【內容提要】 隨著高清呼聲越來越高，在新建和擴建的非線性編輯系統中，選型的科學性和應用的合理性日益被強化。本文針對非編網絡的應用，以及在兼容高清的平滑升級上，闡述CPU+GPU+IO非編系統的主要特征及其應用。
【關鍵詞】 CPU+GPU+IO i-Link IPSAN ImageSAN
隨著電腦硬件性能與軟件技術水平的提高，基于CPU+GPU+IO為核心的新一代純軟件的非編系統，已經日益成熟。它與基于硬件板卡的非編系統相比，純軟非編無須硬件板卡的支持，以主機系統和剪輯軟件實現剪輯功能，具有穩定可靠、價格低廉、格式靈活、升級容易等顯著優點。在此前提下，國際主流板卡制造商將開發的重點由支持特性轉為支持兼容性，并以10bit無壓縮的視頻采集質量代替了原先的8bit壓縮質量。當高清制作普及時，視頻信號的數字容量成倍增加，傳統非編視頻卡及其應用將意味著整體報廢。因此，用戶都希望在標清和高清之間實現平穩過渡以及對未來的可升級性。為此，純軟非編環境的作用被迅速升級，純軟非編系統及其網絡應用成為大勢所趨。
一. CPU+GPU+IO的原本原理
如圖1所示，純軟非編由主機、剪輯軟件、I/O視音頻卡、存儲4個部分組成。與傳統非編相比，硬件板卡不再承擔數據流的實時支持性能，改為由主機的CPU+GPU核心來實現，此功能通過新一代剪輯軟件來調用，硬件板卡只承擔高質量信號的采集和輸出，最新的Blackmagic公司的DeckLink系列卡將視頻信號提高到10bit無壓縮質量，即使素材多層特技處理和多代復制后仍能保持原色。工作流程為：剪輯軟件通過I/O卡將素材采集到存儲設備，然后通過剪輯軟件使用CPU+GPU性能調用存儲的素材進行常規的實時剪輯、特技、字幕制作成片，最后將成片通過I/O輸出到磁帶。可以看出，素材在處理過程中保持了10bit無壓縮的制作流程。由于板卡不再承擔實時支持，并且10bit無壓縮的視頻數據量（特別是HD）驚人，所以，對純軟非編主機系統的配置要求增高了。
典型的應用軟件是Final Cut Pro 5，它提供高性能、全功能的支持，其RT Extreme可以將實時播放特效、濾鏡、轉場和復合視頻流運用到HD格式上，而不僅限于SD格式。由超過150種的實時特效、轉場和濾鏡可提供選擇：不需要渲染和添加昂貴的硬件設備，使用RT Extreme HD可以選擇全解析度、高畫質播放，或是最大同時串流和特效預覽格式。再擴展性方面，它支持從DV、SD、HD、和膠片的各種視頻格式。即使文件很小，也可以得到高品質的畫面，足以用于廣播。這樣就可以避免使用高清要進行下變換，從頭到尾都使用1080i和720p HD，而不用管理多重離線格式。
Shake特技合成系統是一款功能全面，并且不受分辨率限制的專業特效合成軟件，Shake擁有獨特的高性能渲染引擎，可以在不同的分辨率下選擇8、16或32位色彩進行合成操作，策略上，在保證高性能的同時，優化大量輸入的圖像，獲得更加逼真的合成效果。Shake具有直觀的工作空間，可以輕松解決在制作過程中任何時候碰到的創意和技術問題。可以通過由節點組成的樹狀結構管理復雜的視覺特效模塊，便于查找、選擇和修改任何元素，并且你可以實時預覽最終的合成效果。從完全的32位浮動Keylight和Primatte摳像，到OpenGL加速的3D多面合成，Shake為處理高品質的大型圖像提供了高效的合成操作。利用Shake內類似C的腳本語言和宏，制作自定義特效和功能。
二. 組網應用
CPU+GPU+IO的組網應用是構成系統的基礎，它的構成要素主要有：
（1）接口
在當前接口標準繁雜的前提下，系統需保持的基本接口應包括復合、分量、SDI、ASI、1394（Firewire，i-Link）、Ethernet等，以保證對現有前期設備和未來前期設備的支持能力，并有可能方便地向高清過渡。無論是MAC平臺，還是PC平臺，CPU和GPU的性能越來越強大，以往通過視頻板卡所實現的功能，完全可以通過軟件來達到目的。例如：POWER MAC G5（2.5G雙CPU，2GB 400MHz DDR SDRAM內存，2T SCSI磁盤陣列，NVIDIA GeForce FX 5200顯卡）和INTEL XEONPC平臺（Intel Dual XEON 3.0GHz雙CPU，2GB DDR ECC.REG.333內存，2T SCSI磁盤陣列，NVIDIA Quadro FX 540 PCI-E）就是典型的純軟非編計算機平臺。下表列出DeckLink卡應用數據，經過分析我們可以看出，它的視頻信號碼流對硬件的處理能力和帶寬的要求都很高。
DeckLink視頻卡視頻格式及碼率列表
（2）壓縮格式
視頻壓縮編碼是整個網絡系統的基礎。綜合考慮通用性、兼容性、信號指標、壓縮效率等方面技術指標。在本系統中，目前采用DVCPRO 50和DVCPRO HD作為主編輯格式，部分為采用無壓縮標清、無壓縮高清格式，同時，系統還可以支持其他各種主流格式，包括DVCPRO25、IMX、HDV源碼流等等格式。音頻編碼需要支持16位及24位44.1KHz/48KHz/88.2KHz/96KHz采樣可選的取樣頻率，為適應高清制作，音頻需支持4軌以上的采集能力。
（3）存儲網絡平臺
在純軟非編的網絡中，由于視頻應用的特性，要求網絡架構必須具備高吞吐、大容量、高可靠性并容易擴展這幾個基本要素。因此，在軟非編網絡中，一般都采取前臺工作站使用純以太網，后臺存儲為SAN的混合架構。但以IPSAN最具競爭力，它可以虛擬的體系構架，實現無限地域空間的采集、制作、存儲或業務拓展。簡單的說IPSAN不但具備FC擴充簡單、高性能、高可用性的特點，又能克服FC高成本高投入，操作管理復雜，連接距離有限等缺點。
（4）網絡管理協議
網絡系統既需要提供一個存儲平臺，還需要提供一個統一的網管平臺，它不僅包括對網絡拓撲、網絡運行情況監控、網絡配置等管理功能，還包括在應用端對存儲及文件級的內容共享。通常是以FC+Ethernet的網絡結構，但以iSCSI+IPSAN+MASN最為適用，擴展性和性價比均為最佳。
值得注意的是存儲共享管理軟件基（FSS），在PC平臺上的FSS有Tivoli SANergy、ADIC StorNext FS、Veritas San Point Direct、Rorke Data ImageSAN等等。雖然目前SANergy的實際應用量最大，但Tivoli公司于2003年起已不再支持SANergy，這就決定了它的存活期走到了盡頭。而ImageSAN是專門針對廣電行業音視頻（AV）SAN網絡存儲應用而研發的，是支持Windows NT/2000/XP、Macintosh OSX以及Linux平臺以及混合環境的SAN解決方案。在其最新推出的2.0版本中，引入了“Lan Intergration”這個全新特性，完美的整合了SAN與LAN。使網絡即具備了SAN的高性能、高擴展性，同時，又繼承了LAN的結構簡單、造價低廉的優點，成為純軟非編網絡系統的最佳選擇。
如圖2的應用系統有效存儲容量應達到400小時（按25Mb/s編碼格式）。系統采用六臺高標清兼容非線性編輯工作站，采用目前最先進的CPU+GPU技術，其中兩臺上下載精編工作站，四臺無卡精編工作站，所有后期制作網中的編輯工作站通過FC網絡訪問光纖存儲設備中的視音頻數據。系統的管理信息通過以太網進行傳輸。編輯碼流標清采用DVCPRO 50Mb/s編碼格式