俞涛，韩真伟，杨晓艳
1 前言
数控技术是一门理论性和实践性较强的课程。该课程是集机械制造技术，信息处理、加工、传输技术，微电子技术，自动控制技术，伺服驱动技术，传感器技术和计算机技术为一体的综合课程。为了使学生在学习机械设计和制造知识的基础上，比较全面系统地了解整个数控加工系统的整体结构、组成、数控技术的基本原理，基本掌握数值处理、数控编程、数控加工等方面的基础知识和应用能力，需要进行大量的实物操作学习。由于数控机床的硬件和软件环境非常昂贵，数控机床的机械加工技术和实验教学无法进行大量重复操作，费用成本无法承受。然而，目前国内还很少有较好的《数控技术》电视教材。因此，我们凭借已有的设备，制作了《数控技术》数字视频教学片。
2 DV数字视频的特点
数字视频是SONY，PANASONIC，PHILIPS，TOSHIBA等数字设备公司联合提出的一种数字视频技术规范。目前有3种典型的格式Mini DV，DV 与DVCAM和DVC PRO。本文主要探讨适用于专业级领域的DV（CAM）格式，这种格式是Sony公司于1996年在DV格式成功的基础上开发的基于0.635 cm（1/4英寸）磁带的DVCAM专业数字分量记录格式。该格式采用5︰1的压缩比，YUV 4︰2︰0（PAL）取样方式，8 bit数字分量记录，与家用DV格式双向兼容，同时更宽的磁带宽度又可保证专业级编辑精度。作为数字设备，DVCAM系列产品可保证专业视频制作所要求的
图像质量、编辑性能及多代复制性能；而通过提供一系列模拟接口，它又可以方便地配置到现有的模拟编辑系统中。码率为25 Mbps，音频取样为48 kHz、16 bit立体声。
DVCAM和 Digital Betacam（高标准的广播级数字视频）都是分量格式，分别对电视信号的亮度信号Y和两个色差信号U(R-Y)和V(B-Y)进行编码，DVCAM和Digital Betacam使用同样的亮度信号采样频率13.5 MHz, DVCAM的YUV采用 4︰1︰1 编码(NTSC) ，Digital Betacam用4︰2︰2编码。DVCAM用8比特量化。Digital Betacam用10比特量化，Digital Betacam采用2︰1的压缩比，DVCAM用5︰1的压缩比。DVCAM 数字视频格式的水平分辨率在500~800线以上（而目前的模拟信号彩色电视机只能显示575线）。DVCAM与广播级的Digital Betacam相比稍有不足，但与Betacam SP相比却有更高的性价比。因此，DVCAM是专业级用户的理想格式。它非常适用于小型电视台，尤其适用于大型企业、广告公司和高等学校等。
3 教学片制作脚本的编写与素材的前期拍摄、收集
教学片的制作脚本是由教学设计人员和教学片制作人员根据学科教师编写好的文字脚本，按照教学片的要求编写而成。编写制作脚本主要有如下作用：体现教学片的设计思想，为教学片的制作提供直接的依据，沟通学科教师与教学片制作人员的思路。制作脚本的主要内容包括：文字说明；根据文字说明的内容，设计拍摄场景；确定道具和人物；注明场景的拍摄方法（如固定机位特写或中景或全景拍摄；移动机位的推摄或拉摄或摇摄）；注明每个镜头的持续时间（一般为7~15 s）；注明用同期声还是后期配音；是否需要背景音乐等。
有了制作脚本、拍摄对象、道具和人物，安排好时间、地点，摄制组就可以按照制作脚本进行拍摄工作了。根据经验和作业习惯，为了提高工作效率，保证质量，镜头的拍摄顺序有时并非按照制作脚本的镜头顺序进行，而是将机位、景深相同或相近的镜头安排在一起拍摄。拍摄难度较高的镜头通常会最先拍摄，而静物、特写镜头通常会安排在最后拍摄。为确保后期制作能够有充分的选择余地，拍摄的镜头足以满足用于剪辑需要，每个镜头都会拍摄不止一遍，也可以多拍一些脚本中没有的镜头。这些都会对后期制作带来意想不到的帮助。
由于是制作教学片，因此，主要是追求场景的真实再现（色彩还原好）和较高的清晰度。为了达到这一要求，着重要做好3方面的工作：合适的拍摄环境照度；合理准确的白平衡调节；精确的聚焦。前期拍摄用的摄像机型号是SONY DSR-370P DVCAM摄像机，这台摄像机的主要技术指标为：成像器件是3片1.27 cm(1/2英寸)行间转移CCD；光学系统是F1.4中间指数棱镜系统；有效像素752×582(H×V)；PAL彩色制式；2∶1隔行扫描,水平分辨率800电视线；垂直分辨率480电视线；最低照度F1.4时0.25Lx；超级增益36 dB；F1.8时 0.8Lx超级增益36 dB；信噪比61 dB；输入输出具备IEEE1394标准接口，具备分量处理方式。
拍摄的主要内容：拍摄了MAHO 600C数控铣削加工中心的数控系统控制箱中的神经中枢CPU、计算机的I/O接口板以及机床可编程控制器、图形处理单元等部件的组成以及工作过程中输入信息的计算、加工、逻辑判断输出控制等功能，并发出相应的数字信号给伺服系统进一步控制机床的运动；数控机车的工作台及其运动，工件夹具的安放、定位、立卧主轴的转换过程及立卧式安装刀具，立卧机械手抓刀、换刀动作、刀库运转、铣床主轴、铣床电机的运动状况，以及液压和气压系统及其工作情况；手工编程、自动编程、程序处理、图形模拟、实际加工等。拍摄了MAHO GR350C数控车削中心的控制系统、刀具的转位刀盘、具有X、Z和C轴铣削动力头以及零件的实际铣削过程，都给予清楚的交代。计划制作38 min左右的片子，拍摄的素材时间是4 h左右。
我们还收集了任课教师以前在德国进修时，在德国一些大学和企业所拍摄的一些有关数控技术的图片和DV素材。通过Internet网收集了有关数控技术最新发展概况和反映数控技术发展趋势的素材。
4 教学片的采集、编辑、制作与合成
制作环境：计算机是PⅣ1.6 G主频，256 M内存，7 200转、80 G硬盘的MPC，非编软件采用Adobe Premiere 6.5，在计算机扩展槽中插入了一块无处理芯片的IEEE 1394接口卡，一块以色列的Optibase 的VCD采集压缩卡和随带采集软件MPEG Encoder和光盘刻录设备，刻录软件是WinONcD5.0。使用的DV输出设备主要是SONY DSR-45P DVCAM录像机。数字视频的来源可以有两种：一种是由DVCAM和DV数字摄像机拍摄得到的数字视频磁带，直接从DVCAM和DV数字摄像机或DVCAM和DV数字录像机i.link接口通过IEEE 1394缆线输入到IEEE 1394接口卡的DV IN端口；另一种可以是将模拟视频信号转换成数字视频，将模拟视频通过DSR-45P DVCAM录像机分量输入，再经DV 口输出数字视频，这里只强调有这样一个途径可以将模拟分量信号经DSR-45P数字录像机转换成我们需要的DV数字视频格式，我们没有用到模拟分量信号的素材，所以没有进行这方面的操作，本文在此不作讨论。
4.1 素材的采集、导入
拍摄的DVCAM数字视频和收集到的DV 数字视频素材，还必须将其送入具备DV 数字视频后期制作能力的计算机制作系统平台。首先将数字摄像机或数字录像机的DV OUT口经IEEE 1394缆线，连接到计算机1394卡的DV IN端口，然后，启动Premiere 6.5，进入载入工程设置窗口→在可用设置可选项中选择“DV-PAL realtime Preview ”，然后点击OK进入Premiere 6.5主界面，点击“Project”菜单项→“Project Setting”→“Capture Setting”，在Project Setting对话框内的采集格式文本框中选“DV/IEEE1394”采集，最后按“确定”按钮。将其设置在DV 视频采集工作状态。返回主界面，然后点击“file”→“Capture”→“Movie Capture”进入影片采集窗口，再点选右边的“setting”选项卡，点选信息栏中下方的“edit”按钮，弹出参数对话框，在控制设备下拉列表框中选择“DV Device control 2.0”。接着，再点击下方的“option”按钮，弹出DV 设备控制选项对话框，在相应的下拉列表框：视频标准选“PAL”、设备品牌选 “SONY DSR-45P”（实际的输出设备是什么就选什么，如找不到所用的设备则选“Generic”，设备模式选“Standard”）。时码格式选“不掉帧”。再返回 Premiere 6.5的主界面，点击 “file”→“Capture”→“Movie Capture”进入影片采集窗口，这时点击下方的“播放按钮”，录像机将开始播放。即此时的录像机已受控于Premiere选择好采集的入、出点即可进行采集，采集到的素材被放入Project,并可将其拖入Timeline的视频轨，这样就可以直接进行后期制作了。也可不进行任何加工制作而直接输出AVI数字视频文件并保存在硬盘中。也可以编辑制作完成后输出为MPEG，AVI，MOV和Win Media，Real Media等文件，也可输出到数字录像机 ，再转成DV录像带信号。我们实际使用DSR-45P数字录像机和DHR-1000VC 录像机（在没有录像机的情况下可用摄像机输出），将DVCAM和DV格式的数字视频送入计算机。
把素材导入到相应的Timeline轨道（Track）中有两种途径，一种是采集窗口中确定了入、出点（已初步剪辑）的素材将被采集至Project的素材箱内，然后把它拖入视频轨组成视频序列。另一种是将存入硬盘或其他光盘中的素材文件导入到Project的素材箱内，再把它拖入视频轨组成视频序列，使拖入Timeline的素材按我们希望的顺序依次排列在相同或不同的Track中，此时便可以进行精确到帧的非线性编辑了。
在这里进行编辑和组接各种视频片段，用鼠标可以拖动被选中的剪辑或特技轨过渡等以改变其播放或过渡的起始时间位置；也可以在A、B轨间拖动剪辑以改变其轨道位置。将不合意的场景从Timeline上删除，可以将某一素材从Timeline的一处移动到另一合适的位置插入，若发现缺少一些素材内容，我们就重新拍摄给予补充插入。这些都是非线性编辑软件优势之处，这里不再详述。同时还可将第三方三维动画软件制成的动画，导入Timeline视频轨，合成在教学片中，如在本片中引入了数控模拟加工机械的动画。
4.2 过渡和特技处理
过渡（transition）是视频编辑中镜头之间不同的转场方式。在Premiere主界面的右下角的特技活动控制面板中选择一种过渡方式，将其拖到A/B轨素材连接的重合处的特技轨上，使其恰好与两段剪辑的重叠部分吻合。按回车键可以直接预览过渡的效果，双击过渡块，在过渡编辑窗口中可修改其参数，由于是教学片，镜头之间的过渡效果，一般只用一些简单明了、朴素的过渡，大部分还是使用淡入淡出的自然过渡。特效处理类似于PhotoShop中的滤镜功能，在于给某个剪辑添加各种特殊效果。视频特效包括两种：一种是给选定剪辑的每一帧画面添加相同的特殊效果；另一种是对剪辑画面进行局部移动或是给剪辑添加渐变的特殊效果，如画面渐渐变模糊或清晰、画面的形变和运动等。在Premiere主界面的右下角的特效活动控制面板中选择其中一种特效方式（有103种可选择），直接拖入Timeline中需加特效的剪辑上，这种特效便已加入了该剪辑中，按回车键便可预览效果。
4.3 字幕的制作与剪辑的编辑合成
在Premiere中可以给视频序列加上字幕，也可以在一段剪辑之上叠加另一段剪辑，叠加效果可以是透明叠加和不透明叠加，而透明叠加下层的视频内容仍能显示，叠加效果是由处于不同层图像产生重叠时的效果，可以把上层图像或某一定范围内的颜色定义为透明色，这样在透明层下的图像就能显示出来而产生各种叠加效果。
4.4 伴音的编辑和处理
在Premiere中，音频WAV文件是作为一种剪辑来处理的。因此，伴音剪辑的编辑如预播、切入/切出点、导入、移位、删除、剪贴、拉伸等都与视像剪辑的操作相同。只不过音频剪辑是在音频轨道上放置和处理的。由于音轨也有A、B两轨，因此可以利用它把主要的伴音与背景音混合起来，混合时要注意两轨音量的主次平衡调整。选中音频剪辑以后，还可以对音频作特技处理。在《数控技术》教学片中，我们先将旁白解说词采集成WAV文件存入硬盘，再将其和同期声放在一个音轨，将背景音乐放入另一音轨。在这里要特别强调的是同期声一定要把声音和视像完全吻合起来。
5 数字视频的输出与成品制作
Timeline窗口中编辑制作好的各种剪辑、过渡效果、特技和字幕等组成的合成序列要进行最后生成结果的处理，称编译交付（Render），经过编译才能生成为一个最终的视频文件。Premiere是通过文件菜单下的时间线输出子菜单中进行编译交付的，这里可供多种视频格式输出方式选择：AVI，MOV，MPEG以及流媒体格式Win Media和Real Media和磁带等。这里以制作VCD为目的而选择MPEG格式输出。在时间线输出子菜单下选择“Adobe Mpeg Encoder”选项，弹出Adobe Mpeg Export settings窗口，编译之前要设置最终视频文件的各种参数。在Mpeg Stream栏点选“VCD”，（再点选“Edit”按钮可进入Advanced Mpeg Settings窗口，进行VCD格式的高级设置）。Video Standard 点选“ PAL”，然后，在Output details栏输入一个相应的文件名“数控技术”，选择一个文件存盘路径，最后点选右上角的“Export”按钮，就开始生成交付的漫长工作阶段了。由于是软件编译生成，虽然节省了硬件开支，但是十分耗时，制作效率不高。在进行参数设置时，可将预览窗口尺寸和帧率设得比输出参数小，这样可以节约制作草稿影片的时间。但草稿影片的效果会与最后编译好的影片效果有差距，而且最后编译时间会更长。如果预览参数设置与输出参数设置相同，最后编译时能利用预览时生成的预览文件。在Premiere 6.5 Timeline窗口中经编辑制作的合成序列进行生成交付所需的时间将是它的实际时间刻度的3~10倍，制作越复杂生成交付时间越长。对两段加了过渡特技和分别使用了简单特效的20 s片段，生成MPEG格式数字文件进行计时的结果是110 s。如果制作周期要求很短或等着急用的话，尽量不要使用这种非实时非编制作环境，可以选择具有实时非线性编辑的环境，如RT 2500，DVStorm，Media 100等平台。
编译生成交付的AVI，MOV，MPEG等格式的数字视频文件，可以通过刻录软件将其刻录在光盘上，供今后视频和多媒体制作的数字视频素材使用。它们也可直接被Win Media Play，Real Play，Quick Time Play等播放器播放。我们要把《数控技术》DV数字视频文件制作成VCD，以满足日后教学的需要。因此，需要打开电脑中的刻录软件WinONcD5.0 Power Edition(可以是其他刻录软件如NERO)进入New Project 窗口，选择“Video”选项，再点选“Simple Video CD”，点“OK”，进入Video WinONcD5.0 Power Edition 窗口，从原先Timeline生成输出后存入硬盘的路径中找到《数控技术》的MPEG格式的数字视频文件，将其拖入刻录轨，点击右边的“Record”键，依次选中“Close CD Track cannot be abled later”，“write immediately”，点选4~8倍速刻录（太高的速度，质量得不到保证）。在刻录机中放入空白光盘，点击左上角的Record键，刻录机开始工作，一段时间后就可大功告成了。
以上是我们用DVCAM数字摄像机拍摄素材，运用Premiere非线性编辑软件进行后期制作完成《数控技术》数字视频教学片的一些体会，希望与同行商讨交流。
