電視電影Telecine關(guān)鍵技術(shù)解析論文

電視電影Telecine關(guān)鍵技術(shù)解析論文

　　1.Telecine的基本概念

　　Telecine(電視電影)是“Television”和“Cinema”的組合詞，意為源自電影的電視。具體地說(shuō)，Telecine是指將電影膠片上的影像轉換為錄像帶、光盤(pán)或基于網(wǎng)絡(luò )傳播的媒體形式，最終通過(guò)電視、投影、電腦或移動(dòng)終端等予以播放的設備、過(guò)程和技術(shù)，如圖1所示

　　圖1中的數字視頻文件是通過(guò)膠片掃描設備將電影膠片上的影像轉換而來(lái)的，通常稱(chēng)其為數字中間片(DigitalIntermediate)。數字中間片文件通過(guò)剪輯、校色等處理后，可以派生為膠片電影或數字電影，也能以特定的視頻格式和傳播媒介送往電視或電腦終端。簡(jiǎn)單地說(shuō),Telecine就是電影轉視頻的過(guò)程，與膠轉磁的意義相當。只是由于新媒體的不斷出現，媒體形式日益多元化，和傳統的膠轉磁相比，Telecine在文件的存儲、發(fā)布和傳輸方式等方面更趨多樣性。Telecine通�？s寫(xiě)為T(mén)K而不是TC，因為T(mén)C(TimeCode)在影視技術(shù)領(lǐng)域是時(shí)間碼的縮寫(xiě)。

　　Telecine是電影和電視之間的一座橋梁，但電影和電視的幀速率不同。電影是每秒24幀(24fPs),PAL和SECAM制電視是25fps，NTSC制電視是29.97fps。另外，傳統的電視都是隔行掃描的，而電影相當于逐行掃描。如果在Telecine的過(guò)程中不能解決幀速率及逐行與隔行的差異，將會(huì )出現垂直不同步及畫(huà)面嚴重抖動(dòng)等問(wèn)題,致使“通過(guò)電視看電影”無(wú)法正常實(shí)現將電影的24fPs轉換為PAL和SECAM制電視的25fpS&較簡(jiǎn)單，只需在膠片掃描的過(guò)程中，將膠片的運行速度提高4%多一點(diǎn)，使其達到每秒25幀即可。將電影的24fps轉為NTSC制電視的29.97fpS在技術(shù)上要復雜的多，通常采用“拆幀插場(chǎng)”的所謂2:3Pulld0wn變換的方法。在灌制DVD及用于逐行顯示的視頻終端時(shí)，還需要進(jìn)行Telecine逆向變換。下面針對幀率變換的原理及逐行與隔行等技術(shù)細節作一分析。

　　2.2:3幀率下拉變換

　　2:3喊率下拉變換，英文為2:3Pulldown，其作用是將每秒24幀、逐行顯示的數字視頻（以下稱(chēng)24P)轉換為每秒30幀、60場(chǎng)的隔行數字視頻，變換方法如圖2所示。首先將源自電影膠片的24P數字視頻文件的每連續4幀（命名為A、B、C、D幀）定義為一組，將A幀拆分為A1、A2兩場(chǎng)，其中A1為奇數場(chǎng)，A2為偶數場(chǎng)（以下類(lèi)同）；B幀拆分為3場(chǎng)，其中第3場(chǎng)(B1場(chǎng)）是復制的第一個(gè)奇數場(chǎng)；C幀也是拆分為兩場(chǎng),和A幀不同的是其偶數場(chǎng)在前，奇數場(chǎng)在后；D幀也是拆分為3場(chǎng)，并將其偶數場(chǎng)（D2場(chǎng)）復制作為第一場(chǎng)。上述“拆幀插場(chǎng)”的規律是2:3:2:3……，結果是每4個(gè)電影幀變成了10個(gè)電視場(chǎng)，每秒鐘的24個(gè)電影幀變成了60個(gè)電視場(chǎng)。由于每一個(gè)電視場(chǎng)都只包含一半的垂直信息，所以相鄰的兩個(gè)電視場(chǎng)組合在一起可以形成一個(gè)隔行顯示的電視幀。

　　如此，24P的逐行視頻就變成了每秒30幀、60場(chǎng)的隔行視頻，完成24fps到30fPs轉換的同時(shí)，還實(shí)現了由逐行到隔行的變換。

　　黑白時(shí)代的NTSC電視，幀頻為30HZ，由于采用隔行掃描，所以場(chǎng)頻為60Hz。進(jìn)人彩色電視時(shí)代后，為了防止伴音載波和彩色副載波的相互干擾，將垂直掃描頻率降低到原來(lái)的1000/1001，使場(chǎng)頻變?yōu)?9.94Hz,幀頻變?yōu)?9.97Hz。所以將電影轉為幀速率為29.97fps的NTSC電視信號之前，需要在掃描電影膠片時(shí)將膠片的運動(dòng)速度降為標準速度的1000/1001,即降為23.976fpS。由于23.976/24=29.97/30,所以通過(guò)上述的2:3PUlldown，即可將電影降速度后的23.976fps變換為NTSC電視信號的29.97fps。

　　由于膠片掃描時(shí)的速度降低了約1%,但2:3Pulld0wri并沒(méi)有改變畫(huà)面的速度，這勢必會(huì )使轉換后的電視信號出現聲畫(huà)不同步的現象（約30秒后就會(huì )感覺(jué)到聲音滯后于畫(huà)面）。解決的辦法是改變音頻的采樣頻率，如果原音頻采樣頻率是44.1KHZ，可調整為44.056KHZ,如果原音頻采樣頻率是48KHz，則可調整為47.952KHZ，如此，可使音頻的速度提髙約，從而保證了聲音與畫(huà)面的同步。

　　通過(guò)圖2可以看出，采用2:3Pulld0wn每秒鐘有12個(gè)重復的插人場(chǎng)，因此以NTSC制式在電視上播放的電影畫(huà)面，和原電影效果相比，流暢性有所下降，特別是快速運動(dòng)的場(chǎng)景有明顯的頓挫或抖動(dòng)現象。

　　從圖2還可以看出，通過(guò)2:3PUlldown得到的5個(gè)電視幀中，第3、第4幀來(lái)自?xún)蓚�(gè)不同的電影幀，這種由兩個(gè)相鄰的電影幀交錯合并而來(lái)的隔行信號，在送往LCD、PDP平板數字電視及電腦顯示器這類(lèi)逐行顯示的終端之前，必須進(jìn)行去隔行處理,否則動(dòng)態(tài)畫(huà)面會(huì )出現類(lèi)似梳子狀的行結構線(xiàn)交錯現象，即鼠齒（MouseTeeth)現象。

　　3.反Telecine變換

　　幀速率為29.97fps的隔行信號有兩種，一種是如上面所說(shuō)，將電影膠片掃描為數字視頻，然后通過(guò)2:3Pulldown而來(lái)的，這是一種基于電影（Film-Based)的29.97fPs隔行信號。另一種是用攝像機直接拍攝形成的原生（Native)29_97fps的隔行信號。反Telecine(InverseTelecine：IVTC)變換的作用是去除基于電影的29.97fPs隔行片源中的2:3Pulldown,重建24P逐行影片。隨著(zhù)數字中間片技術(shù)和高清電視的發(fā)展及?電視電影的普遍化，基于電影的29.97fps隔行片源越來(lái)越多，因此反Telecine變換也成為整個(gè)Telecine過(guò)程中不可缺少一個(gè)重要環(huán)節�；�于電影的29.97龜3隔行片源在派生為膠片電影或數字電影母版、DVD光盤(pán)、逐行顯示終端及數字非線(xiàn)性編輯系統等領(lǐng)域時(shí)，通常須作反Telecine變換。下面針對基于電影的29.97fPs隔行片源用于DVD及逐行終端等領(lǐng)域時(shí)所做的反Telecine變換技術(shù)作一簡(jiǎn)要分析。

　　基于電影的29.97fps隔行片源轉DVD有兩種做法，一種是直接將Pulldown后29.97fps隔行片源轉為DVD,這種情況叫HardTelecined。還有一種是SoftTelecined,具體做法是轉DVD前，先通過(guò)反Telecine變換去除2:3Pulldown，也就是去掉圖2中復制產(chǎn)生的B1和D2場(chǎng),并將來(lái)自同一個(gè)電影幀的兩場(chǎng)重新合并為一個(gè)逐行幀，最后以24P(實(shí)際為23.976P)逐行格式進(jìn)行灌制。SoftTelecined的好處是去掉2:3Pulldown時(shí)插人的每秒10個(gè)場(chǎng)，可以大幅度地減小文件體積，另外也有利于壓縮處理。采用SoftTelecined時(shí)，由于傳統的電視機一般都不支持24P信號格式’所以DVD播放機在解碼光盤(pán)上的24P數據流時(shí)，必須實(shí)時(shí)地通過(guò)2:3Pulldown將24P數據流轉換為29.97fps的隔行信號。具體做法是，反Telecine變換后，在MPEG-2傳輸流的適當位置中插人類(lèi)似RFF(RepeatFirstFrame)的重復旗標(Flag)信號，DVD解碼器在解碼24P數據流時(shí)，首先將一幀拆分為兩場(chǎng)，然后根據旗標指令，每秒鐘復制并插人10個(gè)場(chǎng)，從而完成24P逐行數據流到29.97fpsMPEG—2隔行傳輸流的轉換。

　　在支持逐行掃描的DVD、數字平板電視及高端投影儀中，還廣泛采用一種叫做倍線(xiàn)器的反Telecine變換技術(shù)，基本原理如圖3所示。

　　首先將2:3Pulld0wn后的A1、A2兩場(chǎng)以圖像行相互交織的形式合并為一個(gè)逐行幀（A幀），然后復制并重復該幀。接下來(lái)將B1、B2兩場(chǎng)合并為一個(gè)逐行幀（B幀），再復制并重復兩次。C、D兩幀的處理方式分別與A、B—樣，只是處理C幀時(shí)，需顛倒Cl場(chǎng)和C2場(chǎng)的場(chǎng)序。

　　由此可見(jiàn)，倍線(xiàn)器的作用是將2:3PUlld0wn后兩個(gè)來(lái)自同一電影幀的電視場(chǎng)合并,形成一個(gè)圖像幀，然后對該幀進(jìn)行復制形成一個(gè)或兩個(gè)重復幀，在將場(chǎng)變?yōu)閹�的同時(shí)，也完成了由隔行到逐行的變換。倍線(xiàn)器“合場(chǎng)插幀”的規律和2:3Pulldown“拆巾貞插場(chǎng)”的規律一樣，都是2:3:2:3……，所以也有人將這種變換稱(chēng)之為2:3Pullup。

　　倍線(xiàn)后的59.94fps逐行信號和29.97駟隔行信號相比，圖像顯示的行數增加了一倍，畫(huà)質(zhì)更加細膩，同時(shí)也與平板電視、投影儀、電腦顯示器這類(lèi)逐行顯示的終端相匹配。但59.94fPs的逐行信號要求顯示終端的水平掃描頻率(行頻）也相應地提高一倍’目前只有部分價(jià)位較高的電視機才支持行倍頻掃描。源自電影的59.94fps逐行信號雖然可以在支持多頻掃描的電腦上顯示，但由于這種信號不是由攝像機拍攝的原生信號，而是通過(guò)倍線(xiàn)方式反Telecine變換而來(lái)的，對應原電影的相鄰幀，播放時(shí)持續時(shí)間呈2:3的規律重復變化，表現為流暢性欠佳。如果直接以復制方式將電影的幀速率倍增，使其變?yōu)?8fps或72fPs,那么在理論上播放效果將和原電影一樣流暢�？上У氖�，支持48P或72P逐行格式的電視機還十分罕見(jiàn)。所以，以倍線(xiàn)方式將2:3Pulldown產(chǎn)生的29.97fPs隔行片源轉換為59.94fPs的逐行信號，在HD-Ready或Full-HD平板電視上播放，到目前為止仍不失為一種“最佳”方案。

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