CN1813219A - 可变密度胶片声迹的数字再现 - Google Patents

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Abstract

本发明有利地通过以光束扫描胶片，以便通过成像器(100)以数字信号的形式捕捉图像，恢复体现在电影胶片(20)的声迹(25)上的音频信息。经由控制器(400)把数字信号存储在存储机构(300)中，并进行后续处理。控制器(400)运用一个或多个统计处理算法，以便消除体现在声迹中的音频的缺陷并提高其质量。

Description

可变密度胶片声迹的数字再现
相关申请的交叉引用
本申请在35U.S.C.119(e)下要求2003年5月2日提交的美国临时专利申请序号60/467798的优先权，其理论被结合于此。
技术领域
本发明涉及模拟的以光记录的声迹的再现，具体地说，涉及在可变密度记录技术中记录的信号质量的恢复。
背景
光学记录技术仍旧是建立模拟电影声迹的主要方法。这样的光学记录技术可以采用可变面积方法，由此，来自校准光源的照明通过用音频信号调制的光闸。该光闸与音频信号的强度或电平成比例地打开，结果来自光源的照明光束在宽度上被调制。这种变化宽度的照明使单色摄影胶片曝光，处理后得到黑色音频波形包络，在波形末端被基本上透明或彩色的胶片基底材料包围。用这样的方法，曝光和显影后的胶片的宽度代表音频信号的瞬时振幅。
存在第二种记录模拟电影声迹的方法，其中音频信号使摄影声迹的总宽度可变地曝光。采用该方法，称作″可变密度″，整个声迹宽度的曝光量按照音频信号的振幅改变，产生声迹，其光透射率在具有相对较高的光透射率的基本上透明或彩色的基底胶片材料与曝光和显影后的摄影材料的低透射率或高密度区域之间变化。因而，音频信号的瞬时振幅由透过该曝光和显影后的胶片声迹宽度的照明透射的变化代表。该记录方法的缺点是不良的、低的信噪比和把胶片曝光到传递特性呈非线性的区域而造成的信号振幅失真。另外，当紧邻预期曝光区域的胶片声迹的部分变得既受记录狭缝周围光衍射影响，又受胶片乳剂内散射影响时，互调失真产生。
因而，采用或者可变密度或者可变面积记录方法，音频调制(声音)都可以通过适当地收集透过声迹区域的照明来恢复，一般借助于光电检测器。图1以大大地简化的形式描述记录可变密度模拟声迹的方案。
上述模拟胶片声音记录技术招致在胶片记录、印制和后续处理过程中的物理损伤和污染引起的缺陷。因为这些记录技术使用摄影胶片，记录中所用的光量(密度)和曝光时间(曝光量)构成关键参数。正确的记录密度可以通过一系列测试确定，以便确定落在胶片的传递特性的线性部分内的最高和最低可能密度。
在其上记录声音的生胶片一般只对蓝光照明敏感。这样的生胶片一般采用灰色抗光晕染料，大大减少或消除光晕效应。光晕作为从胶片基底的背面反射的结果而出现，引起不希望有的乳剂的二次曝光。一般，可变面积声迹具有0.5和1.6之间的γ。
可变密度记录方法的频率响应由不同的参数确定，例如，所调制的光通过的狭缝的宽度、胶片的曝光量以及与光漫射直接相关的胶片的调制传递函数(MTF)。曝光时间越长，记录的频带宽度越窄。
最佳密度是作为信噪比、互调失真和非线性曝光中间的折衷的结果出现的。最佳密度可以通过曝光测试确定，求出图像扩散造成的互调失真的低得可接受的值。
除非线性密度和互调失真以外，还会造成其它缺陷。例如，曝光或未曝光区域的密度可能随机变化或者可能在跨越或沿着声迹区域的各段中变化。在声迹重放过程中，这样的密度变化直接转变为夹杂着想要的音频信号的寄生噪声分量。
另一个声迹退化的来源是作为以各种方式强加在胶片上和/或在再现过程中招致的机械缺陷的结果出现的。一个这样的缺点使胶片或其上的声迹相对于固定的换能器摇晃或横向移动。胶片摇晃可能造成重现的音频信号的不同形式的缺陷，诸如振幅和相位调制。
正如所讨论的，模拟光学记录方法仍旧固有地易受处理过程中胶片的物理损伤和污染的影响。例如，污垢或粉尘可以引入暂态的、随机噪声事件。类似地，胶片的曝光或未曝光区域中的刮痕可以改变声迹的光学透射特性，并引起严重的暂态噪声尖峰。另外，其它物理的或机械的后果，诸如胶片穿孔、不适当的胶片路径接头或有关的胶片损伤，都可能给声迹引入不希望有的循环重复效应。这些循环变化可以引入假的照明并引起低频蜂音，例如具有约96Hz的富于谐波的矩形脉冲波形，与想要的音频信号夹杂在一起。类似地，图像区域光泄漏到声迹区域中也可引起与图像有关的音频退化。
传统的模拟声迹阅读器重现透过胶片的光的变化连同它的全部缺陷。至今，这样的阅读器没有对前面讨论的可变密度声迹异常和缺陷提供任何校正。欧洲专利EP 1091573传授对印制中误差造成的密度变化或浓淡变化和CCD成像器扫描声迹产生的噪声的影响的补偿。但是，该专利没有解决互调失真的影响，另外还传授了8位信号量化的使用，这会造成约为49dB的低得无法接受的信噪比。
德国专利申请DE 197 29 201 A1公开一种扫描模拟光学记录的声迹的电视电影。该公开的设备扫描声音信息信号，并对输出值施加二维滤波。德国申请DE 197 33 528 A1描述一种立体声信号用的系统。求值电路只提供左或右声音信号或者作为单声道输出信号提供这两者的和信号。
显然，需要一种方案，允许模拟光学记录的声迹的再现和处理不仅基本上消除上述缺陷，而且增强所再现的音频信号的质量。
发明简述
简言之，按照本原理的第一方面，通过使用数字信号处理来恢复模拟的光学记录的可变密度声迹。一种有利的方案使用线阵列成像器，一般为CCD成像器，来扫描和形成可变密度声迹的图像，用以作为数字信号存储在存储系统中，存储系统一般是硬盘或这类硬盘的阵列。成像器输出信号以至少12位分辨率量化，以便在所得音频信号中获得约74dB的可接受的信噪比。从所存储的声迹图像提取音频信号，使用一个或多个方法对其进行统计处理，以便消除缺陷和恢复质量。
该统计处理技术可以包括以下各项中的一个或多个：
1)对每一条扫描线上的像素强度求平均值。
2)在每一线的扫描数据中使用标准偏差，以便消除无关像素值。
3)建立查找表，以便校正从胶片密度传递特性的非线性区推导的数据值。
4)对像素强度值进行统计和回归分析，以便扩展到胶片密度传递特性的非线性区以外。
5)自适应滤波，以便把互调失真的影响减到最小。
在本原理的另一方面，用2048个像素的线扫描CCD成像器扫描模拟可变密度光学声迹。来自光源的光穿过胶片的声迹区域，用以由CCD成像器成像，并基本上填充该CCD成像器的宽度。声迹记录的变化密度造成CCD成像器成像的相应光变化。CCD的输出信号以12位分辨率被量化，并存储在存储系统中，存储系统一般采取廉价磁盘冗余阵列的形式。CCD成像器的曝光时间与控制胶片传送的双相驱动信号同步；从而提供每秒约30000次扫描的曝光速率，这在所得声迹信号中产生15KHz的标称带宽。
胶片颗粒或粒度会造成不希望有的信号振幅变化或随机噪声，为了补偿其影响，使用一个或多个统计处理方法。
1)第一种方法处理数据信号，以便在每一线扫描过程中通过对全部像素值求和并除以2048，确定胶片密度的平均值。该平均值代表对想要的音频振幅的良好近似，同时把随机噪声的影响减到最小。
2)第二种有利的处理方案由以下构成：计算每一条扫描线中每个像素的标准偏差，并消除偏差高于用户定义的阈值的像素值。其后，算出平均值，以便获得噪声降低的瞬时振幅。
3)第三种有利的处理方案使用一个或多个″查找表″，以便纠正落在图2所示的曝光量对数与密度(H与D)曲线的非线性足部和肩部区域的曝光量或密度值。构造查找表，利用例如对数或三次多项式函数来使该特性的足部区域(AB)线性化，用指数和平方率函数使胶片传递定律的肩部(CD)线性化。各种校正定律是用户可选的，以便允许处理后的音频的比较求值。另外，用户可以选择要用可选查找表进行校正的像素值(强度)的范围。例如，可以选择采用不同校正定律的不同的表用于传递特性的足部和肩部区域，其中校正插入来自用户选定的RAID阵列的成像信号的点(像素值)。
4)第四种有利的处理方案使用回归分析技术，以便使光学声迹的响应曲线线性化。在这种方案中，函数形状和像素强度的范围不是由用户输入，而是计算机完成对整个声迹动态范围的抽样，并算出响应的斜率和截距的估计值。确定像素值范围所代表的方程或数学函数之后，可以估计超出胶片特性的线性范围的其它点，并可以扩展或线性化声迹的整个动态范围。可以对该线完成其它线性操作，诸如在X和Y轴上移动一个用户定义的值。
5)互调失真的影响表现为同时取决于频率和曝光量(声音振幅)的振幅峰值的不对称增大。低密度的声迹区受互调失真影响很小。形成滤波器函数，以便从任何给定线减去前一条和后一条扫描线的测量强度的百分数。一般边沿衍射效应产生强度的正弦下降，因而，可以用来自相邻线扫描的数据形成有利的校正函数。要用来设置滤波器系数的扫描线的范围应该是用户可选的，其中通过收听测试确定最佳值。线扫描速率对该参数有巨大影响，因为较大的样本数量将以较高的准确性描述声迹。
按照本原理的另一方面，用于重放模拟光学记录声迹的设备包括传送装置，用以传送具有这样的声迹的胶片。扫描装置只产生该模拟光学记录声迹的图像信号。对准装置对准扫描装置，使得声迹的图像信号基本上填充扫描装置的宽度。处理器处理图像信号，以便形成音频输出信号。
按照本原理的又一个方面，提供一种消除胶片上模拟光学记录声迹的位置变化的方法。该方法包括以下步骤：(a)传送胶片，胶片包括带有会经受位置变化的音频代表包络的声迹，(b)在传送过程中用所述音频代表包络形成声迹的数字图像，(c)使所述声迹的数字图像与音频代表包络对准，以便保证胶片上的所述声迹的位置变化和音频代表包络的峰值仍旧在数字图像内，和(d)处理数字图像，以便只分离音频代表包络并由此形成音频输出信号。
本原理的另一个方面便于声迹重放过程中扫描装置的方位对准。该设备包括胶片传送器，用以传送包括模拟光学记录声迹的胶片。扫描装置产生只有声迹的图像信号，并且经过对准，使得声迹的图像信号基本上填充该扫描装置的宽度。方位对准装置把扫描装置定位得使所述声迹的图像的相等密度值以基本上同样的亮度同时显示。
附图简述
图1举例说明模拟可变密度声迹记录方法的一个图解表示；
图2举例说明曝光量对数(H)与密度(D)的曲线图；
图3举例说明用以按照本原理处理光学记录模拟声迹的系统的框图；
图4举例说明一段模拟可变密度声迹，以说明互调失真的原因；
图5举例说明有某些缺陷的模拟可变密度声迹的扫描灰度图像；
图6举例说明按照图3的处理系统使用的控制面板；
图7A举例说明一个流程图，表示与按照本原理的方位对准相关联的一系列步骤；
图7B举例说明一个流程图，表示与体现在模拟光学记录可变密度声迹中的音频的校正处理相关联的一系列步骤；
图8A举例说明一个示意图，表示有方位误差地重现的声迹包络；
图8B举例说明一个示意图，表示方位误差被校正后重现的声迹包络；以及
图9举例说明γ响应曲线，其X轴表示像素强度值，而Y轴表示用各种函数获得的新像素强度。
详细描述
图3描绘按照本原理的一个方面的系统的原理框图，用以在一个电影胶片20上再现和处理模拟光学记录音频声迹。图3的设备包括光源10，其光线投射在胶片20上，胶片包括音频声迹25，在图3中用一个夸张的宽度尺寸描绘。该音频声迹25是借助于可变密度记录方法光学记录的。
在一个传统的胶片声音再现器中，来自光源10的光穿过胶片20和声迹25，以致于以按照用于曝光该胶片以记录声迹的方法而变化的强度射出。光电池或固态光电检测器(未示出)收集该强度变化的光。光电传感器一般按照透射光的强度产生电流或电压。来自光电传感器的模拟音频输出信号经过放大和处理，以便改变频率内容，来改善或减轻记录声迹的声学特性上的缺陷。但是，这样的频率响应处理一般不能在不消极影响想要的音频内容的情况下补救缺陷。
在图3所示的本发明方案中，光纤装置(未举例说明)引导来自光源10的光形成投射光束，用以照亮声迹25。可变密度声迹25用来在强度上调制该光，供光学组75收集。光学组75一般包括透镜组件、延伸管和波纹管(未示出)，它们经过安排而形成跨越构成摄像机100的一部分的CCD线阵列传感器110的宽度的完整声迹宽度的图像。
该光学组75的波纹管延伸管和透镜准确地调整为使该标准化记录声迹位置成像。但是，提供手动调整，允许聚焦、曝光和图像尺寸调整或缩放控制，以便允许记录的胶片面积以声迹小面积基本上填充最大传感器宽度。摄像机100的安装系统还便于横向和方位调整。横向调整(L)，如在图3所看到的，允许横向错误定位的声迹成像例如消除链齿或穿孔产生的蜂音或图像有关的光溢出。另外，在这样的横向图像调整无法消除可闻的链齿孔或穿孔噪声或图像溢出的严重情况下，可以调整摄像机和透镜，以便用所定位的记录包络的一部分基本上填充传感器宽度，以避免有问题的照明噪声源。
光学组75的透镜及其他组件的选择在很大程度上由音频光学声迹宽度和成像器阵列的宽度确定。35毫米胶片的光学声迹具有2.13mm的标准化宽度，而根据10微米的像素尺寸，CCD成像器100的近似长度约为20.48mm。因而，为了使35mm胶片的声迹的最大宽度能够填充成像器宽度，要求图像放大倍数约为10∶1。类似地，对于16mm胶片，其光学声迹具有1.83mm的宽度，为了填充成像器宽度，要求加上56mm延伸管或波纹管。
摄像机100(例如Aviiva类型M2-CL摄像机)受到帧抓取器(CTRL)200(例如Matrox Meteor II CL数字板)控制，它在胶片20连续地横穿投射光束时，使图象捕获和表示声迹25的线扫描图像的12位数字信号的产生同步。CCD成像器110有2048个像素，并提供并行数字输出信号120，量化为12位，并能够以约60MHz的像素速率操作。
数字图像信号120代表跨越该声迹25宽度的2048个相继的测量值，它们作为表示透过声迹的光的瞬时光透射率的12位灰度信号被捕获。这种连续的一连串声迹宽度图像(表示透射率/密度测量值)作为声迹25的连续数字图像被存储在被描绘为示例性RAID系统的存储系统300中。
在帧抓取器200的控制下，并响应用户控制，摄像机100按照CameraLink或RS 622输出信号格式产生它的12位并行数字输出信号120。量化为12位分辨率的2048个像素的线阵列传感器的使用提供到约74dB的量化噪声比的适当信号，并且其分辨率足以在没有重大的频率响应失真的情况下捕获声迹包络图像。控制摄像机100的帧抓取器200可以通过同步接口250提供到NTSC或HD电视同步脉冲的同步，还允许足够的输出数据速率，以便在标称为24fps的正常工作速度下捕获声迹图像。
除成像考虑以外，必须考虑所处理音频信号的要求的带宽。例如，若要求15kHz的再现的音频带宽，则需要30kHz的抽样或图像扫描速率。因而，以30kHz的示例性抽样率，对于每一次图像扫描(声迹线扫描)，摄像机100将输出表达为12位字的2048个像素，产生每秒3072*30*103或92.1兆字节的输出数据速率。因而，一分钟的声迹要求约5.53吉字节的存储。这种存储容量要求可以由RAID系统300提供，它一般包括超宽SCSI 160驱动器。
图3的设备包括控制器400，它对存储在存储系统300中的数字信号执行一个或统计处理操作，以便恢复体现在声迹25上的音频特性。控制器400包括操作系统(OS)，通过方框405举例说明地描绘，它向用户提供可视菜单和控制面板，用以呈现在显示器500上。当执行一个或多个应用程序410以便处理存储的数字信息时，响应所显示的信息，用户可以通过键盘600输入信息，供控制器400使用。
控制器400连同显示器500和键盘600可以包括个人计算机。作为备选方案，控制器400可以包括定制的处理器集成电路或这类电路的组合，耦合到显示器500和键盘600。不管它的形式如何，控制器400必须支持与摄像机数据相关联的高传输速率和要求至少512MB的RAM，连同Ultra SCSI 160或可以维持高传输速率的光纤信道接口。另外，控制器400应理想地包括双处理器，以便允许并行处理，这可以既提高处理速度又提高性能。
操作者通过键盘600或通过鼠标选择图标(数字AIR II)激活图3的系统，它产生呈现在显示屏500上的类似于Windows的控制屏幕安排，细节示于图6。各种操作模式，诸如预览、记录、停止、处理和导出作为工具条功能出现在显示器的边缘区域。最初，操作者可以从工具条功能选择预览模式，这有利地使声迹开始运动，并在图3的显示屏500上形成声迹图像。灰度图像允许摄像机和光学元件对准所记录声迹。操作者可以调整图3的光学组75，以便保证声迹图像基本上填充成像器110的宽度，并通过保证适当的CCD曝光，提供良好的图像信噪比，这可以在负片和正片之间不同，而且取决于生胶片的类型。
有利的是，实时图像不仅提供声迹的图像，而且还表明产生从链齿孔发射的照明的干扰的存在，或可能污染声迹的图像区域。这个不希望有的光的进入可以通过利用屏幕上的摄像机图像消除，以便允许操纵光学组75，通过利用图像缩放仔细使声迹成帧、摇摄和俯仰，以及通过操纵光源相对于声迹的位置，除去这样的不希望有的音频成份。另外，当再现称为蜂音声迹的测试胶片时，可以通过以电子方式放大显示包络的可选部分，以便允许摄像机方位对准，来详细检查声迹图像。该放大图像以电子方式光标线呈现，允许对音频调制包络中的任何摄动或异常的估算。
宽度优化方位对准调制峰值基本上大小相等但极性相反地同时出现。最佳方位调整将产生同时最大化的包络峰值。摄像机和声迹之间方位不对准可能造成会捕获时间上不同的音频信息的图像，诸如可能出现带有立体声声迹对。图8A描述一个示意图，表示带有示例性和夸大的方位误差的再现的声迹包络。出现在图8A中在同一时间轴上的是处理或以电子方式取芯(cored)的图像，表示摄像机成像器摄像机和声迹之间方位误差造成的暂时位移。图8B描述和图8A一样的包络图像，但是再现时没有方位误差，而下面在同一时间轴上表示的是以电子方式取芯的图像，指出包络峰值已经基本上同时扫描并且有类似的振幅。
图5描绘预览模式声迹图像的一个示例。图5中的灰度图像包括复制的包含各种损伤的负片声迹。例如，在声迹图像的右侧可以看出不希望有的照明是从胶片穿孔射出的，缺陷指明在复制过程中不对准。另外，该声迹具有减小的宽度，并表明横向刮痕，可能是在原来负片上出现的。该有利的实时声迹图像允许摄像机和光学元件的迅速视觉对准，而不是信赖在声学上确定的定位。
图7A描绘与扫描对准序列相关联的步骤。该过程在开始步骤900执行时开始，此时发生初始化。接着，在步骤905过程中出现预览模式，运行一段测试胶片(即，″蜂音声迹″)。该测试胶片段一般构成不对准方面最坏情况的情景。该胶片在步骤910过程中进行成像，一般在步骤905过程中运转胶片时进行。在步骤910过程中捕获的图像经受在步骤915过程中的处理，并在步骤930过程中显示。声音产生发生在步骤940过程中，此时该步骤序列在步骤950过程中结束。图像显示和声音产生可以同时进行。
在步骤915过程中图像处理之后，在步骤920过程中检查操作者是否应该进行图3的摄像机100的对准，归因于在步骤930过程中图像显示时和/或在收听在步骤940过程中产生的声音时检测出的音频缺陷。必要时，这样的对准发生在步骤925过程中，在进行到步骤905以重新运转胶片之前。作为数字信号捕捉声迹图像允许更准确的对准，从而允许基本上消除以前不对准造成的缺陷。
摄像机图像优化、成帧、聚焦、曝光等用以减少不对准之后，操作者在图6的工具条上选择记录模式，进行胶片20的声迹25的扫描(都在图1)，以便产生数字化的12位数字信号，存储在图3的存储系统(RAID阵列)300。图7B举例说明一个流程图，表示与体现在图3的模拟光学记录可变密度声迹25中的音频的校正处理相关联的一系列步骤。图7B的序列在开始步骤960执行时开始，此时发生初始化。接着，在步骤965过程中运转实际的胶片。在步骤970过程中该胶片经过成像，一般在步骤965过程中运转该胶片时。所捕获的图像在步骤975过程中进行存储。在步骤980的过程中，所存储的图像经过处理，以便校正音频缺陷。该处理后的图像在步骤985的过程中被显示。在步骤990的过程中产生声音。声音产生可以与图像显示一起进行。在步骤995该过程结束。
正如所描述的，在分别完成扫描和存储步骤970和975之后，在步骤980的过程中对该数字声迹图像进行处理。这样的处理在操作者从图6显示的工具条选择处理模式时发生。图6所示的处理控制面板允许操作者选择和优化要对所存储的声迹图像进行的胶片特定处理，从而排除在重复地重放以便优化的过程中损坏胶片材料的可能性。操作者选择驻留在控制器400中的处理算法，或正如在方框410内所描绘的，通过键盘600从屏幕上菜单中选择。控制器选择性地对从存储在存储系统300中的数字图像中选择性地取出的数据运用该算法。转换处理和更新后的数字信号，以便作为具有诸如WAV、MOD、DAT或DA-88的可选示例性格式的数字音频信号450输出。
正如所讨论的，图6所示的处理控制面板允许操作者选择和优化具体针对所存储的声迹图像的处理。例如，胶片规格，连同胶片类型，正片或负片，和音频调制方法，例如单侧可变面积、两侧可变面积、双两侧可变面积、立体声可变面积或可变密度，均可选择。从屏幕上的菜单选择有利的处理算法，并施加在从存储系统300调出以供控制器400处理的所存储的数字图像。
声迹缺陷可能是前面描述的各种原因造成的。但是，更具体地说，负片中的污垢、碎屑、横向或对角线方向刮痕或纵向条带在印制时都可能产生白点。这些瑕疵产生咔哒声和劈啪声。这样的白点往往影响声迹的暗区，而且在沉寂的一段过程中更加明显，而在响亮的一段过程中出现的噪声往往在印制的透明区域发出。低频率的重击声或砰声往往是相对较大的孔或正片声迹上的光点造成的，其后果是形成处理问题。嘘声可以是粒状或轻度雾状声迹区域造成的。跟随想要的音频信号的噪声包络往往是由互调失真所引起的。
尽管所扫描的声迹呈现为连续强度调制图像，但是图像的各段落可以从存储系统300读出，并配置用于利用统计技术的处理。第一个算法是利用计算机程序、诸如Matlab开发的，以便估计音频信号的瞬时振幅值，正如胶片声迹的密度表示的并数字化为单一线扫描。统计技术可以用来估计真正代表音频信号振幅的密度值。首先，求出包括2048个像素的线矢量中的密度值的平均值，为音频真实振幅表示提供好的估计值。该平均处理还用来把跨越该声迹宽度的光透射率中不希望有的变化造成的不希望有的噪声的影响减到最小。
这里的概念是要通过把一个扫描线上全部像素的这种灰度值相加并除以这种线上像素的总数，获得对应于在特定实例中所扫描图像的灰度值的瞬时音频振幅。在该例中，在线扫描CCD阵列中有2048个像素元件。每一元件将输出一个灰度，它对应于该密度声迹的特定部分的声迹的强度，而且以每秒30000条这样的线来扫描该声迹。在该扫描过程中获得的各个像素值的全部都加起来，和除以2048，即每一线的像素数目，以便获得要用作瞬时音频电平的平均值。
跨越声迹的刮痕可能引起光透射率的变化，它产生暂态的或脉冲的噪声效应，诸如响亮的砰声或咔哒声。该形式的暂态噪声最好通过第二算法消除，它施加于所存储的示例性12位数字包络信号的线图像段上。第二算法使用空间图像处理技术，以便推算跨越该声迹宽度的每一个图像段的像素的平均值。然后这些平均值用来产生该声迹的瞬时音频振幅。该技术使用带有加权系数的回归分析，加权系数赋予像素值和它们的相对于平均值的偏差。若像素具有大于用户设置的阈值的标准偏差，则从该估计过程中剔除它。用这样的方法，获得跨越声迹宽度的密度变化的线性近似值。然后跨越该线的数据值的中间点是用来估计音频振幅的平均值，随机噪声和暂态噪声的影响非常小。
记录密度声迹往往超出胶片响应的线性部分，延伸到γ曲线的足部和肩部区域。为了补偿由此引起的振幅失真，可以选择指数曲线，使得足部的对数形状可以线性化。可以选择立方函数来线性化落在γ曲线肩部的音频。可以为每一段选择不同的斜率和长度，并可以进行收听测试，以便确定最佳设置。
产生带有4096项的矢量，以便保存查找表的值。4096个系数由操作者按以下方法从先前定义的曲线中计算：算出该矢量上的N项为N＝F(X)。在指数函数的情况下N＝ex或在线性部分中N＝斜率*X+截距，其中X是像素强度值。可以用预先算出的查找表求出像素X的新强度值N，而不必花费处理器时间来为每一个像素估计函数。
另一个有利的方案利用查找表来补偿出现在胶片传递特性的非线性足部和肩部区域的像素强度值。查找表为扩展到超出胶片特性的正常线性区域的密度提供线性化校正值。若它落在胶片的非线性范围内，则计算机例程映射对应于用以前的方法算出的平均振幅值的线性密度值。净结果是增大该音频信号的动态范围和信噪比。
该技术设法使音频胶片的γ响应曲线的非线性部分线性化。为操作者提供一个接口，如在图9所看到的，带有γ响应曲线，其X轴代表0和4095(12位)之间的像素强度值，而Y轴代表用不同函数得出的新像素强度。在X-Y平面内描述的曲线代表在它们被用于不同范围的像素值时的这些函数。通过定义所示的四个点，该曲线被分成至少三段。然后，这些段中的每一个都可以被选择来具有它自己的形状，作为某些示例，包括线性、三次或指数。然后用该曲线来建立查找表，用以处理所成像的音频密度声迹中的全部像素强度。用户不仅可以选择形状，还可以通过单击曲线上的圆点，并水平或垂直移动它们，选择该曲线的每一段的斜率。
正如前面讨论的，处理器400完成的统计处理可以包括回归分析。再次，想法是将可变密度声迹的γ响应线性化。在这种情况下，用线性回归来内插位于足部、肩部和任何其它非线性区的像素值。首先，采集该声迹中呈现的所有强度值的数据集。然后，对该数据集执行最小二乘拟合，并求出最佳逼近声迹的γ响应的斜率和截距，并以与上述相同的方式使用该曲线建立查找表。在这种情况下，该值N＝斜率*X+截距，其中斜率和截距是从线性最小二乘法得出的值。
另一个能够通过图3的控制器400实现的统计处理技术是自适应滤波，以便把互调失真的影响减到最小。为了把可变密度声迹中的互调失真的影响减到最小，必须减去负片记录器中掩蔽狭缝周围光溢出引起的″额外″密度。因为这种光溢出具有正弦衰减，必须减去取决于给定区域之前和之后曝光的γ的一部分。因为整个声迹的连续扫描存在于硬盘中，可使用任何样本之前和之后的样本。用户可以用某些角度对sin函数和下面的方程式中的常数β和κ进行试验，并进行收听测试，以便为滤波器选择最佳的发声设置。Aik＝(∑βAk-1Sin(wtk+φ)+βAk-2Sin(wtk+φ)+βAk-3Sin(wtk+φ)+...+βAk-nSin(wtk+φ))+(∑κAk+1Sin(wtk+φ)+κAk+2Sin(wtk+φ)+κAk+3Sin(wtk+φ)+...+κAk+nSin(wtk+φ))
在初始摄像机对准过程中，在几个胶片位置观察该声迹图像，若胶片摇晃明显，则可以调整图像居中，以便在显示图像的中间定位蜿蜒的声迹路径的标称中心。然后调整图像尺寸，使得声迹填充CCD线阵列的宽度。因而，可以理解，在胶片摇晃时，只有水平位置或末端像素的分布变化。但是，代表该音频信号振幅的像素强度的平均值仍旧是基本上恒定的，因为尽管强度包络图像移动，但它仍旧在传感器阵列上。因而，把该包络图像转换为音频值的算法有利地消除和校正了胶片摇晃的影响。
以上描述了通过扫描声迹来产生数字信号，然后对这样的信号运用统计处理技术，来恢复在电影上可变密度记录中的所记录信号质量的技术。

Claims (26)

1.一种恢复胶片的模拟的光学记录的可变密度声迹内体现的音频信息的方法，包括以下步骤：
光学扫描所述声迹以产生所述音频信息的数字信号表示；
存储所述数字信号；
对所存储的数字信号运用至少一种统计处理技术，以便恢复所述音频信息的至少一个特性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学扫描步骤还包括扫描所述声迹的相继各条线的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，运用至少一种统计处理技术的步骤还包括执行以下操作中的至少一个：
a)对每一条扫描线上的像素强度求平均值；
b)计算每一个线扫描中每个像素的标准偏差，消除偏差高于用户定义的阈值的像素值，并计算平均值以求出噪声减小的瞬时振幅；
c)建立查找表来校正从胶片密度传递特性的非线性区推导的数据值；
d)执行像素强度值的统计和回归分析，以便扩展到胶片密度传递特性的非线性区以外；以及
e)执行自适应滤波，以便使互调失真的影响减到最小。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括响应操作者对一个操作的选择而执行所述一个操作的步骤。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括执行多个操作的步骤。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括执行所有操作的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以至少12位分辨率量化所述数字信号的步骤。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括使相继各条线的扫描与所述声迹的移动同步以便每单位时间产生指定数目的线扫描的步骤。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，扫描所述声迹的相续各条线的步骤还包括相对于线扫描摄像机移动所述胶片的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括使所述线扫描摄像机对齐所述声迹以致于所述声迹基本上填充所述线扫描摄像机的宽度的步骤。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括使所述线扫描摄像机方位对齐以致于所述声迹的相等密度值同时显示时呈现基本上相等的亮度的步骤。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括使所述声迹与所述线扫描摄像机对齐以致于所述声迹的音频代表包络的任何位置变化保留在所述声迹的数字图像内的步骤。
13.如权利要求3所述的方法，其特征在于，建立查找表的步骤还包括若平均值落在线性范围内、则把线性密度值映射到平均振幅值的步骤。
14.如权利要求3所述的方法，其特征在于，执行自适应滤波的步骤包括按照下式选择经验滤波器值Aik：
Aik＝(∑βAk-1Sin(wtk+φ)+βAk-2Sin(wtk+φ)+βAk-3Sin(wtk+φ)+...+βAk-nSin(wtk+φ))+(∑κAk+1Sin(wtk+φ)+κAk+2Sin(wtk+φ)+κAk+3Sin(wtk+φ)+...+κAk+nSin(wtk+φ))
15.一种恢复在胶片的模拟的光学记录的可变密度声迹内体现的音频信息的系统，包括以下步骤：
光学扫描仪，用以扫描所述声迹以产生所述音频信息的数字信号表示；
存储系统，用以存储所述数字信号；
处理器，用以对所存储的数字信号运用至少一种统计处理技术，以便恢复所述音频信息的至少一个特性。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述光学扫描仪包括线扫描摄像机，用以扫描所述声迹的相继各条线。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述处理器执行以下统计处理操作中的至少一个：
a)对每一条扫描线上的像素强度求平均值；
b)计算每一条线的扫描数据的标准偏差，消除无关像素值；
c)计算每一个线扫描中每一个像素的标准偏差，消除偏差高于用户定义的阈值的像素值，并计算平均值以得出噪声减小的瞬时振幅；
d)建立查找表来校正从胶片密度传递特性的非线性区推导的数据值；
e)执行像素强度值的统计和回归分析，以便扩展到胶片密度传递特性的非线性区以外；以及
f)执行自适应滤波，以便把互调失真的影响减到最小。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述处理器响应操作者对所述统计处理操作中的一个的选择而执行所述一个操作。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述处理器执行多个统计处理操作。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述处理器执行所有统计处理操作。
21.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述线扫描摄像机产生具有至少12位分辨率的量化的数字信号。
22.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用以使所述摄像机对所述声迹的相继各条线的扫描与所述声迹的移动同步以便每单位时间产生指定数目的线扫描的装置。
23.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用以相对于所述线扫描摄像机移动所述胶片的装置。
24.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用以使所述线扫描摄像机与所述声迹对齐以致于所述声迹基本上填充所述线扫描摄像机的宽度的装置。
25.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用以使所述线扫描摄像机方位对齐以致于所述声迹的相等密度值同时显示时呈现基本上相等的亮度的装置。
26.如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用以使所述声迹与所述线扫描摄像机对齐以致于所述声迹的音频代表包络的任何位置变化保留在所述声迹的数字图像内的装置。
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