CN103155545A - 在胶片上制作视频存档的方法和系统 - Google Patents

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CN103155545A CN2011800496694A CN201180049669A CN103155545A CN 103155545 A CN103155545 A CN 103155545A CN 2011800496694 A CN2011800496694 A CN 2011800496694A CN 201180049669 A CN201180049669 A CN 201180049669A CN 103155545 A CN103155545 A CN 103155545A
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Abstract

一种用于将视频内容存档到胶片上以及从该胶片存档中恢复该视频的方法和系统。以已编码数据提供视频内容和与该内容相关联的特征图案，所述已编码数据记录在胶片上并对其进行处理以制作胶片存档。通过使用视频代码和胶片密度代码之间的非线性变换对视频数据进行编码，由此产生的胶片存档可以生产出相比其他胶片存档技术更高质量的胶片拷贝。该特征图案包含涉及视频内容的空间，时间和色度的信息，并提供了用于从胶片存档中恢复视频内容的基础。

Description

在胶片上制作视频存档的方法和系统
相关申请的交叉引用
本发明申请要求共同提交于2010年10月15日的美国临时专利申请序列号61/393,865“Method and System for Producing Video Archive onFilm”和美国临时专利申请序列号61/393,858“Method and System ofArchiving Video to Film”的优先权权益。两个临时专利申请的教义的通过引用其全部内容而清楚地并入本文。
技术领域
本发明涉及生成视频内容的胶片存档，以及从胶片存档中恢复视频内容的方法和系统。
背景技术
虽然有很多可用于存档目的的媒体格式，胶片档案相比其他格式仍然有优势，包括已被证明的存档寿命超过五十年。暂且不谈退化问题，例如录像带和数字格式的其他媒体也有可能过时，潜在的顾虑是未来是否仍有用于阅读磁性或数字格式的设备。
将视频转化为胶片的传统方法包括在显示监视器上拍摄视频内容。在某些情况下，这意味着通过若干单独的彩色滤镜拍摄显示在黑白显示器上的彩色视频。其结果是视频图像的照片。使用电视电影（telecine）来从存档照片中追溯或恢复视频图像。视频摄像机扫描每一帧胶片并且可以直播或录播生成的视频图像。这个存档和恢复过程的缺点是，最终的视频是“视频显示器中照片的视频摄像机的图像”，这是不同于原始视频的。
从这种类型的胶片存档中恢复视频内容典型地需要手动、艺术的干预以还原色彩和原始图像质量。即使是这样，恢复的视频往往呈现出空间、时间和/或色度的伪像（artifacts）。空间伪像由于不同的原因出现，例如，如果显示视频图像、摄影捕捉视频显示或视频相机捕捉摄影存档时有任何空间错位。
出现时间伪像可能是由于拍摄隔行扫描的（interlaced）视频显示的相邻的两行被捕获的时间差造成的。在视频帧速率和胶片帧速率不是1:1的情况下，由于帧速率不匹配胶片图像产生时间伪像，例如，电视电影的颤抖。例如，当胶片的帧速率为每秒24帧（fps）并且视频的帧速率为60fps的（在美国）或50fps（在欧洲）时，对两个或多个视频帧重复胶片的一帧，这种情况可能发生，。
此外，由于显示器、胶片、视频摄像机之间的色度差（metamerism）引入色度伪像，即，由显示器生成的不同的颜色可表现为对胶片来说相同的颜色，同样地存档胶片中不同颜色可以表现为对视频摄像机来说相同的颜色。
发明内容
现有技术方法中的这些问题通过本发明的一种方法来克服这，其中使用胶片介质的动态范围来保存一种自我记录的、可准确恢复的、抗退化的并且人类可读的格式的数字视频数据。根据本发明，通过至少基于非线性关系（例如，使用颜色查找表）将数字视频数据编码为胶片密度代码，并提供一个用于解码存档的与视频数据相关联的特征图案来创建胶片存档。特征图案可以也可不与颜色查找表编码。生成的存档有足够的质量适用于电视电影或胶片拷贝（film print）以制作密切近似于原始视频的胶片图像视频，同时与原始视频相比，使得恢复视频具有可忽略的空间、时间和色度伪像，而且无需人为干预色彩还原或色域重新映射（gamut remapping）。
本发明的一个方面提供了一种用于在胶片上存档视频内容的方法，包括：通过至少基于非线变换将数字视频数据转换为胶片密度代码来编码数字视频数据；提供包括已编码数字视频数据和与该数字视频数据相关联的特征图案的已编码数据；根据该胶片密度代码来将已编码数据记录在胶片上；以及从具有已记录已编码数据的胶片中制作胶片存档。
本发明的另一个方面提供了一种用于从视频存档中恢复视频内容的方法，包括：扫描至少胶片存档的一部分，该胶片存档包含已编码为基于胶片的数据的数字视频数据和与该数字视频数据相关联的特征图案；其中该数字视频数据已通过非线性变换编码为基于胶片的数据；以及基于包含在该特征图案中的信息对该视频存档解码。
本发明的又一个方面提供了一种用于在胶片上存档视频内容的系统，其包括：用于生成包含对应于数字视频数据和与视频数据相关联的特征图案的基于胶片数据的编码数据的编码器，其中该数字视频数据和特征图案的像素值通过非线性变换编码为基于胶片的数据；用于将已编码数据记录在胶片上的胶片记录器；以及用于处理胶片以制作胶片存档的胶片处理器。
本发明的又一个方面提供了用于从胶片存档中恢复视频内容的系统，其包括：用于扫描胶片存档以生成基于胶片的数据的胶片扫描器，从基于胶片的数据中识别特征图案，并基于该特征图案解码该基于胶片的数据以生成用于恢复视频内容的视频数据的解码器；其中该基于胶片的数据通过非线性变换与视频数据相关。
附图说明
参考下面与附图相结合的详细说明，本发明的教义可被容易理解。附图中：
图1A示出用于将视频存档为适用于电视电影或拷贝（printing）使用的胶片的系统；
图1B示出用于恢复之前存档为胶片的视频的系统以及从存档中创建胶片照片的系统；
图2示出已存档为胶片的逐行帧的视频序列；
图3示出已存档为胶片的场（field）隔行扫描的视频帧序列；
图4A示出在胶片上的逐行帧视频存档首部使用的特征图案；
图4B是图4A的一部分的放大视图。
图5示出使用视频数据上的颜色查找表（cLUT）和特征图案创建视频的胶片存档的过程；
图6示出从图5过程创建的胶片存档中恢复视频的过程；
图7示出仅使用视频数据上的cLUT创建视频的胶片存档的过程；
图8示出从图7过程创建的胶片存档中恢复视频的过程；
图9示出创建cLUT的第一样本的过程，在制作适合制造胶片拷贝的胶片存档的方法中使用；
图10示出创建cLUT的又一样本的过程，在制作适合制造胶片拷贝的胶片存档的方法中使用；
图11是表示示例性cLUT的图；以及
图12A-B示出一些生胶片(film stocks)的特性曲线。
具体实施方式
本发明提供制作视频内容的胶片存档以及从该存档中恢复视频内容的方法和系统。编码视频数据，之后将其和与视频数据相关联的特征图案一块记录在胶片上，这使得恢复原始视频数据成为可能。编码视频数据使得从胶片存档中生成的电视电影或胶片拷贝可以产生出更好地接近原始视频的视频或胶片图像，对于原始视频数据的可复原性只具有轻微的折衷。例如，至少视频数据的部分会有量化噪声的增加。在一些实施例中，视频数据的某些部分会有量化噪声的减少，但整体上是净增加的。当冲洗胶片后，得到的胶片提供了存档品质的存储介质，它可以通过电视电影读取，或用摄影术印刷。当为了恢复而扫描该存档，特征图案提供将胶片帧解码为视频的基准。后续对胶片帧扫描数据的解码生成类似原始视频的视频，即使在胶片染料褪色已出现几十年的情况下。
与现有技术将视频内容作为记录在胶片上的图片来呈现不同（例如，通过使用显像管或电影摄像机对在监视器上显示的每个视频帧采集一幅图片），本发明的存档文件制作系统将视频信号视作数值数据，它可以通过使用特征图案基本准确地恢复。
图1A示出本发明的胶片存档系统100的一个实施例，它包括：编码器112，用于提供包含视频内容108和特征图案110的编码文件114，胶片记录器116，用于记录编码文件，和胶片处理器124，用于处理所记录的文件和生成视频内容的胶片存档126。正如这里与编码器112的所有行为联合使用，术语“编码”，包括从视频数据格式转化成胶片数据格式，例如，从Rec.709码（代表三种视频显示基色的分数值）到胶片密度码（代表在胶片底片中的三种染料的各自密度，例如，Cineon码，其值在0至1023的范围内），以及时空格式化（例如，视频数据108和特征图案110中的像素映射到胶片记录器116的图像空间中的类似像素）。在此背景下，时间格式化是指按照视频数据的时间序列，从视频到胶片图像空间的像素的映射，例如，视频中连续的图片被映射到胶片中连续的帧。对逐行的视频，记录独立视频帧为单一胶片帧，而记录隔行扫描的视频为单独的场，例如，奇数行的像素形成一个场并且偶数行的像素形成另一场，同时帧的单独场记录在同一胶片帧中。
通过视频源104将原始视频内容102提供给系统100。这些内容的例子包括当前存储在录像带上的电视节目，无论以数字或模拟形式。视频源104（例如，录像带播放器），适合与原始视频内容102的格式一同使用，向视频数字化器106提供内容以生成视频数据108。在一个实施例中，视频数据108以，或可转换为，RGB（红色，绿色，蓝色）码值，因为相对于其他格式它们产生可忽略的伪像。虽然可以非RGB格式向编码器112提供视频数据108，例如，亮度和色度值，使用这些格式的存档和视频转换过程的各种瑕疵及串扰可在恢复的视频中引入伪像。
视频数据108由数字化器106以不同的视频格式提供，包括，例如，高清晰度格式如“Rec.709”，它提供了使用数值对视频像素编码的惯例。根据Rec.709标准（Recommendation BT.709,国际电信联盟出版,无线电通讯部分,或ITU-R,瑞士，日内瓦），兼容视频显示器将对视频数据施加一个2.4的幂函数（也被称为具有gamma2.4），由此使得当正确显示时，RGB码值为x的像素（例如，来自数字化器106），将产生正比于x2.4的光输出。其他的视频标准提供其他幂函数，例如，与sRGB标准兼容的监视器会有一个为2.2的伽马值。如果源头上的视频内容已经以数字形式提供，例如，专业级录像带播放器的SDI视频输出（“串行数字接口”），可以省略视频数字化器106。
在某些配置中，原始视频内容102可以被表示为亮度和色度值，即，以YCrCb码（或者，对于模拟表示，YPrPb），或其它可被翻译成RGB码值的编码。此外，原始视频内容102可以是子采样，例如4:2:2（其中，每四个像素，亮度“Y”由四个采样表示，但色度分量“Cr”和“Cb”各自只被采样两次），减少了所需带宽的1/3，且没有显著影响的图像质量。
与内容的视频数据相关联的、并且要在下面结合图4A-B更详细地讨论的特征图案110，被提供给编码器112以建立在存档文件创建时该存档的空间、色度、和/或时间配置（或至少这些配置之一）。
此外，给编码器112提供颜色查找表（cLUT）128，该编码器根据特征图案110和cLUT128编码视频数据108。使用cLUT128编码或处理视频数据，cLUT128提供了一个将视频数据从数字视频代码转换成胶片密度代码的非线性变换。编码的文件114中包含编码后的视频数据和特征图案110，其可能会或可能不会与cLUT128处理或编码，如在下面结合图5和7讨论。也可能编码文件中只包括特征图案的一部分，只要对解码器来说提供有足够的信息用于解码胶片存档。
在已编码文件114中，可在已编码视频数据的前部定位特征图案110，例如，在图4A-B中，或可在与已编码视频数据相同的胶片帧中提供（未示出）。使用cLUT，或更一般地，使用非线性变换，该方法会生成最适于制作质量比较高的胶片拷贝的胶片存档。如需要，可投影出此胶片拷贝以与从胶片存档中恢复的视频内容作视觉对比。
编码器112的空间和时间编码列于特征图案110中，其指示在存档的每一帧中的哪处可以找到视频信息的每一帧。如果视频内容102中有隔行扫描的场，那么特征图案110也表示由编码器112对时间上的不同场执行的空间编码。
该信息可以以包含在图案110中的数据或文本提供，或基于该图案的空间配置或版面设计（二者中任一项都适用于机器或人类可读）提供。例如，图案110可能包含涉及图像数据的位置和版面设计的文本，例如，表述，“图像数据完全在红色边界内并且不包括该边界”（例如，参照图4B，元件451），并且这样的特定信息对不熟悉存档格式的人特别有帮助。也可使用文本来标注图案，例如，为了指示原始视频的格式，如，可标记“1920×1080，隔行扫描的，60HZ，”并且可标记每一帧的时间码（其中在整个存档中至少定期提供校正图案的一部分）。
此外，可以使用特定的元素（例如，边界或指示线）来向编码器112指示数据的物理范围或位置，而且对应于一帧中两个数据区域（或一个双高元素）的两个这样的元素的存在可用来指示每帧隔行扫描的两个场的存在。
在另一个实施例中，可使用如二进制值的集合的数据作为亮和暗像素，可选地与几何参考标记（指参考帧和水平与垂直坐标的范围）结合。可使用这样的基于数字的位置和范围代替图形化描绘数据区域的边界。这样的二进制图案也可代表每个帧的适合的SMPTE时间码。
对于编码器112的色度编码，特征图案110包括形成选定代码值的预定空间排列的块（patch）。选定的代码值（例如，视频白色、黑色、灰色、色度蓝色、色度绿色、各种肉色系、大地色系、天蓝色以及其他颜色）之所以被选定是因为它们对于图像的正确的技术呈现（rendering）很关键，对于人们的感知很重要或是一个大范围的颜色的示例。每个预定的颜色具有预定的位置（例如，块内呈现颜色的地方），以便解码器知道在哪里可以找到它。选择这些块使用的代码值来基本上覆盖视频码值的全部范围，包括在每种颜色分量的极端处或附近的值，以便以足够的精度允许非选定值的内插或外推，特别是如果覆盖是稀疏的。如果也使用cLUT对特征图案进行编码，在由cLUT编码前，可用块表示视频代码（对应于正在存档的视频内容）的全部范围，例如，选择代码值作为基本上视频代码的整个范围的稀疏表示。在不使用cLUT编码或处理特征图案的情况下，块应具有预定的密度值并且可以使用距此值的任何偏离来确定在存档文件中的任何偏移（例如，来自老化，或来自胶片处理中的变动）的补偿（compensation）。如此确定补偿，当与逆cLUT一起使用时，将使得可以准确恢复原始视频数据代码。特征图案110中提供的块子集可能会呈现单独或独立于其它分量的颜色分量（即，其他分量的值固定或为零）和/或以不同的组合（例如，其中所有分量具有相同值的灰度等级，和/或非灰度值的不同集合）。
特征图案110分别呈现分量的用途之一是允许简单的线性特性和随着存档文件老化而发生的彩色染料的褪色，以及任何染料串扰的影响。然而，块与各种颜色分量的组合也可用于传递类似信息。提供空间排列和特征图案中色块（color patches）的代码值给解码器用于从胶片存档中恢复视频。例如，有关块位置（绝对或相对于基准位置）及其颜色或代码值表示的信息允许解码器正确理解块，而无论整体处理偏移或存档老化的干扰问题。
无论是视频数字化器106产生RGB的代码值，或其他表示方式，视频数据108包括的代码值是，或者可以被转换为RGB代码值。RGB代码值通常为10位表示，但该表示可以更小或更大（例如，8位或12位）。
视频数据108的RGB代码范围（例如，由视频数字化器106的配置或转换为RGB时选择的处理确定，或由原始视频内容102或视频源104的代表预先确定）应对应于特征图案110中表示的代码的范围。换言之，特征图案优选至少覆盖可能使用视频像素值的代码范围，使得不需要外推范围。这种外推不大可能是非常准确的。例如，如果该图案包括在100-900范围内的代码，但视频涵盖的范围是64-940，那么在视频的两端子范围64-100和900-940，有必要从最接近的两个或三个相邻值外推（比如说，可能是，每一百个计数）。由于必须基于视频代码100、200和300等的变换估计出对于视频代码64的变换而导致问题出现，其假设胶片性能在视频代码64上的对光的回应与其在视频代码100、200等等上的回应类似，而这可能并非如此，因为胶片的特性曲线在低和高曝光界限附近通常具有非线性响应。
例如，如果特征图案110使用10位的代码值，并且如果用于视频数据108的编码只有8位，那么作为编码器112的编码操作的一部分，视频数据108会左移位并用零填充来变成10位值，其中最重要的八个位对应于原始的8位值。在另一个例子中，如果特征图案110使用比视频数据108的表示少的比特位，那么视频数据108多余的最不重要的位可以被截断（带或不带舍入）以与特征图案的表示的大小相匹配。
根据图案的具体实施或设计，将使用cLUT128编码的特征图案110并入已编码文件114中可为理解存档文件提供自记录（self-documenting）或自给自足的信息，包括老化对存档的影响。例如，老化的影响可通过色度元素（例如代表视频数据的代码值的全部范围的密度梯度）而说明，因为该特征图案中的元素会与存档中视频图像具有同样的老化效果。如果设计颜色图案用于代表视频内容的整个颜色范围，也可以按算法或启发地解码该图案，而无须该解码器具有关于该图案的现有知识或预定信息。在另一个实施例中，用于理解存档的文字说明可包括在特征图案中，从而使解码器可以解码该存档，而不具有关于该图案的现有知识。
在一个没有使用cLUT128编码特征图案110的实施例中（而是使用数字像素值和胶片密度代码之间的线性变换或使用恒等变换（identitytransform）来编码），老化对存档的影响可通过使用该特征图案中的密度梯度来说明，但需要更多以原始cLUT128或其反转（图1B中的元件148）的形式的文件或知识来理解存档。
已编码文件114，无论是否存储在存储设备（未示出）且之后编码器112操作时对其检索或流化，都提供给胶片记录器116，胶片记录器116按照已编码的文件数据曝光彩色生胶片118以产生具有潜在存档数据的胶片输出122（即，曝光的胶片），其在化学胶片处理器124中冲洗并固定以制作胶片存档126。
胶片记录器116的目的是要接受已编码文件114中每个像素的密度代码值并且在胶片库118上产生曝光量使得在胶片存档126上生成一个特定的由胶片处理器124生成的颜色胶片密度。为了改善呈现给胶片记录116的代码值和胶片存档上的最终的密度代码之间的关系或相关性，使用来自校准例程的校准数据120来校准胶片记录器116。在一个用于将胶片密度代码转换为胶片密度的查找表中提供的校准数据120取决于胶片库118的具体制造和胶片处理器124的预期设置。就胶片库118的特性曲线具有任何非线性来说，即，log10曝光量（照度-秒）和密度（透射率的倒数的log10）之间的关系，校准数据120产生一个这样的线性化使得在整个密度代码值范围内，一个给定的密度代码值变化产生一个固定的密度变化。此外，校准数据可以包括染料灵敏度中串扰的补偿矩阵。
在一个实施例中，生胶片118是一个中间生胶片（例如，伊斯曼彩色中间底片II胶片5272，在纽约州罗切斯特的柯达公司生产），尤其是设计为与胶片记录器（例如，柯达VISION3彩色数字中间胶片5254，也由柯达生产）一同使用，并设计为具有更线性化的特性曲线。图12A示出在一定的曝光量和加工条件下，该胶片上蓝色，绿色和红色的特性曲线。
也可以使用其他类型的具有不同的相应校准数据120的生胶片。图12B示出这些生胶片的特性曲线的另一个例子（例如，对于一种颜色），这可以表现为更短的线性区域，即，相比图12A，线性区域BC内较小的曝光值范围。此外，特性曲线有较大的（例如，超过一个较大的曝光量范围）在低曝光量下具有减小的胶片敏感性的“脚趾”区域AB，即该曲线具有较小的斜率其中相比线性区域BC，增量曝光量产生相对小的增量密度，和较高曝光量的“肩部”区域CD，作为曝光量的函数，其具有类似的减小的胶片敏感性。对于这些生胶片，总体特性曲线有更明显的S形曲线的形状。不过，可使用对应的校准数据120来线性化像素代码值和将要被记录在胶片存档上的密度之间的关系。然而，所得到的胶片存档126将对胶片记录器116和胶片处理器124的准确性的变化更敏感。此外，由于该特性曲线的线性区域BC比所述柯达中间底片II胶片5272的线性区域更陡峭，即，对于给定的曝光量上的增量变化，密度上的变化会更大，这样的库在这个中间区域会更容易产生噪声（而在低或高曝光区域会较少产生噪声）。
因此，为了生成胶片存档，根据校准数据120，提供已编码文件114中的数字密度代码值‘c’（例如，像素的颜色中对应于红基色的量）给胶片记录器116用于转换为一个相应的基于胶片的参数，例如，胶片密度（通常按“状态-M”为单位来衡量）。该校准提供密度代码值‘c’和生成的密度之间精确的、预定的线性关系。在一个常用的例子中，校准该胶片记录器以提供每增量码值增量密度为0.002。生成期望的胶片密度所需的曝光量从胶片特性曲线（类似于图12A-B）中确定并施加到生胶片，其在胶片处理器124处理后生成胶片存档。为了从胶片存档中恢复视频内容，校准胶片扫描器将胶片密度转换回代码值‘c’，如下面在图1B的存档恢复系统中讨论。
图1B示出用于从胶片存档中恢复视频的存档读取或恢复系统130的示例，例如，存档生成系统100制作的胶片存档126。胶片存档126可能刚刚由胶片存档系统100制作，或已老化很多（即，存档读取系统130可运行在存档已生成五十多年后的存档126上）。由于基于非线性变换（例如使用cLUT）已将视频数据从数字视频转换为胶片密度代码，本发明的胶片存档提升了质量（相比其他使用视频数据和胶片密度代码之间线性变换的存档）使得通过胶片拷贝输出系统160从该存档中生成的胶片拷贝有足够的质量适用于投影或显示。
胶片扫描仪132扫描胶片存档126来将胶片密度转换为胶片数据136，即，由密度代码值表示。胶片扫描仪132具有校准数据134，其类似于校准数据120，是一个用于对扫描仪对于胶片密度的响应进行线性化和标准化的参数值的集合（例如，偏移、缩放，其可以是非线性的，或是其自身的一个颜色查找表）。使用校准扫描仪测量胶片存档126的密度并在胶片数据136中制作线性代码值，即，至少在胶片存档126的整个密度范围内，一个增量的代码值表示相同的密度变化。在另一实施例中，校准数据134可在由胶片扫描仪132可测的整个密度范围内线性化密度代码。有了合适的校准扫描仪（例如，密度代码值和胶片密度之间具有线性关系），扫描仪132读取或测量一个记录有对应已编码文件114中代码值‘C’的密度的图像部分，除任何老化的影响或处理偏移外，所得数字密度码值，将约等于，如果不完全等于，‘C’。
为了创建空间和时间的解码参数，解码器138读取和检查胶片数据136来找到对应于特征图案110的部分，并将其进一步研究以确定胶片数据136中数据区域的位置，即，含有视频数据108的代表的区域。此检查将揭示视频数据108是否包括逐行扫描或隔行扫描的光栅，以及在哪里找到与帧或场对应的数据区域。
为了解码胶片存档的色度，即，将胶片密度或胶片密度代码转换为数字视频代码，可以基于来自特征图案110的信息由解码器建立色度查找表。取决于该特征图案原本是如何在存档中编码的（即，其是否使用与视频数据相同的cLUT编码），该查找表可用于获得用来解码胶片存档中图像数据的信息或变换。
如果该存档中的特征图案使用cLUT128编码，解码器138（基于涉及或来自特征图案的现有知识或信息）识别出胶片数据136中哪个密度代码值与特征图案110中的原始像素代码相对应，并且在解码器138内创建色度查找表。例如，涉及该图案的现有知识可预先确定或单独提供给该解码器，或者明示或按照惯例，图案本身可能包含信息。该查找表，其可能是稀疏的，是专门为一同使用解码胶片数据136而创建。随后，可解码对应视频内容数据的、从胶片数据136的部分中读出的密度代码值，即，使用该查找表将其转换成视频数据，其中根据需要，包括通过内插。本实施例中解码该存档不需要外部提供的逆cLUT148，因为特征图案包含足够的信息使得作为解码行为的一部分，解码器可以构建逆cLUT。这是因为，对于表示在原始特征图案110中的每个视频代码值，内嵌在从胶片存档126中恢复的胶片数据136中的特征图案现在包括相应的实际胶片密度值。预定的视频数据值和相应的观察到的胶片密度值的集合对那些值来说是精确的逆cLUT，其可被内插来处理不在内部构建的逆cLUT中代表的值。此解码方法将结合图6做进一步的讨论和阐释。
如果该存档中的特征图案110未使用cLUT128编码，解码器138识别出胶片数据136中哪个密度代码值与特征图案110中的原始像素代码相对应（再一次地，基于涉及特征图案的现有知识或来自特征图案的信息），并且在解码器138内创建一个可能是稀疏的颜色查找表。该查找表与一个逆cLUT148相乘，产生专门适用于对应于视频数据108的胶片数据136的部分的解码变换。随后，解码胶片数据136的部分中的对应的视频数据108的密度代码值，即，使用解码变换，根据需要包括通过内插，将其转换为视频数据格式。这个解码例程可以理解为：1）存档的老化影响通过使用根据图案创建的查找表来对胶片密度代码值进行变换来说明，2）逆cLUT之后转化或转换“去老化的”（即去除老化效果的）密度代码值为视频代码值。
在本实施例中，逆cLUT148（这是用于对视频数据进行编码的cLUT128的逆）对于恢复原始视频数据是必须的。此解码的方法结合图8和图11做进一步的讨论和阐释。
因此，以适当的方式，或按逐场或按逐帧地，解码器138从胶片数据136中提取并按色度解码视频数据。视频输出设备142读取恢复的视频数据140，其可以将视频数据140格式化成适用于视频记录器144的视频信号以生成再生的视频内容146。
视频记录器144可以是，例如，视频磁带或数字视频磁盘记录器。可选地，替代视频记录器144，可以使用广播或内容流传输系统，并且可以直接提供用于播放恢复的视频数据140无需中间记录形式。
作为对存档制作和存档读取系统100和130的质量检查或有效性证明，视频比较系统150可用于检查原始视频内容102和再生视频内容146，其可包括显示器152和154，以允许操作者按并行显示方式查看原始视频和恢复视频。在另一个比较系统150的实施例中，A/B开关可以在共同的显示器上交替显示一个视频，然后另一个视频。在另一个实施例中，两个视频可以显示在一个“蝴蝶”显示器上，其在同一显示器上显示原始视频的一半和恢复的视频相同的一半的镜像图像。这样的显示相比双（例如，并行的）显示提供优势在于在类似的环境中显示两个视频的对应部分（例如，对他们各自的背景类似的对比），从而有利于两个视频之间的视觉比较。根据本发明从胶片存档中生成的视频内容146将基本上与原始视频内容102相同。
此外，胶片拷贝输出系统160特定的生胶片拷贝162提供胶片存档126至已经适当调整的胶片冲印机164（包括显影处理器，未单独示出），以制作胶片拷贝166，其之后通过使用投影系统168投射。当胶片拷贝166的投影与无论原始视频内容102或再生视频内容146的显示一同观看时，操作者应发现两个显示基本上是匹配的（即无需重新定时胶片颜色以匹配视频显示152/154），假设胶片存档126或胶片拷贝166都没有老化。
图2和图3示出了在胶片存档126中编码的视频数据帧的示例性实施例。胶片存档200中，几个逐行扫描视频帧被编码为存档上的帧F1，F2和F3，在胶片存档300中，几个隔行扫描视频帧被编码为单独的、连续的场如F1-f1、F2-f2等，其中F1-f1和F1-f2表示同一帧F1中不同的场f1，f2。胶片存档200和300分别存储或写在生胶片202和302上，并具有用于建立示例性胶片帧220和320各自的位置和区间的如204和304的穿孔。每个胶片存档具有一个可选的声带206，306，它可以是模拟或数字的或两者的，或是一个时间代码轨道（未示出），用于与一个单独存档的音轨同步。
胶片存档200的数据区域210、211和212，以及胶片存档300的数据区域310、311、312、313、314和315包含在其相应的胶片帧（帧220和320作为示例）中隔开的独立的视频场的代表。这些数据区域有来自相应的胶片帧边缘的水平间距224、225、324、325，来自相应的胶片帧起始点的垂直间距221、321，垂直高度222和322，以及隔行扫描场具有场间隔离323。这些参数或尺寸都由特征图案中提供的空间和时间描述确定，并在下面结合图4A-B更详细地描述。
图4A示出记录为胶片存档126内的首部400的特征图案110，在这个例子中，其对应于具有隔行扫描场的原始视频内容102。胶片帧的高度420，与连着的四个穿孔（图示为穿孔404）的长度相同，形成一个常规的4-穿孔（“4-perf”）胶片帧。替代的实施例中，可选择不同整数数目的胶片穿孔作为胶片帧高度。
图示的实施例中，在每个4-穿孔胶片帧中，数据区域412和413包含两个视频场的代表（例如，类似于胶片存档300中的场312，313），并且可由其各自的边界定义。在这个例子中，每个数据区域的边界由三个矩形来表示，如图4B中更详细所示，其描绘了对应于形成数据区域412边界的矩形451、452和453的角部部分的区域450的放大视图。换言之，图4A中具有角部部分450的矩形包括三个矩形：451、452和453，其在胶片400上绘制为像素，例如，每个矩形是一个像素厚（pixel thick）。矩形452与其相邻的矩形451和453在颜色和/或胶片密度上不同，并以一个哈希图案示出。在此示例中，场412的数据区域包括位于矩形452上或内的像素（即，矩形452内部的区域412，包括那些在矩形453内的），但不包括那些在矩形451以内或以外的。矩形451可以呈现为容易识别的颜色，例如，红色，以便于检测数据与非数据区域之间的边界。
因此，在胶片存档300的每个分别包含数据的帧中，将第一和第二场（例如，F2-f1和F2-f2）与相应的胶片帧（如，帧320）布局按照与区域412和413在特征图案帧420中完全一样的布局（包括边界矩形452外）。在本实施例中，要求胶片记录器116和胶片扫描仪132准确和重复地分别定位生胶片118和胶片存档126，以确保可再生和准确地将已编码文件114映射成胶片存档，以及在视频恢复过程中将胶片存档映射成胶片数据136。
因此，当扫描仪132读取时，矩形451-453精确地指定每个胶片帧中的第一场的位置或边界。胶片记录器和胶片扫描仪操作基于能够以子像素的准确度定位胶片相对于穿孔的位置的原则进行操作。因此，相对于胶片300的四个穿孔304，每个第一场（例如，Fl-f1、F2-f1和F3-f1）和其他的奇数场与它所在帧的穿孔具有相同的空间关系，同样的关系适用于第二场F1-f2、F2-f2和F3-f2。此同样的空间关系适用于特征图案400，其定义了第一场和第二场所在的区域。因此，由其具体边界配置（如矩形451、452和453）表示的区域412，指定了第一场Fl-f1、F2-f1和F3-f1等的位置。
同样，数据区域413周围的矩形指定在哪里可以发现单独的第二场（例如，F1-f2、F2-f2和F3-f2）。对于逐行扫描实施例，具有相应边界（例如，类似图4B中详述的那些矩形）的单一数据区域将指定在后续的胶片帧（例如，220）中哪里可以找到逐行帧视频数据区域（例如，210-212）。
在图4A和4B中示出第一场412的顶部412T，并且其定义了首部间隙421。与侧间隙424和425，以及区域413以下的尾部间隙426一起，选择首部间隙421是为了确保数据区域412和413充分内嵌在胶片帧420中使得胶片记录器116能够可靠地寻址到数据区域412和413的整体来写入，并且胶片扫描仪132能够可靠地访问数据区域的整体来读取。隔行扫描场的视频内容的存档中的场间间隙423（对比第一和第二场412和413以夸大的比例示出）的存在，保证了每个场可被精确和清楚地存储和恢复，而没有引入可能由于扫描仪中胶片的对准误差引起的扫描后图像中的重大错误。在另一个实施例中，有可能没有场间的间隙423，即，一个实际上为零的间隙，在两个相互邻接的场间。然而，如果没有场间间隙423，扫描仪中的对准误差可导致一个场边缘附近的像素被读取或扫描为相邻场的像素。
胶片帧420中的特征图案包括，例如，色度元素430-432。色度元素可以包括一个中性梯度430，其在一个例子中是一个覆盖每一个颜色染料的最小至最大的密度范围的21级灰度（例如，密度为约0.05至3.05，每梯级为0.15，假设这样的密度是可以从新胶片存档126中的生胶片118中实现的）。正如前面所提到的，可使用密度梯度作为对老化影响的自校准工具。例如，如果发现梯度430明亮的端部（即，最小密度）在未来的某个时候扫描时变浓10％，解码器138通过按相应的数量减少在存档中最轻的或最低的密度来修正这种老化的影响。如果该梯度暗的端部（即，最大密度）变稀5%，那么该存档胶片中类似的暗像素将按相应的数量增加。此外，可以基于该梯度的两个读数，作出任一密度值的线性插值，并且通过使用跨接梯度430的额外读数该系统可以补偿非线性的老化影响。
色度元素还可以包括一个或多个基色或第二色梯度431，它在一个例子中是21级其范围从基本上只有一种染料（原色测量）或两种染料（测量第二颜色）的最小密度到最大密度。与上面对中性密度梯度的描述相似，也可以对由个别染料的老化所产生的密度偏移进行测量和提供赔偿。
为了更完整的特征，色度元素可包括代表特定的颜色的块432的集合。颜色的示范性集合一般与那些在针对色彩通信和控制的ANSI IT8标准中发现的类似，例如，通常用来校准扫描仪的IT8.7/1R2003Graphic Technology-Color Transmission Target for Input Scanner Calibration,由美国国家标准委员会发行,华盛顿特区；或者Munsell ColorChecker marketed by X-Rite,Inc.ofGrand Rapids,密歇根。这样的颜色强调色域中更自然的部分，提供比灰度或纯原色或第二颜色更具有代表性的肤色和植物的颜色样本。
可在一个单一胶片帧420的首部提供特征图案。在替换实施例中，帧420的特征图案可以在几个附加帧中的每一帧中完全相同地复制，其优势在于可在若干读数和适当的过滤的基础上消除噪声（例如，来自影响胶片记录、处理或扫描的污垢斑点）。在又一实施例中，也可以在胶片帧420之外的多个胶片帧之上的首部（图中未示出）提供特征图案以便，例如，提供更多的特征信息（例如，额外的色块或阶梯梯度）。例如，特征图案可以包括在一些胶片帧上提供的不同测试图案的序列，例如，在第一帧中用于测试灰度的测试图案，三个帧中的三个用于测试单独的颜色（例如，分别为红色，绿色和蓝色）的不同的测试图案，和另外具有包含有用的枝叶和皮肤色调图案的测试图案的四个帧。这种特征图案可以被视为推广至超过八帧的特征图案，或可替代地，视为在八个帧中提供的不同的特征图案。
图5示出创建胶片上的可冲印视频存档文件的过程500的例子。可通过如图1A中的胶片存档系统来实现流程500，从步骤510开始，提供数字视频数据108给（或由其接收）编码器112。在步骤512中，又提供了与该视频数据关联的对应的特征图案。特征图案，具有与编码器相兼容的格式（并且也与用于恢复视频的解码器相兼容），可以作为一个含有与视频数据有关的信息的文本文件提供，或作为将要并入视频帧的图像提供。这种并入可通过在不包含图像数据的可读/可写区域内，例如帧内间隙区域，作为首部预挂起（与特征图案一起形成前导字符）或包括在或作为一个或多个图像数据帧的合成来实现。特征图案包括一个或多个设计用于传递至少涉及以下之一的信息的元素：除了别的以外，视频格式，视频帧的时间代码，数据区域的位置，颜色或密度值，胶片存档的老化程度，胶片记录器和/或扫描仪的非线性或失真。
在步骤514，使用cLUT128（在下面结合图9和10讨论其创建）对视频数据108（例如，以Rec.709格式）的所有像素值和特征图案110进行编码，以产生已编码的数据114，其是对应于各个像素值的密度代码值。根据特征图案所描述的布局，特征图案和视频数据像素可能同时出现或共驻留在已编码数据114的一个或多个帧中，或者该图案和视频数据像素可能占据单独的帧（例如，在将该图案作为首部预挂起的情况下）。
使用cLUT对特征图案或视频数据的像素值进行编码意味着该图案或视频的数据基于一个非线性变换被转换为相应的密度代码值。图11中的曲线1130是cLUT的例子，它提供了视频码值和密度代码值之间的非线性映射或相关性。在这个例子中，来自特征图案中各种元素的原始像素代码，例如，中性梯度430，基色或第二色梯度431，或特定的色块432，表示为曲线1130上的实际的数据点（点）。
在步骤516，胶片记录器116将已编码数据114写入到生胶片118。在基于密度代码值（例如Cineon代码值）和胶片密度值之间的线性关系将记录器校准过后，潜在的图像根据各自的密度代码值使用合适的曝光在胶片底片上形成在。在步骤518，使用已知的或常规的技术来处理或冲印生胶片以便在步骤520生成胶片存档126。
可冲印的胶片存档126可以冲印为胶片，或使用电视电影直接转换为视频，这取决于使用的cLUT128。可以优化cLUT128用于冲印至特定的生胶片，或在具有特定的校准的电视电影上使用。在不同的生胶片上冲印，或者在不同地校准的电视电影机上使用，可以预见地，将有较低的保真效果。该cLUT的目的是将原始的视频Rec.709代码值映射为最适合在目标应用中直接使用的胶片密度值的集合，且仍然允许恢复原始Rec.709代码值。
图6示出从由存档创建过程500制作的可冲印的胶片存档（可以是老化的存档）中恢复视频内容的过程600的例子。在步骤610，将胶片存档（例如，图1A中的存档126）提供至胶片扫描仪，其通过读取和将胶片存档上的密度转换为对应的如Cineon码的胶片密度代码值生成胶片数据136。根据具体的存档和特征图案，没有必要扫描或读取整个胶片存档，但代替地，扫描或读取至少一个或多个数据区域，即，含有相对应于视频内容的数据的部分。例如，如果该特征图案仅包含视频数据的空间和时间信息（没有色度信息），那么在甚至无需扫描特征图案本身的情况下，有可能识别出正确的视频数据部分。（类似于胶片记录器，也基于密度代码值和胶片密度值之间的线性关系校准扫描仪。）
在步骤614中，基于有关特征图案的现有知识，解码器138从胶片数据136中选择或识别特征图案110的记录。在步骤616中，解码器138使用该特征图案，和/或与各种元素的配置（例如，某些对应于以白色开始，按照10个线性梯级步进的灰度的块，或某些代表颜色的特定顺序集合的块）有关的其它现有知识，以确定适合于胶片数据136的解码信息，包括数据区域和/或色度的位置和时间的规范。正如前面所讨论的，因为在本实施例中的特征图案通过使用与用于视频数据的相同的cLUT编码，它包含足够的信息使得作为解码动作的一部分，解码器可以获得或构建一个逆cLUT。在步骤618中，解码器138使用从步骤616得到的解码信息来解码包含视频数据的存档文件126内的数据区域，同时转换胶片密度代码值用来制作视频数据。流程600在步骤620结束，此时已经从视频数据中恢复视频。
图7示出另一个在胶片上创建可冲印视频存档的流程。在步骤710，数字视频数据108被提供给或由编码器接收。在步骤712，使用cLUT128对视频数据108中的各像素的值进行编码，即，该视频数据从数字视频格式（例如，Rec.709码值）转换成例如密度代码值的基于胶片的格式。同样地，图11中的曲线1130是cLUT的一个例子。
在步骤714，相应的特征图案110，即，与视频数据相关联的图案，也被提供给编码器。已编码的数据114包含使用cLUT编码的视频数据，和没有使用cLUT128编码的特征图案。替代地，该特征图案通过使用预定的关系对其编码，例如将该图案中色块的视频代码值转换成密度代码值的线性映射。
在一个实施例中，通过将Rec.709代码值转换为密度代码值来对该图案的数据进行编码，上述变换基于图11中直线1120代表的线性函数（在本例中的情况下，直线1120斜率为1，使得的Rec.709代码值完全与密度代码值相同）。
正如上面提到的，可分别在不同的帧中提供特征图案和视频数据（例如，像在图4中），或者特征图案可以包括在还包含图像数据的帧中，例如，在非图像数据区域（如在帧内间隙323中）。
在步骤716中，胶片记录器116将已编码数据114写入到生胶片118，在步骤718，对生胶片118处理以生成胶片存档126。可冲印归档文件的创建流程700在步骤720完成。在本实施例中，在步骤712没有使用cLUT128对特征图案编码。
与流程500的产物相同，从流程700中生成的存档126可以冲印到胶片，或使用电视电影直接转换为视频，具有相似的结果。
图8示出从存档创建流程700中生成的可冲印的胶片存档126中恢复视频的流程800。在步骤810，提供该可冲印胶片存档126（例如，可以是“老化的”存档文件）给一台扫描仪，如图1B中的胶片扫描仪132。在步骤812，通过将已扫描的读数从胶片密度转换为胶片代码值来制作胶片数据136。在步骤814，基于有关特征图案的现有知识，解码器138从胶片数据136中选择或标识出特征图案。在步骤816，使用该特征图案，和/或涉及该图案中各种元素的现有知识，来确定适合于胶片数据136的解码信息。该解码信息包括数据区域的位置和时间的规范，标准化的色度，和为了完善对色度的规范的一个逆cLUT148（其是在胶片存档的创建过程中用于编码视频数据的cLUT的逆）。在步骤818，解码器138使用来自步骤816的解码信息来对包含视频数据的存档126中的数据区域进行解码，并从胶片密度代码转换以生成视频数据。视频在步骤820从视频数据中恢复。
图7-8中的此编解码-解码方法（其中只有视频数据使用如图11中曲线1130的cLUT进行编码，并且基于如图11中直线1120的线性变换对该图案进行编码）特征化了胶片的整个密度范围如何随老化而移动或偏移，而图5-6中的方法（使用cLUT对视频数据和特征图案两者进行编码）不仅描绘了用于编码图像数据的胶片密度值的子范围如何偏移，也包含了逆cLUT，使得在解码时，不单独需要或应用逆cLUT。在图7-8的方法中，如果不保留用于对视频数据进行编码的原始cLUT用于反向查找，不能从特征图案中确定图11中曲线1130上的位置dlow,dhigh和dmid。
上述流程的其他变型可以包括从胶片存档中省略特征图案或它的一部分，即使其已被用于编码目的并提供在已编码文件中。在这种情况下，解码器可能需要附加信息来正确解码该胶片存档。例如，如果已经按照一个标准指定该图像的位置和密度，那么就没有必要在胶片存档中包括特征图案。替代地，该标准的现有知识或其他公约将提供用于解码的附加信息。在不需要扫描特征图案这个和其他的情况下，可以省略流程600和800中的步骤614和814。另一个例子可以涉及在胶片存档中仅包括该图案的一部分，例如，色块。为了对该存档进行解码，可与胶片存档分开地，提供用于理解该色块的附加信息给解码器。
在讨论本发明的胶片存档的制作中使用的cLUT的创建方法之前，在下面提供涉及cLUT的其他详细信息和背景。cLUT的使用在计算机图形和图像处理中是已知的。cLUT提供了一种从第一像素值（源）到第二像素值（目的）的映射。在一个示例中，cLUT将一个Rec.709代码值形式的标量值映射为一个密度代码形式的标量值（例如，图11中的线1130，其中Rec.709代码仅代表一个单一的颜色分量，例如像素的红色，绿色，或蓝色之一）。该单值LUT适用于不存在串扰或对当前目的来说可以忽略串扰的系统。可用一维矩阵表示这样的cLUT，其中对单独的基色（红，绿，蓝）单独处理，例如，具有红色值为10的源像素可能被转换为具有红色值为20的目的像素，而不管来源像素的绿色和蓝色的值。
在另一例子中，cLUT将代表源值的像素的颜色三元组（例如，代表R，G和B的三个Rec.709代码值）映射为代表对应的密度代码的三元组。这种表示在三色轴并不是真正的正交的时候是适当的（例如，由于对红色敏感和对绿色敏感的胶片染料之间的串扰产生，如果对绿色敏感的染料也对红光有一点敏感，或者如果当冲洗对绿色敏感的染料时，其对绿色光以外有非零吸收，则上述干扰可能会发生）。
可用一个三维（3D）矩阵表示cLUT，在这种情况下，三基色被视为源色立方中的将要转化成目的像素的3D坐标。在3D cLUT中，源像素中各基色的值可能影响任何、所有、或没有在目的像素中的基色。例如，具有红色值为10的源像素可能被转换为具有红色值为20、0、50等的目的像素，这进一步取决于绿色和/或蓝色分量的值。
通常情况下，特别是在具有大量的表示每种颜色分量的比特的系统中，（例如，10个或更多）成分，cLUT可能是稀疏的，即，LUT中只提供少数的值，其他的值根据需要进行内插供其使用。这节省了内存和访问时间。例如，一个密集的3D cLUT，具有10位的基色值，就需要(2^10)^3（其中2^10表示2的10次方），或略超过十亿条输入来为每一个可能的源像素值提供映射。对于cLUT是规范的（well-behaved），即，没有极端的曲率也没有不连续性，可以创建一个稀疏cLUT并且目的像素的值可通过众所周知的方法以内插值替换，所述方法涉及基于它们对应的源像素距离关注的源像素的相对距离按比例分配最近的邻元素（或最近的邻元素，和它们的邻元素）。通常用于Rec.709值的稀疏cLUT的合理密度是17^3，即，每个基色有17个值，沿每个颜色立方的轴，这会导致在cLUT中略小于5000次的目的像素输入。
图9示出用于创建适于在本发明中使用的cLUT的流程900，例如，图1A中的cLUT128。在这个例子中，其目的是创建一个可将视频代码值转换成适合于曝光胶片记录器116中的生底片118的胶片密度代码值的cLUT，并且生成的胶片存档126可选地适于制作出胶片拷贝166，使得检查投影系统168的和显示器152与154中任一个的输出的操作者会感知到明显的匹配。
流程900开始于步骤910，原始视频代码空间（在这个例子中为Rec.709），被描述为参照场景的（scene-referred）。
在步骤911，视频数据从它原来的颜色空间（例如，Rec.709）转换成参照观众的（observer-referred）颜色空间（例如XYZ），其是1931CIE染色表中的坐标系统。这通过在Rec.709代码值上施加一个指数来实现（伽玛值为2.35或2.4，适于被认为是典型的用于观看电视的客厅或书房的代表的“周边暗淡”的观看环境）。转换为参照观众的颜色空间的原因是因为cLUT的目的是制作出一部呈现给观众时与所述视频看起来一样，尽可能接近的影片。在将观众作为参考点（因此术语为，“参照观众的”）的颜色空间中，因为这是最方便实现的。
请注意，术语“参照场景的”或“参照输出的”，为本领域技术人员所公知，被用来描述在一个给定的颜色空间中代码值实际上限定的是什么。在Rec.709的例子中，“参照场景的”指参照场景中的某些东西，特别地，在照相视角中，参照来自校准卡的反射的光量（一片物理纸板，其上有专门印刷的，专门地哑光的色块）的摄像头（卡的白色应该是码值940，卡的黑色应该是码值64，也定义特定的灰色色块，以设置指数曲线的参数）。“参照输出的”是指代码值应该产生特定的在监视器或投影屏幕上的光量。例如，针对一个代码，屏幕需要发出多少英尺朗伯（foot-Lambert）的光。Rec.709指定使用什么基色以及哪个颜色对应白色，所以在该标准中有一定“参照输出的”意义，但代码值的关键定义是“参照场景的”。“参照观众的”与人类如何感知光线和色彩相关联。XYZ颜色空间是基于对人类如何感知颜色的度量，并且不受例如系统使用哪些基色来捕捉或显示图像之类事情的影响。XYZ空间中定义的颜色看起来是一样的，而不管它是如何产生的。因此，两个对应于相同的XYZ值的表述（例如，影片和视频）看起来是一样的。有其他参照观众的颜色空间，例如，Yuv，Yxy等等，这些都或来自1931CIE数据，或来自其稍微改变了某些细节的更现代化的改进。
在步骤912，进行检查或查询以确定所得到的色域（即，转换为参照观众的颜色空间（识别为XYZ1）后的图像数据的色域）是否显著超过表示在胶片上的（由什么构成“显著”是一个政策问题，除其他事项外，很可能与以什么程度和持续时间超越胶片色域有关）。如果做出没有显著超越胶片色域的判断，之后（在色域XYZ1中）参照观众的代码传递至步骤914。胶片色域是指所有可以呈现在胶片介质上的颜色的轨迹。当有需要的颜色无法在胶片上表示时，胶片色域被“超越”。胶片色域在一些地方（例如，深青色，黄色，红紫）超越视频色域，在其它地方（例如，深红色，绿色和蓝色）视频色域超越胶片色域。
否则，如果在步骤912中，担心XYZ1中的色域会显著超过胶片拷贝166的色域，那么在步骤913重新映射该色域来生成重整的色域（仍然在XYZ颜色空间中，但现在识别为XYZ2）中的代码。注意，色域不是颜色空间，但是颜色空间中值的轨迹。胶片的色域是可以以胶片表达的所有可能的颜色，视频的色域是可以以视频表达的所有可能的颜色，特定的视频数据（例如，视频数据108）的色域是实际在该视频数据整体中使用的独特颜色的集合。通过将其表示为XYZ颜色空间，可以比较否则不相像图像（胶片是一种吸收介质，视频显示器是发射的）的色域。
许多色域重新映射的技术是已知的，最成功的是来自不同色域区域中不同技术的杂交相结合的结果。一般情况下，色域重新映射在感性统一的颜色空间（参照观众的颜色空间的特殊子集）中执行的最好，CIE1976（L*，a*，b*）颜色空间（CIELAB）尤其适用。因此，在色域重新映射步骤913的一个实施例中，使用Rec.709白点（光源）将XYZ1色域中的代码转换为CIELAB，将所得的代码重新映射到基本上不超过胶片色域，并之后重新转换回XYZ颜色空间以生成修改后的色域XYZ2，此时具有不显著超越已有胶片色域的特性。
在CIELAB而不是XYZ颜色空间上执行色域的重新映射的价值或有益之处在于对某些颜色作出的特定规模的变化在可感知到的变化程度上与在色域中其它地方（即，对其他颜色（CIELAB的一个属性，因为它是感知上统一的））做出的同等规模的变化相似。换言之，在CIELAB空间中，沿颜色空间中任何轴的一定量的相同的变化，在任何方向上，被人类认为是“相同大小”的变化。这有助于提供一种域的重映射，当在色域的某些区域的一个方向上以及该色域的其他区域的不同方向上（或完全不）修改颜色时，其不会产生令人不安的或其他多余的伪像。（由于视频显示具有与胶片色域不同的色域，视频色域会有一定的颜色在胶片色域中消失。因此，如果在胶片色域无法找到视频色域中明亮、饱和的绿色，那么，通过在XYZ空间的负y方向（一般来说）移动该绿色而重新映射该颜色。这将有使该特定绿色饱和度降低的趋势效果（向XYZ空间CIE图的白色区域移动“白向的”）。然而，由于色域中的绿色被重新映射为一个颜色较浅的绿色，可能需要在类似的方向上移动或修改原始视频色域中其他的绿色颜色，但也许是以不同的量，以保持固化在色域中的效果。）
例如，如果视频数据108中要求某些饱和的绿色，但这些都是在胶片拷贝166可重现的色域之外，那么视频数据108中的这些饱和绿色在映射步骤913将会变得低饱和和/或低明亮。然而，对于没有超出可用胶片色域的其它附近的值，有必要使用重映射来避免与必须被重新映射的值重叠。此外，除避免重叠外，还应努力使得映射尽可能平滑（在可感知的颜色空间），以减少发生可见伪像的可能性（例如，马赫带）。
在第914步，通过逆胶片冲印仿真（iFPE）处理自然色域（XYZ1）或重新映射域（XYZ2）内的代码。可用一个函数或一个表示该函数的cLUT来表示iFPE，就像构建其它cLUT一样（虽然由于不同的原因和基于不同的经验基础）。在这种情况下，表示iFPE的cLUT将XYZ颜色值转换成胶片密度代码，并且可以实现为一个3D cLUT。胶片冲印仿真（FPE）是生胶片118和162以及投影系统168的光源（投影灯及反射光学器件）的表征，它将将要提供给胶片记录器116的一组密度值（例如，Cineon代码）转换成在浏览投影系统168时所希望对其进行测量的颜色值。FPE在电影业的数字媒介制作工作中是众所周知的，因为它允许在数字监控器工作的操作员对拍摄进行色彩校正并且依靠该在数字和基于胶片的影片分布中都看起来正确的校正。
如上述对稀疏FPE的描述，FPE可以以良好的效果充分表示为17x17x17的稀疏cLUT。反转FPE来生成iFPE是简单的数学操作（对本领域的普通技术人员来说）。然而，在许多情况下，17x17x17cLUT的逆可能无法提供足够的平滑性能和/或规范的边界效应。在这种情况下，使用一个较低的稀疏矩阵对将要进行逆变换的FPE建模，例如，34x34x34，或使用一个在表现出更高的变化率的区域具有更密集的采样的非均匀矩阵。
在步骤914中iFPE的结果是产生对应于所提供的色域（即Rec.709的色域）的XYZ值的胶片密度代码（例如，Cineon20个代码）。因此，聚类变换915，将视频代码值（例如，Rec.709）转换成在已编码文件114中可用于制作胶片底片的密度代码，冲印该胶片底片时将在胶片（如拷贝166）上产生原始视频内容102的可理解近似。对应步骤910中的初始代码的胶片密度作为cLUT128在步骤916存储。cLUT创建流程900生成cLUT128后在步骤917结束。该cLUT可以是1D或3D的。
图10示出了另一个cLUT的创建流程1000，它在步骤1010以视频代码（再次，使用Rec.709为例）开始。在步骤1015中，使用总函数915简化的近似来表示从视频代码空间到胶片密度数据（再次，使用Cineon代码为例）的变换。简化的一个例子是跳过步骤912和913。另一种简化可以是将Rec.709到XYZ再到密度数据结合成单一的伽玛指数和3x3矩阵，也许还包括足够的缩放以确保不超过胶片色域。但注意，这样的简化将造成冲印存档时图像质量的下降。这样的简化可能会也可能不会改变恢复的视频数据的质量。在步骤1016中，在简化的cLUT（它可能与步骤916中一样密集，也可能更简单地建模，例如，作为每个基色的一维（1D）LUT）上填充值。在步骤1017中，这种简化的cLUT是与cLUT128一样是可用的。
图11示出了表示从Rec.709代码值1111到Cineon密度代码值1112的示例转换的图1110。
可以使用线性映射或函数1120来制作一部视频内容的胶片存档，该存档目的不在用于冲印，其属性的目的是优化写和使用最优或接近最优的噪声分布（即，每个写入的代码值由胶片上相同大小的密度值范围表示）恢复代码值（通过胶片记录器116和胶片扫描仪132）的能力。在这个例子中，线性映射1120将Rec.709代码值范围（64至940）映射到具有相似值（并且“合法的”，即符合Rec.709的）的Cineon代码值（64至940）。结合这种手段的方法由Kutcka等在美国临时专利申请号为61/393858，题为“Method andSystem of Archiving Video to Film”中讲授。然而，线性映射1120不适合于期望从其中制作出胶片冲印166或电视电影转换的胶片存档，因为深色的颜色即使不黑显得过暗，浅色的颜色即使不是剪辑的白色也会显得太亮。
非线性映射或函数1130，可由cLUT128（为清楚起见，此处显示为一个1D的cLUT）描述，在单一的维度（而不是3D）中，是流程900的结果。在这个例子中，即应用到Rec.709视频代码值范围（64...940），标准化为该标准的线性光值，自乘到指数γVIDEO=2.35次幂（适于“周边暗淡”观看环境的伽玛值，但另一种常见的选择为2.40），其产生的线性光值的范围“l(v)”显示在下面的公式中：
公式1：
l ( v ) = ( ( v - v LOW ) ( v HIGH - v LOW ) × ( l HIGH 1 / γ VIDEO - l LOW 1 / γ VIDEO ) ) γ VIDEO
其中VLOW=64并且VHIGH=940是下限和上限的代码值，每个分别对应线性光值lLOW=90％和lHIGH=1％。这来源于Rec.709的规范，值64应该是分配给黑色（1％反射率）测试块的代码值，值940应该是分配给白色（90％反射率）测试块的代码值，因此先前语句描述Rec.709是“参照场景的”。注意对于使用其他的视频数据代码的实施例，可能使用不同的值或公式。
为了转换为胶片密度代码，确定一个对应于视频代码值的中点视频代码vMID，该视频代码值对应于灰色的（18％反射率）测试块，即，满足公式：
公式2：l(rMID)=0.18
对vMID解公式EQ.1和EQ.2，给出值约为431。在Cineon胶片密度代码中，同样对应于灰色的（18％反射率）测试块的胶片密度代码值dMID是445。一个常见的胶片伽玛值是γFILM=0.60，虽然取决于所使用的底片生胶片118，可能会选择其他值。Cineon胶片密度代码提供每增量对应的线性密度变化，并且密度是透射率的倒数的log10，因此附加的常数s=500指定每十年的步长的数目。建立了这些数值后，从视频代码值到胶片密度值的转换在这个公式中表示：
公式3：d(v)＝γFILM·s·(log10(l(v))-log10(l(vMID)))+dMID
图1110中的非线性映射1130是视频代码范围为64至940的d(v)的曲线图。例如，dLOW=d(vLOW=64)=68，dMID=d(vMID=431)=445，以及dHIGH=d(vHIGH=940)=655。需要注意的是密度代码会被四舍五入到最接近的整数值。
对于曲线1130的非线性特性，对于视频码值（v）小于256左右，增量视频代码“v”，可能会导致非连续的胶片密度代码“d”，因为在该区域中，曲线1130的斜率大于一。（例如，取代对应连续或增量视频编码的具有连续的胶片密度代码如1、2和3，该序列中的密度代码可能是1、4、7。当通过扫描胶片存档来进行密度读取时，也许带有一点噪音，密度读数3、4、或5都将映射到对应的密度代码是4的视频代码。因此，这些密度读数具有一定程度的抗扰度。）对于大于256左右的视频代码值，曲线1130的斜率小于一，增量视频代码当舍入为整数时可能导致重复的密度代码，即，可能有两个不同的超过256的视频码值具有相同的密度代码值。（作为例如，对于密度代码701，可能会有两个不同的视频代码对应于该密度代码。如果读回密度代码时带有一个计数的密度错误，可能会导致可能相差几个计数的视频代码。因此，在该区域中，读取和反向转换是额外的噪声量。）作为结果，当从胶片存档126中恢复视频代码时，图像的较明亮的部分会噪声稍多并且图像的暗色部分会噪声稍少，相比于从胶片上的视频存档使用1：1的线性变换恢复1120的视频代码来说。然而，当需要有将存档冲印至胶片或使用电视电影扫描的能力时，这种代价是值得的。（注意，由于线性转换函数1120相比曲线1130具有较大的最大密度，从该线性转换方法得到的胶片存档将导致胶片拷贝中明亮的颜色被放大，即，过度明亮。同样地，胶片拷贝的暗色颜色会比使用曲线1130的胶片拷贝的相应暗色更暗。该效果是，来自使用线性转换1120做出的胶片存档的拷贝会产生具有过高的对比度的胶片拷贝，例如，达到大部分的图像太暗或太亮的程度。）
在上述实施例中，作为一种高效的计算工具或方法来使用LUT，将其作为“简略的表达方式”以覆盖更一般的变换，可选地可以将其建模为可计算的函数。如果需要，可以确定代表变换的实际方程，并且可以反复计算以获得每个将要进行转化或转换的像素或值的相应的代码值。cLUT，无论是1D或3D的，稀疏的或以其他方式，是用于处理转换的可能的实现。使用cLUT是有利的，因为通常在计算中使用它的成本不高，而在每帧中将发生数百万次计算。然而，创造不同的cLUT需要不同的计算量（或不同数量和种类的测量，如果由于实际的变换是未知的、太难以计算，或难以得到其参数而必须凭经验创建cLUT）。
虽然以上描述是针对本发明的各种实施例，不脱离其基本范围的情况下，可以设计出本发明的其他实施例。例如，在上面的例子中所描述的一个或多个特征可以被修改，省略和/或以不同的组合使用。因此，本发明根据下面的权利要求来确定适当的范围。

Claims (15)

1.一种在胶片上对视频内容进行存档的方法，包括：
通过基于非线性变换，至少将数字视频数据转换为胶片密度代码来对数字视频数据进行编码；
提供已编码的数据，其中包括已编码的数字视频数据和与该数字视频数据相关联的特征图案；
根据胶片密度代码将已编码数据纪录在胶片上；以及
从具有已记录的已编码数据的胶片中制作胶片存档。
2.如权利要求1的方法，其中，通过基于非线性变换将所述特征图案的像素值转换成胶片密度代码来对所述已编码数据中的特征图案进行编码。
3.如权利要求1的方法，其中，通过基于线性变换将所述特征图案的像素值转换成胶片密度代码来对所述已编码数据中的特征图案进行编码。
3、如权利要求1的方法，其中，使用代表非线性变换的颜色查找表来执行该编码。
4.如权利要求1的方法，其中，所述特征图案提供涉及数字视频数据的时间，空间和色度信息中的至少一种。
5.如权利要求1的方法，其中，所述特征图案包括视频帧的时间代码、指示视频数据在胶片存档上的位置的元素、以及代表预定的像素代码值的色块中的至少一种。
6.如权利要求1的方法，其中，所述特征图案包括数据、文本和图形元素中的至少一种。
7.如权利要求1的方法，其中，所述特征图案还包括：
密度梯度和代表不同颜色成分的色块中的至少一种。
8.如权利要求1的方法，其中，非线性变换如下创建：
将来自原始颜色空间的数字视频数据转换为具有不超过胶片色域的色域的参照观众的颜色空间；
使用逆胶片冲印仿真变换，将参照观众的颜色空间中的数字视频数据的代码值转换为胶片密度代码；
存储转换后的胶片密度代码作为非线性变换使用。
9.一种用于从胶片存档中恢复视频内容的方法，包括：
扫描胶片存档的至少一部分，该胶片存档包含已编码为基于胶片的数据的数字视频数据和与该数字视频数据相关联的特征图案；其中已通过非线性变换将所述数字视频数据编码为基于胶片的数据；并且
基于包含在特征图案中的信息对所述胶片存档进行解码。
10.如权利要求9的方法，其中，已通过非线性变换将所述胶片存档中特征图案的像素值编码为基于胶片的数据。
11.如权利要求9的方法，其中，所述特征图案提供涉及数字视频数据的时间、空间和色度信息中的至少一种。
12.如权利要求9的方法，其中，所述特征图案包括数据、文本和图形元素中的至少一种。
13.如权利要求9的方法，其中，所述解码基于涉及所述非线性变换的信息执行。
14.一种用于在胶片上对视频内容进行存档的系统，包括：
编码器，用于生成包含对应于数字视频数据以及与该视频数据相关联的特征图案的基于胶片的数据的已编码数据，其中，通过非线性变换将所述数字视频数据和所述特征图案的像素值编码为基于胶片的数据；
胶片记录器，用于在胶片上记录所述已编码数据；以及
胶片处理器，用于对所述胶片进行处理以制作胶片存档。
15.一种用于从胶片存档中恢复视频内容的系统，包括：
胶片扫描仪，用于对所述胶片存档进行扫描以生成基于胶片的数据；
解码器，用于从所述基于胶片的数据中识别出特征图案，并且用于基于该特征图案对该基于胶片的数据进行解码以生成用于恢复视频内容的视频数据；其中，所述基于胶片的数据通过非线性变换与所述视频数据关联。
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