近年来,随着信息技术的飞速发展,广播电视领域经历了由模拟向数字的革命性变革。数字电视从节目的制作、传输和发射到接收整个过程完全采用数字化,它不仅为消费者提供了更高质量的视频效果、音响效果和接收效果,而且也为运营商开展更多业务提供了广阔的平台。演播室节目制作是数字电视技术中重要的一部分,非线性编辑被广泛应用于这一领域。本文的研究工作首先从非线性编辑的概念出发,分析了非线性编辑的理论基础,概括了非线性编辑系统的种类,回顾了非线性编辑系统演变的历史轨迹,揭示了非线性编辑技术的发展趋势。然后本文以国家计委专项《国产高清晰度数字视频板卡研究开发及产业化》为依托,基于计算机图形学、视觉物理学、数字视频处理等相关领域的理论知识,围绕非线性编辑软件系统的方案设计及其实现方法,非线性编辑的软件特技算法和非线性编辑特技的硬件实时实现等三个方面,总结了作者近几年来在非线性编辑领域的相关工作经验和科研成果。其中,非线性编辑特技算法是本文研究的重点,作者参考Premier和Final cut pro中的软件特技效果,设计并实现了一系列具有实用价值和科研价值的特技算法,在此基础上,作者还提出了新颖的任意位置放大缩小切换的算法。同时,作者对特技实现时出现的亮色匹配和斜边锯齿等问题进行了探讨,并给出了相应的优化算法,从而改善了特技的视觉效果。视频实时特技是非线性编辑系统的一项重要功能,作者采用视频特技的软件实现算法,基于高清视频板卡的硬件平台,提出了非线性编辑特技的硬件实时实现方案,并针对由此产生的定点浮点运算转化、视频信号同步和亮色分量匹配等技术细节进行了探讨。最后,作者分别探讨了两类目前最具代表性的基于MPEG-2视频码流的非线性编辑方案:第一类是基于非压缩域的非线性编辑方案,它将输入的MPEG-2码流先经过完全解码,然后在空间域实现非线性编辑和特技添加,最后再次编码输出。第二类是基于压缩域的非线性编辑方案,它将输入的MPEG-2码流先经过部分解码(变长解码和反量化),然后采用压缩域运动补偿算法(MC-DCT),把像素域的非线性编辑和特技转化为压缩域的处理,最后编码输出。针对第一类方案,作者通过对传统的MPEG-2码流非线性编辑系统的分析,指出非线性编辑特技切换时对视频图像的重新压缩编码是最耗时的步骤,而其中为获得最佳运动矢量而进行的全搜索运动估计又占去绝大部分的计算量。由此,作者提出适用于淡入淡出和划象切换的自适应快速运动估计算法,并在此算法的基础上设计出基于非压缩域实现非线性编辑的系统框架,从而大大提高了非线性编辑特技的实现速度。为了进一步提高特技切换的图像质量,作者通过一系列的实验分析,在TM5码率控制算法的基础上提出了适用于渐变特技切换的编码策略。实验表明,该策略能进一步提高经过非线性编辑以后的图像质量。针对第二类方案,作者基于DCT压缩域的图像处理算法和MC-DCT算法,提出了MPEG-2视频码流在不完全解码情况下实现镜像特技的算法。该算法利用原始码流中的运动矢量和相关信息,减少了DCT编解码等中间过程,从而在保持图像质量的同时,大大提高了特技编辑的速度。