電視電影Telecine關鍵技術解析論文

　　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換為錄像帶、光盤或基于網絡傳播的媒體形式，最終通過電視、投影、電腦或移動終端等予以播放的設備、過程和技術，如圖1所示

　　圖1中的數字視頻文件是通過膠片掃描設備將電影膠片上的影像轉換而來的，通常稱其為數字中間片(DigitalIntermediate)。數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就是電影轉視頻的過程，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、發布和傳輸方式等方面更趨多樣性。Telecine通常縮寫為TK而不是TC，因為TC(TimeCode)在影視技術領域是時間碼的縮寫。

　　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的過程中不能解決幀速率及逐行與隔行的差異，將會出現垂直不同步及畫面嚴重抖動等問題,致使“通過電視看電影”無法正常實現將電影的24fPs轉換為PAL和SECAM制電視的25fpS&較簡單，只需在膠片掃描的過程中，將膠片的運行速度提高4%多一點，使其達到每秒25幀即可。將電影的24fps轉為NTSC制電視的29.97fpS在技術上要復雜的多，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，還需要進行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24P)轉換為每秒30幀、60場的隔行數字視頻，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，其中A1為奇數場，A2為偶數場（以下類同）；B幀拆分為3場，其中第3場(B1場）是復制的第一個奇數場；C幀也是拆分為兩場,和A幀不同的是其偶數場在前，奇數場在后；D幀也是拆分為3場，并將其偶數場（D2場）復制作為第一場。上述“拆幀插場”的規律是2:3:2:3……，結果是每4個電影幀變成了10個電視場，每秒鐘的24個電影幀變成了60個電視場。由于每一個電視場都只包含一半的垂直信息，所以相鄰的兩個電視場組合在一起可以形成一個隔行顯示的電視幀。

　　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轉換的同時，還實現了由逐行到隔行的變換。

　　黑白時代的NTSC電視，幀頻為30HZ，由于采用隔行掃描，所以場頻為60Hz。進人彩色電視時代后，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，使場頻變為59.94Hz,幀頻變為29.97Hz。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將膠片的運動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，這勢必會使轉換后的電視信號出現聲畫不同步的現象（約30秒后就會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面的同步。

　　通過圖2可以看出，采用2:3Pulld0wn每秒鐘有12個重復的插人場，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，特別是快速運動的場景有明顯的頓挫或抖動現象。

　　從圖2還可以看出，通過2:3PUlldown得到的5個電視幀中，第3、第4幀來自兩個不同的電影幀，這種由兩個相鄰的電影幀交錯合并而來的隔行信號，在送往LCD、PDP平板數字電視及電腦顯示器這類逐行顯示的終端之前，必須進行去隔行處理,否則動態畫面會出現類似梳子狀的行結構線交錯現象，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，將電影膠片掃描為數字視頻，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。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。隨著數字中間片技術和高清電視的發展及?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Telecine過程中不可缺少一個重要環節。基于電影的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、逐行顯示終端及數字非線性編輯系統等領域時，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及逐行終端等領域時所做的反Telecine變換技術作一簡要分析。

　　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，先通過反Telecine變換去除2:3Pulldown，也就是去掉圖2中復制產生的B1和D2場,并將來自同一個電影幀的兩場重新合并為一個逐行幀，最后以24P(實際為23.976P)逐行格式進行灌制。SoftTelecined的好處是去掉2:3Pulldown時插人的每秒10個場，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，由于傳統的電視機一般都不支持24P信號格式’所以DVD播放機在解碼光盤上的24P數據流時，必須實時地通過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似RFF(RepeatFirstFrame)的重復旗標(Flag)信號，DVD解碼器在解碼24P數據流時，首先將一幀拆分為兩場，然后根據旗標指令，每秒鐘復制并插人10個場，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器的反Telecine變換技術，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逐行幀（A幀），然后復制并重復該幀。接下來將B1、B2兩場合并為一個逐行幀（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，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后兩個來自同一電影幀的電視場合并,形成一個圖像幀，然后對該幀進行復制形成一個或兩個重復幀，在將場變為幀的同時，也完成了由隔行到逐行的變換。倍線器“合場插幀”的規律和2:3Pulldown“拆巾貞插場”的規律一樣，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逐行信號和29.97駟隔行信號相比，圖像顯示的行數增加了一倍，畫質更加細膩，同時也與平板電視、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，而是通過倍線方式反Telecine變換而來的，對應原電影的相鄰幀，播放時持續時間呈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，使其變為48fps或72fPs,那么在理論上播放效果將和原電影一樣流暢。可惜的是，支持48P或72P逐行格式的電視機還十分罕見。所以，以倍線方式將2:3Pulldown產生的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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