才能获得资源，否则会被阻塞。而造成阻塞的低优先级任务将继承该高优先级任务的优先级。

已经证明，PCP协议的执行规则能防止死锁，但其代价是高优先级任务可能会经历优先级冲顶阻塞（Priority ceiling blocking）。即高优先级任务可能被一个正使用某资源的低优先级任务阻塞，而该资源并不是高优先级任务请求的。这种阻塞又被称作回避阻塞（avoidance blocking），意思是因为回避死锁而引起的阻塞。即使如此，在PCP协议下，每个高优先级任务至多被低优先级任务阻塞一次。使用PCP协议后，能静态分析和确定任务之间的资源竞争，计算出任务可能经历的最大阻塞时间，从而能分析任务集合的可调度性。在PCP协议下，高优先级任务被阻塞时会放弃处理器，因此，访问共享资源的任务可能会产生4次现场切换。

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