电影频道超高清节目视频质量优化
为了解决超高清节目与传统高清节目的兼容性问题，以及电影节目源在彩空间和HDR 的多样性问题，需要在现有制作系统中增加视频处理中心和音频处理中心（如图1所示）。其中视频处理中心主要包括超高清节目的帧率转换、分辨率转换、彩空间转换、HDR 转换、编码优化以及图像增强。音频处理中心主要解决杜比全景声、多声道音频以1.帧率转换
由于电影频道播出的节目主要以电影为主，而节目源的帧率主要有以下几种：一种是传统的电影，其
帧率为24P/48P；一种是高清电视电影（用电视的手法拍摄电影），其帧率是25P/50i，还有一种是超高清节目，其帧率是50P。前两种帧率与超高清节目的50P 都存在一定的差异，因此在进行超高清节目制作前，需要进行帧率转换。
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接下来就是要将25P 的视频帧率调整为50P。如图5所示，帧率调整的算法很多，其中比较简单的算法就是复制每一个帧以达到帧率倍增的目的，这种简单的复制对于静态场景的效果很好，对于视频中的静态区域有比较好的表现，但是对于视频中的动态区域的表现则比较糟糕。
在帧率调整子节点中对视频进行帧率调整时，首先将视频帧根据图像运动向量参数划分为静态帧和动态帧，
对于静态帧的展现，采用简单的帧复制的方式，
以求得到更高的清晰度，而对于动态帧的展现，则通过运动补偿的方式用MC 内插来合成新的视频帧。虽然运动估计的准确性能够引发MC 内插产生误差，从而造成空域的细节模糊，但是由于帧率调整子节点
处理。针对电影频道的视频源特点，去隔行子节点只针对帧率为50i 的视频进行去隔行处理，将50i 的视频转换为50P 的视频。帧率调整子节点针对24P/48P 以及25P 的视频，通过帧率调整功能将24P/48P 以及25P 的视频统一调整为50P 视频。要实现上述功能，需要帧率转换节点能够自动识别输入视频的元数据（XML），从而对不同的输入源选择对应的帧率转换方式。
（2）帧率调整
帧率调整的目的是将24P/48P 视频以及25P 视频的帧率调整为50P。目前，针对24P/48P 的视频可采3
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如图6所示，虽然4K电影的分辨率和4K电视的分辨率存在差异，但是只是在图像的垂直方向相差200多个像素点，大约是垂直方向总像素点的1/20，占比并不是很大，因此在上变换时，可以采用类似于标清到高清的上变换的切换方式，将200多个像素点切除，这样可以保证分辨率变换后的效果，因为画面内容损失的部分并不影响观看效果。
在高清上变换4K的算法中，目前最为热门的当属
块将采用ACES域作为制作域的标准域。如图7
所示，由于ACES域远比其他域宽，而且比人眼
的可见光范围还要大，因此以ACES域作为制作域
的标准域可以更好地实现各域间的自由转换。
一般情况下，在将低域视频向高域视频进行
转换时，一般不进行域的扩展，首先是因为现在电
影频道存储的高清节目均为8比特存储，能显示的
阶有限，如果算法使用不当，扩展域很可能会导致
画面彩出现割裂。其次，盲目地扩展域，有可能
会改变镜头语言，影响影片的创作意图。
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射，需要HDR转换节点能够支持多种伽玛。所有输入伽玛都是OETF曲线，并且大多数都具有较宽的动态范围，且至少为10比特量化，因此在高于100%动态范围的区间，都具有较多的比特分配。转换为HLG比较简单，效果也能够得到保障。
目前电影频道存储的高清影片，绝大部分都是通过非线性编辑系统实时上载得到的。由于非编板卡对于电平的限制，使得高于700mV的电平全部被削波，导致的结果就是，通过非编上载得到的高清影片，没有任何高动态范围。在曲线映射时只能以“场景参考映射”的方式进行“直接映射”。对于没有采用非编上载的高清文件，动态范围可能达到600%，但是由于采用8比特量化存储，在高动态范围部分（拐点部分）可用的比特较少，如果采用上映射方式，高动态范围部分会扩展数倍，但是灰阶数量却不能增加。扩展后很可能出现亮度失真以及条带现象。因此也只能以“场景参考映射”的方式进行“直接映射”。
对于胶片重新扫描后的超高清文件，由于胶片伽玛等元数据的缺失，需要对扫描后的视频文件重新调以便对伽玛进行矫正。相比于其他伽玛，此种方式效率不高，但是却能有效提升超高清频道的节目质量。
5.图像增强
图像增强指的是对输入图像进行处理，通过增强对比度、锐度或者提高信噪比，使图像的视觉效果更好，得到更好看的输出图像。对于对比度差的图像，要求得到具有高对比度和清晰细节的图像，对于高动态图像实施动态范围压缩，以在标准显示设备上更好地补偿亮度和暗部的细节。图像增强的工作主要由人工完成，类似于胶片的修复工作，从而避免不必要的增强效果破环镜头语言。
图像增强节点首先将RGB图像转换到YCbCr后，仅对亮度分量进行处理，最终再将结果转换回RGB
进行显示。这是因为，一方面对RGB分量进行单独
处理，可能会改变彩的平衡。另一方面，人类视觉
系统对于度分量中的高频部分并不敏感。
如图9所示，图像增强模块主要包含三个部分：
噪声处理、对比度增强和图像锐化。
噪声除了会让图像不好看，遮蔽图像的细节之外，还会给图像处理带来严重的问题。在视频压缩中，噪
声增加了熵，从而妨碍了压缩效率的提升。欠曝或过
曝镜头的对比度不好，对比度拉伸（又称直方图均衡）
是比例调整像素亮度值以便更好地利用0~255灰度范
围的一种处理方法。用于图像锐化的空间滤波能够突
出图像空域频率的中频部分，从而令图像更为清爽。
6.编码优化
超高清节目具有高分辨率和高比特量化的特点，如
果不经过压缩，一部超高清电影文件所需的存储空间是
一部同时长高清电影文件所需空间的10倍以上，因此
需要对超高清文件进行有效的压缩。为了能够更好地保
留超高清图像质量，在编码前对文件进行编码优化处理。
编码优化处理主要是基于人眼视觉模型对超高清
基带信号进行一定的滤波处理，使人眼敏感的高频部
分尽可能地保留，滤除低频带中人眼不敏感的信息，
从而达到节省带宽的目的。目前在市面上的编码优化
功能能够将编码效率提升20%~30%左右，在节省存
储容量的同时确保了压缩视频的图像质量。
三 结束语
电影频道正在逐步完善和规划超高清制播系统的
建设，而人工智能已经悄悄地走进广播电视行业，基
于人工智能的音视频内容识别、超分辨率、视觉无损、
智能修复等技术已经逐步成熟。下一步，电影频道将
紧紧抓住人工智能这个机遇，规划和落实超高清系统
的建设及增值业务的扩展。不断提升超高清视听质量
和市场效益。
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视频文件修复
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