什么是关键技术【电视电影(Telecine)关键技术解析】

电视电影(Telecine)关键技术解析

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