电视电影(Telecine)关键技术解析

　　ne的基本概念

　　

　　Telecine(电视电影)是“Television”和“Cinema”的组合词，意为源自电影的电视。具体地说，Telecine是指将电影胶片上的影像转换为录像带、光盘或基于网络传播的媒体形式，最终通过电视、投影、电脑或移动终端等予以播放的设备、过程和技术，如图1所示

　　

　　图1中的数字视频文件是通过胶片扫描设备将电影胶片上的影像转换而来的，通常称其为数字中间片(DigitalIntermediate)。数字中间片文件通过剪辑、校色等处理后，可以派生为胶片电影或数字电影，也能以特定的视频格式和传播媒介送往电视或电脑终端。简单地说,Telecine就是电影转视频的过程，与胶转磁的意义相当。只是由于新媒体的不断出现，媒体形式日益多元化，和传统的胶转磁相比，Telecine在文件的存储、发布和传输方式等方面更趋多样性。Telecine通常缩写为TK而不是TC，因为TC(TimeCode)在影视技术领域是时间码的缩写。

　　

　　Telecine是电影和电视之间的一座桥梁，但电影和电视的帧速率不同。电影是每秒24帧(24fPs),PAL和SECAM制电视是25fps，NTSC制电视是29.97fps。另外，传统的电视都是隔行扫描的，而电影相当于逐行扫描。如果在Telecine的过程中不能解决帧速率及逐行与隔行的差异，将会出现垂直不同步及画面严重抖动等问题,致使“通过电视看电影”无法正常实现将电影的24fPs转换为PAL和SECAM制电视的25fpS&较简单，只需在胶片扫描的过程中，将胶片的运行速度提高4%多一点，使其达到每秒25帧即可。将电影的24fps转为NTSC制电视的29.97fpS在技术上要复杂的多，通常采用“拆帧插场”的所谓2:3Pulld0wn变换的方法。在灌制DVD及用于逐行显示的视频终端时，还需要进行Telecine逆向变换。下面针对帧率变换的原理及逐行与隔行等技术细节作一分析。

　　

　　2.2:3帧率下拉变换

　　

　　2:3喊率下拉变换，英文为2:3Pulldown，其作用是将每秒24帧、逐行显示的数字视频（以下称24P)转换为每秒30帧、60场的隔行数字视频，变换方法如图2所示。首先将源自电影胶片的24P数字视频文件的每连续4帧（命名为A、B、C、D帧）定义为一组，将A帧拆分为A1、A2两场，其中A1为奇数场，A2为偶数场（以下类同）；B帧拆分为3场，其中第3场(B1场）是复制的第一个奇数场；C帧也是拆分为两场,和A帧不同的是其偶数场在前，奇数场在后；D帧也是拆分为3场，并将其偶数场（D2场）复制作为第一场。上述“拆帧插场”的规律是2:3:2:3……，结果是每4个电影帧变成了10个电视场，每秒钟的24个电影帧变成了60个电视场。由于每一个电视场都只包含一半的垂直信息，所以相邻的两个电视场组合在一起可以形成一个隔行显示的电视帧。

　　

　　如此，24P的逐行视频就变成了每秒30帧、60场的隔行视频，完成24fps到30fPs转换的同时，还实现了由逐行到隔行的变换。

　　

　　黑白时代的NTSC电视，帧频为30HZ，由于采用隔行扫描，所以场频为60Hz。进人彩色电视时代后，为了防止伴音载波和彩色副载波的相互干扰，将垂直扫描频率降低到原来的1000/1001，使场频变为59.94Hz,帧频变为29.97Hz。所以将电影转为帧速率为29.97fps的NTSC电视信号之前，需要在扫描电影胶片时将胶片的运动速度降为标准速度的1000/1001,即降为23.976fpS。由于23.976/24=29.97/30,所以通过上述的2:3PUlldown，即可将电影降速度后的23.976fps变换为NTSC电视信号的29.97fps。

　　

　　由于胶片扫描时的速度降低了约1%,但2:3Pulld0wri并没有改变画面的速度，这势必会使转换后的电视信号出现声画不同步的现象（约30秒后就会感觉到声音滞后于画面）。解决的办法是改变音频的采样频率，如果原音频采样频率是44.1KHZ，可调整为44.056KHZ,如果原音频采样频率是48KHz，则可调整为47.952KHZ，如此，可使音频的速度提髙约，从而保证了声音与画面的同步。

　　

　　通过图2可以看出，采用2:3Pulld0wn每秒钟有12个重复的插人场，因此以NTSC制式在电视上播放的电影画面，和原电影效果相比，流畅性有所下降，特别是快速运动的场景有明显的顿挫或抖动现象。

　　

　　从图2还可以看出，通过2:3PUlldown得到的5个电视帧中，第3、第4帧来自两个不同的电影帧，这种由两个相邻的电影帧交错合并而来的隔行信号，在送往LCD、PDP平板数字电视及电脑显示器这类逐行显示的终端之前，必须进行去隔行处理,否则动态画面会出现类似梳子状的行结构线交错现象，即鼠齿（MouseTeeth)现象。

　　

　　3.反Telecine变换

　　

　　帧速率为29.97fps的隔行信号有两种，一种是如上面所说，将电影胶片扫描为数字视频，然后通过2:3Pulldown而来的，这是一种基于电影（Film-Based)的29.97fPs隔行信号。另一种是用摄像机直接拍摄形成的原生（Native)29_97fps的隔行信号。反Telecine(InverseTelecine：IVTC)变换的作用是去除基于电影的29.97fPs隔行片源中的2:3Pulldown,重建24P逐行影片。随着数字中间片技术和高清电视的发展及?电视电影的普遍化，基于电影的29.97fps隔行片源越来越多，因此反Telecine变换也成为整个Telecine过程中不可缺少一个重要环节。基于电影的29.97龟3隔行片源在派生为胶片电影或数字电影母版、DVD光盘、逐行显示终端及数字非线性编辑系统等领域时，通常须作反Telecine变换。下面针对基于电影的29.97fPs隔行片源用于DVD及逐行终端等领域时所做的反Telecine变换技术作一简要分析。

　　

　　基于电影的29.97fps隔行片源转DVD有两种做法，一种是直接将Pulldown后29.97fps隔行片源转为DVD,这种情况叫HardTelecined。还有一种是SoftTelecined,具体做法是转DVD前，先通过反Telecine变换去除2:3Pulldown，也就是去掉图2中复制产生的B1和D2场,并将来自同一个电影帧的两场重新合并为一个逐行帧，最后以24P(实际为23.976P)逐行格式进行灌制。SoftTelecined的好处是去掉2:3Pulldown时插人的每秒10个场，可以大幅度地减小文件体积，另外也有利于压缩处理。采用SoftTelecined时，由于传统的电视机一般都不支持24P信号格式’所以DVD播放机在解码光盘上的24P数据流时，必须实时地通过2:3Pulldown将24P数据流转换为29.97fps的隔行信号。具体做法是，反Telecine变换后，在MPEG-2传输流的适当位置中插人类似RFF(RepeatFirstFrame)的重复旗标(Flag)信号，DVD解码器在解码24P数据流时，首先将一帧拆分为两场，然后根据旗标指令，每秒钟复制并插人10个场，从而完成24P逐行数据流到29.97fpsMPEG—2隔行传输流的转换。

　　

　　在支持逐行扫描的DVD、数字平板电视及高端投影仪中，还广泛采用一种叫做倍线器的反Telecine变换技术，基本原理如图3所示。

　　

　　首先将2:3Pulld0wn后的A1、A2两场以图像行相互交织的形式合并为一个逐行帧（A帧），然后复制并重复该帧。接下来将B1、B2两场合并为一个逐行帧（B帧），再复制并重复两次。C、D两帧的处理方式分别与A、B—样，只是处理C帧时，需颠倒Cl场和C2场的场序。

　　

　　由此可见，倍线器的作用是将2:3PUlld0wn后两个来自同一电影帧的电视场合并,形成一个图像帧，然后对该帧进行复制形成一个或两个重复帧，在将场变为帧的同时，也完成了由隔行到逐行的变换。倍线器“合场插帧”的规律和2:3Pulldown“拆巾贞插场”的规律一样，都是2:3:2:3……，所以也有人将这种变换称之为2:3Pullup。

　　

　　倍线后的59.94fps逐行信号和29.97驷隔行信号相比，图像显示的行数增加了一倍，画质更加细腻，同时也与平板电视、投影仪、电脑显示器这类逐行显示的终端相匹配。但59.94fPs的逐行信号要求显示终端的水平扫描频率(行频）也相应地提高一倍’目前只有部分价位较高的电视机才支持行倍频扫描。源自电影的59.94fps逐行信号虽然可以在支持多频扫描的电脑上显示，但由于这种信号不是由摄像机拍摄的原生信号，而是通过倍线方式反Telecine变换而来的，对应原电影的相邻帧，播放时持续时间呈2:3的规律重复变化，表现为流畅性欠佳。如果直接以复制方式将电影的帧速率倍增，使其变为48fps或72fPs,那么在理论上播放效果将和原电影一样流畅。可惜的是，支持48P或72P逐行格式的电视机还十分罕见。所以，以倍线方式将2:3Pulldown产生的29.97fPs隔行片源转换为59.94fPs的逐行信号，在HD-Ready或Full-HD平板电视上播放，到目前为止仍不失为一种“最佳”方案。

　　

　　韩振雷    山东理工大学计算机学院，淄博255

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