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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，Telecine是指將電影膠片上的影像轉(zhuǎn)換為錄像帶、光盤或基于網(wǎng)絡(luò)傳播的媒體形式，最終通過電視、投影、電腦或移動(dòng)終端等予以播放的設(shè)備、過程和技術(shù)，如圖1所示
圖1中的數(shù)字視頻文件是通過膠片掃描設(shè)備將電影膠片上的影像轉(zhuǎn)換而來的，通常稱其為數(shù)字中間片(DigitalIntermediate)。數(shù)字中間片文件通過剪輯、校色等處理后，可以派生為膠片電影或數(shù)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。簡單地說,Telecine就是電影轉(zhuǎn)視頻的過程，與膠轉(zhuǎn)磁的意義相當(dāng)。只是由于新媒體的不斷出現(xiàn)，媒體形式日益多元化，和傳統(tǒng)的膠轉(zhuǎn)磁相比，Telecine在文件的存儲(chǔ)、發(fā)布和傳輸方式等方面更趨多樣性。Telecine通�？s寫為TK而不是TC，因?yàn)門C(TimeCode)在影視技術(shù)領(lǐng)域是時(shí)間碼的縮寫。
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(tǒng)的電視都是隔行掃描的，而電影相當(dāng)于逐行掃描。如果在Telecine的過程中不能解決幀速率及逐行與隔行的差異，將會(huì)出現(xiàn)垂直不同步及畫面嚴(yán)重抖動(dòng)等問題,致使“通過電視看電影”無法正常實(shí)現(xiàn)將電影的24fPs轉(zhuǎn)換為PAL和SECAM制電視的25fpS&較簡單，只需在膠片掃描的過程中，將膠片的運(yùn)行速度提高4%多一點(diǎn)，使其達(dá)到每秒25幀即可。將電影的24fps轉(zhuǎn)為NTSC制電視的29.97fpS在技術(shù)上要復(fù)雜的多，通常采用“拆幀插場”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(duì)幀率變換的原理及逐行與隔行等技術(shù)細(xì)節(jié)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(shù)字視頻（以下稱24P)轉(zhuǎn)換為每秒30幀、60場的隔行數(shù)字視頻，變換方法如圖2所示。首先將源自電影膠片的24P數(shù)字視頻文件的每連續(xù)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，其中A1為奇數(shù)場，A2為偶數(shù)場（以下類同）；B幀拆分為3場，其中第3場(B1場）是復(fù)制的第一個(gè)奇數(shù)場；C幀也是拆分為兩場,和A幀不同的是其偶數(shù)場在前，奇數(shù)場在后；D幀也是拆分為3場，并將其偶數(shù)場（D2場）復(fù)制作為第一場。上述“拆幀插場”的規(guī)律是2:3:2:3……，結(jié)果是每4個(gè)電影幀變成了10個(gè)電視場，每秒鐘的24個(gè)電影幀變成了60個(gè)電視場。由于每一個(gè)電視場都只包含一半的垂直信息，所以相鄰的兩個(gè)電視場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場的隔行視頻，完成24fps到30fPs轉(zhuǎn)換的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)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的1000/1001，使場頻變?yōu)?9.94Hz,幀頻變?yōu)?9.97Hz。所以將電影轉(zhuǎn)為幀速率為29.97fps的NTSC電視信號(hào)之前，需要在掃描電影膠片時(shí)將膠片的運(yùn)動(dòng)速度降為標(biāo)準(zhǔn)速度的1000/1001,即降為23.976fpS。由于23.976/24=29.97/30,所以通過上述的2:3PUlldown，即可將電影降速度后的23.976fps變換為NTSC電視信號(hào)的29.97fps。
由于膠片掃描時(shí)的速度降低了約1%,但2:3Pulld0wri并沒有改變畫面的速度，這勢必會(huì)使轉(zhuǎn)換后的電視信號(hào)出現(xiàn)聲畫不同步的現(xiàn)象（約30秒后就會(huì)感覺到聲音滯后于畫面）。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(diào)整為44.056KHZ,如果原音頻采樣頻率是48KHz，則可調(diào)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面的同步。
通過圖2可以看出，采用2:3Pulld0wn每秒鐘有12個(gè)重復(fù)的插人場，因此以NTSC制式在電視上播放的電影畫面，和原電影效果相比，流暢性有所下降，特別是快速運(yùn)動(dòng)的場景有明顯的頓挫或抖動(dòng)現(xiàn)象。
從圖2還可以看出，通過2:3PUlldown得到的5個(gè)電視幀中，第3、第4幀來自兩個(gè)不同的電影幀，這種由兩個(gè)相鄰的電影幀交錯(cuò)合并而來的隔行信號(hào)，在送往LCD、PDP平板數(shù)字電視及電腦顯示器這類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)畫面會(huì)出現(xiàn)類似梳子狀的行結(jié)構(gòu)線交錯(cuò)現(xiàn)象，即鼠齒（MouseTeeth)現(xiàn)象。
3.反Telecine變換
幀速率為29.97fps的隔行信號(hào)有兩種，一種是如上面所說，將電影膠片掃描為數(shù)字視頻，然后通過2:3Pulldown而來的，這是一種基于電影（Film-Based)的29.97fPs隔行信號(hào)。另一種是用攝像機(jī)直接拍攝形成的原生（Native)29_97fps的隔行信號(hào)。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。隨著數(shù)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隔行片源越來越多，因此反Telecine變換也成為整個(gè)Telecine過程中不可缺少一個(gè)重要環(huán)節(jié)。基于電影的29.97龜3隔行片源在派生為膠片電影或數(shù)字電影母版、DVD光盤、逐行顯示終端及數(shù)字非線性編輯系統(tǒng)等領(lǐng)域時(shí)，通常須作反Telecine變換。下面針對(duì)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)作一簡要分析。
基于電影的29.97fps隔行片源轉(zhuǎn)DVD有兩種做法，一種是直接將Pulldown后29.97fps隔行片源轉(zhuǎn)為DVD,這種情況叫HardTelecined。還有一種是SoftTelecined,具體做法是轉(zhuǎn)DVD前，先通過反Telecine變換去除2:3Pulldown，也就是去掉圖2中復(fù)制產(chǎn)生的B1和D2場,并將來自同一個(gè)電影幀的兩場重新合并為一個(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，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(tǒng)的電視機(jī)一般都不支持24P信號(hào)格式’所以DVD播放機(jī)在解碼光盤上的24P數(shù)據(jù)流時(shí)，必須實(shí)時(shí)地通過2:3Pulldown將24P數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為29.97fps的隔行信號(hào)。具體做法是，反Telecine變換后，在MPEG-2傳輸流的適當(dāng)位置中插人類似RFF(RepeatFirstFrame)的重復(fù)旗標(biāo)(Flag)信號(hào)，DVD解碼器在解碼24P數(shù)據(jù)流時(shí)，首先將一幀拆分為兩場，然后根據(jù)旗標(biāo)指令，每秒鐘復(fù)制并插人10個(gè)場，從而完成24P逐行數(shù)據(jù)流到29.97fpsMPEG—2隔行傳輸流的轉(zhuǎn)換。
在支持逐行掃描的DVD、數(shù)字平板電視及高端投影儀中，還廣泛采用一種叫做倍線器的反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(fù)制并重復(fù)該幀。接下來將B1、B2兩場合并為一個(gè)逐行幀（B幀），再復(fù)制并重復(fù)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場和C2場的場序。
由此可見，倍線器的作用是將2:3PUlld0wn后兩個(gè)來自同一電影幀的電視場合并,形成一個(gè)圖像幀，然后對(duì)該幀進(jìn)行復(fù)制形成一個(gè)或兩個(gè)重復(fù)幀，在將場變?yōu)閹耐瑫r(shí)，也完成了由隔行到逐行的變換。倍線器“合場插幀”的規(guī)律和2:3Pulldown“拆巾貞插場”的規(guī)律一樣，都是2:3:2:3……，所以也有人將這種變換稱之為2:3Pullup。
倍線后的59.94fps逐行信號(hào)和29.97駟隔行信號(hào)相比，圖像顯示的行數(shù)增加了一倍，畫質(zhì)更加細(xì)膩，同時(shí)也與平板電視、投影儀、電腦顯示器這類逐行顯示的終端相匹配。但59.94fPs的逐行信號(hào)要求顯示終端的水平掃描頻率(行頻）也相應(yīng)地提高一倍’目前只有部分價(jià)位較高的電視機(jī)才支持行倍頻掃描。源自電影的59.94fps逐行信號(hào)雖然可以在支持多頻掃描的電腦上顯示，但由于這種信號(hào)不是由攝像機(jī)拍攝的原生信號(hào)，而是通過倍線方式反Telecine變換而來的，對(duì)應(yīng)原電影的相鄰幀，播放時(shí)持續(xù)時(shí)間呈2:3的規(guī)律重復(fù)變化，表現(xiàn)為流暢性欠佳。如果直接以復(fù)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(jī)還十分罕見。所以，以倍線方式將2:3Pulldown產(chǎn)生的29.97fPs隔行片源轉(zhuǎn)換為59.94fPs的逐行信號(hào)，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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