专利名称：利用运动检测的黑白信号着色法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用运动检测对黑白影片进行着色的方法和装置。
电视观众对于彩色景象而不是黑白景象的偏爱，使得对大量贮存的黑白影片进行着色成为一种需要。
对黑白影片着色，此处指录像带形式的影片，需要在黑白视频信号上加一彩色副载波。由于一部黑白影片是由大量画面所构成的这一着色过程是困难的。在由黑白影片产生的录像带信号中，每一画面构成一系列扫描行，而每一扫描行构成一系列的点或象素。对黑白电影视频信号着色，需要将彩色副载波值赋到黑白电影视频信号的每一个点或象素上。由于在一帧画面中的象素数目就很大，当然在一部影片中的象素数就更大了，所以这个过程是很费时间的。
然而，本申请人已认识到从一帧画面到下一帧画面时，黑白电影录像带信号中的变动对应于一帧画面中某个具体部分的亮度值变化。本申请人已经发现每个画面只有很小的百分比，以这种形式变化，从一帧画面到下一帧画面的变化是由于移动边缘或噪声引起的。仅仅在移动的边缘才能接收到运动信号，因为对应于一个运动目标内部的点或象素，在从一帧变化到另一帧时候近乎保持着相同的亮度。
由于当一帧画面变化到另一帧画面时，每帧仅有很小的百分率发生变化，因而只要一帧画面的每一个点或象素被赋予了色彩，下一帧画面的对应点或象素就可以被赋予同样的颜色，颜色的变化仅要求在对应于运动区域的地方进行。这有效地减少了给黑白影片着色所需要的操作量。
因此，就需要在不引入噪声的情况下，分割出对应于运动区域的录像带信号部分，并仅对那些对应于运动区域的视频信号的部分赋予新的颜色，而其余部分的彩色信号在一帧到另一帧时仍保持相同。通过这种方法，可以产生一个彩色特征码并把它与黑白视频信号结合时，就产生彩色视频信号。原黑白影片通常含有一个噪声成分，它可以减损人们观赏影片的兴味。由于帧与帧之间的噪声是随机的，(因而出现在相继画面的不同地方)，所以这种噪声可通过平均相继的画画的视频信号的方法来减少。
运动也因画面与画面的差异而出现，然而它是从一帧到下帧画面地累进的。因而。平均相继画面的方法容易造成抹去运动。
因此，人们一直认为需要回避对有运动的画面部分降噪。这意味着在运动区域保留噪声成分，但由于运动区域与静止区域相比是较小的，该噪声不会扰乱观众。
本发明最主要的地方是为由连续画面组成的黑白视频信号提供一种产生彩色特征码和具有运动指示标记的方法。这方法包括(a)确定每帧画面中与该画面中的运动相对应的视频信号的象素，以产生每帧画面的运动指示标记;(b)对一帧画面的黑白视频信号赋予彩色信号，以产生彩色特征码;(c)选择彩色配置标法;(d)选择与具有彩色特征码的画面(参考画面)相邻的画面(工作画面);(e)将参考画面的彩色特征码的彩色信号赋工作画面的相应象素上，产生工作画面的彩色特征码;(f)应用彩色配置标法从对应于有变动的工作画面中的象素上除去彩色信号并将运动物体的彩色信号赋给那些象素;(g)重复步骤(d)到(f)对黑白视频信号的每帧画面产生一个彩色特征码，并将该彩色特征码与黑白视频信号结合，产生彩色视频信号。
在另一实施例中，在上述(a)步提到的确定对应于运动区域的视频信号部分的方法包括“选择一个运动门限;将两帧邻近的画面之一反相并将它加到另一帧上形成一个合成信号，将合成信号的值与运动门限比较，产生一个运动信号，该信号指示合成信号中幅值比运动门限的区域;对每帧视频信号重复这些步骤。
在再一个实施例中，所述方法还包括通过下述步骤对视频信号进行降噪选择一帧视频信号工作画面，至少平均两帧紧邻工作画面的画面，产生一帧平均画面;通过从运动指示标记指示运动的工作画面中选择亮度值，以及从运动指示标记指示无运动的平均画面中选择亮度值来构成一个合成画面;并对每帧视频信号的画面重复这些步骤。
本发明的其他实施例将在本专利文件的权利要求中见到。
现在参照附图，以举例的方式来说明本发明的最佳实施例。
图1是对黑白影片着色的全过程的示意图。
图2是记录彩色视频信号过程的示意图。
图3是用来产生运动指示标记发生的输入信号的装置的示意图。
图4是用于产生运动指示标记的发生器的示意图。
图5是用于对在视频信号上的运动指示标记进行编码的装置的示意图。
图6是用于分离运动指示标记作为着色计算机输入的装置的示意图。
图7是一个运动指示标记的脉冲形成电路的示意图，这个标记由图4所图示的装置所延伸。
图8是一个用于视频信号降噪的模糊边缘控制器的示意图。
参阅图1，在这里以举例方式所描述的黑白视频信号的着色通常包括下列过程。
1.用标准广播扫描器(未标出)由黑白影片产生视频信号。读出原来被分隔的SMPTE音频时间编码，且在每一帧画面的开始时，把VITC(垂直扫描逆程编码)置于录像带画面内容之前的二十行上。当这个VITC固定时，提供录像带控制。
2.然后由录像带重放器8读出该黑白视频信号，并通过一组单画面贮存器10输入到发生器12。该发生器12对有运动的画面产生具有统一信号形式的运动指示标记。
3.用改进的标准编码器14，将运动指示标记作为彩色副载波，编码在黑白视频信号上。为方便起见我们用线副载波。
4.黑白视频信号通过一标准传送器(未标出)输入到着色计算机16，在这里运动指示标记被以黑白视频信号中分离出来。标记和信号都被放在磁盘上。着色计算机16被用于根据运动指示标记对视频信号产生一彩色特征码。这个计算机带有监视器18，用来观察其产生的彩色特征码。计算机利用标准VITC计数器通过VITC码来控制视频信号的位置。
5.由产生的黑白视频信号还通过一组单画面帧存储器10输入到模糊边缘控制器20。控制器20利用在12产生的运动指示标记去混合由平均相邻帧和非平均帧组成的信号，以产生在其移动未被运动指示标记指示的区域内是降噪的信号。如果原始信号的噪声足够小，就可以省略降噪措施。
6.彩色特征码和降噪视频信号按独立的通道同时送到调制器/编码器22的输入端。调制器/编码器22的调制器部分按已知的方式利用黑白视频信号的灰度级调制或彩色地描画彩色特征码。调制器通过在全黑和全白电平间降低颜色的方法描画各种色彩。抽制器/编码器22的编码器部分，例如NTSC编码器，把彩色特征码作为红、绿和蓝彩色副载波，编码在黑白视频信号上。
7.在22产生的彩色视频信号输入到色彩校正器24，如舵手(COX)色彩校正器，在那里，可在监视器26上观察彩色视频信号。
8.所述的色彩校正器24可以用来修正黑白视频信号的8个亮度值，产生视觉增强图象。通常黑白影片的每一个场景只要求做一次此过程。彩色校正器24可以通过带有数模转化器(未标出)的微计算机28来控制。微计算机28可以程序地控制彩彩校正器24，并在磁盘上贮存每一场景所需的色彩校正值。当录制开始时，这些贮存的校正值被调出并用来编制最后的成品。
9.到这一步，虽然已见到了最后的成品，但还不存在包括有彩色黑白合成信号的录像带。这通常要在如图2所示的编辑过程中产生。微计算机30控制着色计算机16，黑白放象机8，还控制着录象机34和微计算机28，以在34录制彩色视频信号。使用一个具有与原黑白录像带同样的垂直逆程时间编码的主带。由放象机8来的黑白视频信号(降噪或没降噪)和从着色计算机16里来的彩色信号是从动使用的。由微计算机30的操作者来选择主、从位置。在微计算机30的控制下，着色计算机16读出彩色磁带，黑白录象机8读出降噪视频信号。着色计算机16的输出与降噪视频信号一起通过调制器/编码器22，在这里用贮存的亮度校正值修正黑白视频信号，再被输入到彩色校正器24。微计算机30还控制微计算机28的输出。彩色校正器24的输出被输入到录像机34进行录制。着色计算机，录像重放机8(用于重放)和录像机每一个都是由编辑微计算机30，利用每个磁带上的垂直逆程时间编码来控制的。按这种方式，就可以在34产生彩色的录像带。
上述过程现在将被详细说明。首先描述运动指示标记的产生。这种标记不仅用于为黑白影片产生彩色特征码，也用于产生降噪视频信号。
运动指示标记是一种指示视频信号中运动区域的信号。运动指示标记包含与视频信号中每帧画面的每一行中的每个点或每个象素相对应的信息。为了方便，运动指示标记可以由表示有运动的单位信号和表示无运动的零信号所组成。如果将这个运动指示标记作为彩色副载波插入黑白视频信号，那么当黑白视频信号和运动特征码一起在屏幕上显示时，运动区域呈现为彩色区域。
在这里所述的本发明最佳实施例中，所产生的运动指示标记包含有指示在视频信号中有运动的单位值和指示无运动的零值。图3中，黑白视频信号36输入单画面贮存器38，这里，为了参考方便，第一帧画面标为A，它贮存在画面贮存器38里。随后，由36输入的视频信号再经数据总线40输送到单画面贮存器42，贮存在这里的画面是由画面A延迟一帧的画面，为了方便起见标为画面B。此视频信号经由数据总线44输送到画面贮存器46，在视频画面贮存器46里，被贮存的画面比画面B延迟了一帧。为了方便，将在视频画面贮存器46里所贮存的画面标作画面C。
参照图3，由于贮存延迟画面的过程需要时间，需要对每帧画面使用同步脉冲和消脉冲来同步A、B、C三个画面，以便当它们在以后被处理时，这些画面中具有对应的实际位置的画面区域的部分，能同时处理。
视频画面贮存器38，42和46输出信号的同步是通过与各视频贮存器38，42，46相连的水平可变延迟器48，以及按相似方式连接的垂直可变延迟器50，以及连接在视频贮存器38和数模转换器62之间的可变延迟器54和连接在视频贮存器42和数模转换器64之间的可变延迟器56来完成的。
视频画面贮存器38，42，46每一个都接收模拟输入并将贮存的画面数字化。图3中的单剪头对应模拟信号，双剪头对应数字信号。在58和60到数模转换器62，64和66处的同步和消隐输入为数模转换器62，64，66的输出信号提供同步。
数模转换器62，64，66将各视频画面贮存器38，42，46的数字信号分别转换成在68，70和72处的对应画面A、B、C的模拟输出信号，分隔成三个画面的理由下画会介绍。然而，只有分隔靠近在一起的相邻画面，本发明才可实现。现在讲述将两个画面结合在一起的方法和装置，假设被结合的画面是画面C和A。
虽然应理解画面是由一组包含许多的扫描行每行又包含许多象素的电信号所组成的，但将以画面为单位来讨论电信号。
参见图4，画面A，画面贮存器38的输出是被输入到加法器74。加法器74可以方便地是一个简单的功能块，由构成增益为4.5的反相加法放大器的集成电路76和电阻器78、80和82所组成。图4中集成电路两端电压为，管脚1是+12V，管脚2是-12V，管脚3是+5V。
在画面A被输入到加法器74的同时，画面C被反相器84反相后也输入到加法器74。反相器84可以方便地由构成可变增益为0.6～2.0的运动放大器的集成电路86和电阻器88、90组成，调节反相器84的增益，使画面A等于画面C时，加法器74产生的和为零。
集成电路76和86可以是，例如国家半导体公司的LM318N。
加法器74的输出是合成信号，等于画面A的亮值和画面C的亮值之差的负值，即C-A。加法器74的输出C-A被作为输入输送到两个比较器96和98，比较器可以很方便地由差分放大器集成电路，如国家半导体公司的LM306H构成。输出C-A一个具有信号强度的信号，其大小这里定义为C-A的绝对值即C-A，它随着两帧画面，这里是C和A的亮度差而变化。这样，例如一个运动目标和一个静止背景之间的具有高亮度对比度的运动边缘，将产生一高值的C-A信号。被画面之间的运动边缘横过的象素数目取决于运动目标相对于背景的速度。
然后，C-A或复合信号的值与下面将要描述的方式选取的运动门限相比较。除非另有说明运动门限为E。产生的正门限值经100输入到比较器96。产生的负门限值经102输入到比较器98。门限电压可以由经电容器106接地的电源104提供，可由操作者调节可变电阻108来改变。门限电压可以通过放大器110输入到比较器96来提供一个正门限值，通过放大器110和由运算放大器114及电阻116、118组成的反相器112输入到比较器98来提供负门限值。放大器110和112可以是如国家半导体公司的LM5532N型集成电路的各一半。
在C-A比正门限大时，图4中的比较器96输出单位信号，在C-A值小于负门限值时，比较器98输出单位信号。因而当比较器96和98的合并输出由加法器122加起来时，只要C-A大于门限绝对值，加法器122的输出就是单位信号。加法器122可以方便地是一个如图4所示的“或”门集成电路，这样的集成电路可用国家半导体公司的MM74HC32。
在输入信号是未加工的视频信号，信号通过比较器96和98及加法器122被连续处理的意义上讲，这里描述的系统是模拟的，并发现当用于影片着色过程时，比在计算机中进行数字化处理要易于管理得多。但在相邻的画面A和反相画面C的对应象素值，在加法器74中相互加起来并在比较器96和98中与门限值相比较的意义上讲，描述的系统又是数字化的。
门限值的确定如下。电影画面中的噪声以一帧到另一帧画面典型地是随机的，在相继的画面中并不倾向于出现在同一地方。因而当取相邻画面的亮度差值时，噪声也保持在合成的C-A信号中。
然而，亮度差值也可以由运动引起，所以合成C-A信号既包含运动信息也含噪声信息。申请者已经发现噪声一般比运动引起较小的C-A值。运动边缘通常是强烈对比度的边界，而噪声一般是在平均亮度为灰色范围的背景上的一个中等灰度值。因此噪声与背景之差微小于运动边缘两侧之差。
由调节可变电阻器108所获得的一个仔细选择的门限值可以区别噪声和运动。比较器96和98只输出那些大于正门限或小于负门限的C-A值，这种门限值可被称做运动门限或噪声门限。
因此，加法器22的输出是一个指示相邻画面间强对比度区域的信号。在这个实施例中，相邻意味着一帧插入画面。这个合成信号被称做运动特征码。为对整个视频信号编制运动特征码，整个视频信号是顺序地通过这里所描述的系统，每个画面，除了第一个和最后一个，又依次变为画面B。
一帧画面的合成运动信号或运动特征码，然后被作为彩色副载波如绿色插入画面C。如果观看带有绿色运动特征码的黑白视频信号，运动边缘为绿色的闪光，这有助于在一帧一帧地为黑白影片着色的操作者确定每帧画面中对应于运动的区域。另外，观察运动特征码就能够改变运动门限从而在不消除运动情况下从运动特征码中消除噪声。
因而，如果运动门限太低，噪声将做为绿色出现。如果运动门限太高，在背景亮度与运动边缘亮度接近的地方，运动区域将丢失。操作者可以简单地用调节可变电阻器108的方法来调整此运动门限。虽然在有噪声的场合中读出所有运动是困难的，但可通过合理地调整运动门限的方法使运动的任何损失都降到最低程度。如果噪声电平不太高，而门限是经过适当选择的，损失的运动一般将不会严重影响最终产品。
为视频信号产生彩色特征码，是在着色计算机16中进行的，如新泽西的Dubner计算机系统公司的DubnerGBG-2图形计算机，Dubner图形计算机一般用于生产动画影片。这种计算机可以用来结合黑白视频信号和运动指示标记，产生视频信号彩色特征码，而无需用手绘(用图形计算机)视频信号每帧画面的繁重工作。
在这里描述的最佳实施例中，由C-A发生器输出的运动指示标记还具备输入给图形计算机的条件。为了输进图形计算机，运动指示标记，首先要作为视频信号上的彩色副载波被编码到要着色的黑白视频信号上，然后在输入到图形计算机时再以视频信号中分离出来，使得图形计算机有一信号通知它在每帧视频信号中的什么地方有运动发生。
为了用运动指示标记对视频信号编码，为了在大量可买的黑白视频信号上加彩色副载波编码，我们已如下那样改进了编码器14。参见图5，彩色副载波在124经如图所示的接地电阻器126，电容器128及电阻器130被输入编码器，并被集成电路132，如国家半导体公司的LM318N集成电路，缓冲和直流双倍移位。在图5中管脚4、5、6的电压是由电容器136、138和调节器140显示的电压调节器电路134所提供，具有直流9V输入的调节器电路134，在4端提供-5V，在5端提供OV、在6端提供+4V，并如图所示那样输入给集成电路。
然后，输入的彩色副载波，由集成电路142，如LM318N型，和可变电阻143起调整电平。集成电路142的输出被输送到集成电路144，它是一组双向模拟开关，可以由Motorola公司的MM54HC4066。由C-A发生器产生的运动指示标记在146被输入到带有电阻器152，154，156和158的两个三极管148和150，而后送到集成电路144。集成电路144的开关是由C-A发生器的脉冲来控制的。
当运动指示标记指示有运动时，集成电路144闭合，让彩色副载波通过电容器160并在图示162处插入到来自编码器14输出的视频信号上。当指示无运动时，集成电路144为断开电路，不影响输出的视频信号。
为了输入到着色计算机16，运动指示标记，现在是在视频信号上的彩色副载波，被从视频信号上按如下过程分离出来。参看图6，编码的视频信号通过一个由电容器166和电阻器168及170和电感器172组成的带通滤波器164，输送到集成电路174(它可以是国家半导体公司的产品，LM733CH)，该电路用作缓冲器，并在180处产启2个相互异相180度的彩色副载波输送量。这些输送量被一个带有电容器188和电阻190的二极管电容滤波器182整流和滤波，滤波器182由型号为IN914的二极管和在集成电路174输出端的电容器186组成。该电路在192的输出在运动指示标记指示有运动处是二重副载波。这二重副载波被输入到一个高速比较器194，例如国家半导体公司出品的LM710CH集成电路，它的电平被调整到能检测二重副载波。电阻器196是在比较器反馈环路中，参考电平是由电阻器200，分压器202和电容器204组成的电路198产生。当运动指示标记指示有运动时这个高速比较器194输出一个常量电平信号。这个常量电平信号通过电阻器206，三极管208和电阻器210、214及电容器212送入着色计算机16，使图形着色计算机在视频信号上被指示有运动的地方产生一个信号。二重副载波还通过场效应(FET)晶体管193和三极管195及电阻器197、199、201以及通过电容器205和电阻器203在191处输出去驱动一个示波器，以调整由分压器202控制的运动检测器的门限。
如前所述，着色计算机可以为视频信号的每帧画面产生彩色特征码。当彩色特征码被复在黑白视频信号上时，视频信号好像着了色。着色计算机通过对视频信号的每一个画面的每一象素配置一个色彩的方法产生彩色特征码。这个色彩可以利用可控指向标手工地配置，也可以用各种方法中的任何一个借助着色计算机来配置。
一般说来，黑白影片是由一系列独立的场景组成。已经发现任何一场景的色彩从头至尾并没有很大变化。因此在一些场合，为了给黑白视频信号着色，只要给第一帧画面手工着色，然后用着色计算机16根据运动指示标记来给场景的其余画面着色。这就可以由一个操作者用着色计算机16(如带有可控指向标)将色彩配置给视频信号中每帧画面的象素。这种绘色是在彩色校正监视器26上对黑白视频信号进行的。这种彩色只是出现在着色计算机监视器18上的彩色。随后，这个被着色的画面被贮存在着色计算机16的存储器中。为开始操作，着色计算机16要求有下列几项要素，才可开始对黑白视频信号的场景进行自动着色用如符所述并产生的场景的第一帧画面(为了使这个过程逆向工作得同样好，这可以是最后的画面，或选择的任何中间画面)的彩色特征码;视频信号的运动指示标记以及黑白视频信号。画面的着色是在着色计算机16里利用为此向编的程序自动地进行。在这里将描述这个程序的操作，而这一程序的副本作为本发明书一部分附在后面。
在一个场景的自动着色中，着色计算机16被调整到一次跟踪一定数目的画面，使操作者可以按要求润色色彩的任何错误分配。因而为了开始操作，操作者要选择并向计算机送入画面间隔，该计算机被调整到能跟踪一组画面。被选择的间隔因影片而异，且因场景而异，但一般是2或4。为了开始操作，着色计算机16也要求着色的初始画面的时间编码(VITC)和识别由操作者选择的初始彩色特征码的色彩信息。只要一收到操作者的这个信息，着色计算机就将被选择的彩色特征码装入它的图形卡。着色计算机16还利用时间编码，将待着色的黑白视频信号的画面(工作画面)存入它的存储器。
如果画面间隔是2，如果工作画面是画面C那么彩色特征码将是画面A的彩色特征码，画面A在这里也被指定为参考画面。画面C的运动指示标记将通过查看画面C和A(见关于C-A发生器的讨论导出来。在装入特征码的同时，作为彩色副载波插入到黑白视频信号上的运动指示标记，被从黑白视频信号中分离出来，并被数字化和存贮在着色计算机16的存储器中。在工作画面和参考画面之间的任何画面被赋予同参考画面一样的彩色特征码。由于画面间通常没有大量的移动，我们发现这不会对最后产生有多大影响。
操作者为给工作画面着色要选择一种程序，它可以是以下描述的为同一彩色特征码使用运动指示标记的几个程序中的任何一个。因而，工作画面的每一个象素具有与相应的参考画面象素同样的彩色信号。
着色过程象素如下描述的那样，将彩色信号从工作画面中的对应于在参考画面与工作画面之间有移动的象素位置移动。这一步骤发生在画面着色的所有过程中。
在一帧画面着色过程中，着色计算机16通过比较参考画面和工作画面的运动指示标记，来确定移动方向。被指明与由运动指示标记所指示的那个帧的移动相对应的工作画面的那些象素被赋予由运动方向指示的适当的色彩。
这等同于按照运动方向在工作画面里移动色彩信号以替代已被移去的彩色信号。为了做这些，过程假定参考画面中运动的前沿相当于工作画面中运动的后沿。因此，如果A画面是工作画面，画面C是参考画面，那么画面C中的运动前沿就假定与画面A的运动后沿相同。只有在画面A，工作画面的前沿和后沿之间出现的色彩是变化的。
就是说，是根据在工作画面的彩色特征码中的运动前沿，即向前移动一侧的象素的彩色信号，将彩色信号赋到工作画面中与运动相对应的象素上。因而，在移动物体而显露出的背景处，赋予背景的彩色信号，而在背景被挡处，赋予运动物体的彩色信号。所以彩色信号的移动只发生在工作画面的运动指示标记指出有运动的区域里。如果画面间隔不是
，其过程应相应修正，但原则，即沿运动方向移动彩色以取代对应于运动的象素的色彩保持不变。
彩色的跟踪一经以所描述的方式自动完成，操作者可以决定是否所有的运动都着了色，是否有错误的颜色被移动。然后操作者可以利用有着色程序的标准绘画系统手工地修正画面。这个程序是与绘画系统相接的一个标准可控指向标，具有做如下工作的能力绘画，改变刷子尺寸，选择调色板位置左移或右移，以及填充一个封闭区域。
当工作画面的绘制完成时，着色计算机16就把已完成的彩色画面贮在磁盘上，并伴以适当的标识符。工作画面的彩色特征码也被贮存在一个存储缓冲器里作为跟踪下一个画面的参考。然后计算机通过按照被跟踪画面的数目增加计数器值的方法，更新所需的画面时间编码，信息名称，及(为以后识别用的彩色特征码的)数目。其后，这个程序返回并使该循环继续进行直到画面序列被完成。以这种方式黑白视频信号场景的子集可以被着色。
一旦操作者对被着色画面的色彩满意了，操作者就可以选择一个新的开始位置，这个过程可以再一次开始直到影片全部被着色。
着色的另一种过程如下计算机可以根据象素的灰度电平配色。也就是对于工作画面的每一个运动边缘，计算机可以在一个相邻画面里(这可以是工作画面)寻找邻近运动边缘、且有予定的运动边缘象素灰度电平范围内的灰度电平的象素，并根据该灰度电平范围内象素的彩色特征码的彩色信号将色彩配置到运动边缘象素上。也可以用其它过程。如根据运动边缘任一侧的灰度电平，或根据运动方向。可以在几个画面上寻找对应灰度电平的象素，或者可以在多于一帧画面上分析运动方向。
由图形计算机产生的并在上面描述过的彩色特征码，可以与黑白视频信号一起显示在彩色校正监视器26上，以产生彩色信号。为了做这些，彩色特征码被作为彩色副载波编码在黑白信号上，以产生出标准着色的视频信号。如果需要，彩色特征码的彩色可以通过把彩色副载波调制到黑白视频信号上来划等彩色线。如果需要也可以使用彩色校正器24例如舵手(COX)彩色校正器来改善着色视频信号的视觉特性。
参见图1，着色计算机16的输出和黑白视频信号(可以是将在下面讲到的降噪的)在调制器/编码器22中合并。最好彩色信号的逆电平是作为黑白视频信号亮度的一个函数而变化。特别是，高黑高白电平处的色电平可以减小以增强彩色视频信号的视觉质量。
输入到调制器/编码器22的彩色信号是工作在三极管-三极管-逻辑(TTL)电平的彩色副载波，它在一个标准的NTS(NationalTelerisionStandardCommiffee)编码器里被编码在黑白视频信号的亮度信号上。合成彩色信号被输入到彩色校正器24。
彩色校正器22可以是一个舵手(COX)彩色校正器(COXColorCorrector)这个彩色校正器可以用于修改确定黑白视频信号亮度的8个变量。它们是峰值黑、灰、白、峰值白、黑电平、自电平、γ电平和色品。彩色校正器22只修改黑白视频信号的亮度，但是它的监视器26可显示黑白和彩色信号。
彩色校正器24由一个微计算机28来控制，例如IBM公司的IBM-PC，操作者使用微计算机28来改变某一画面的亮度，这可在监视器26上观察。微计算机28还用于在磁盘上贮存修正值。微计算机28和彩色校正器24是通过已知结构的数模转换器来连接，所以它们的输入/输出是兼容的。
微计算机28用已知的几种语言中的任何一种来编程以执行如下操作。
微计算机28通过在彩色校正器24和微计算机28之间的数模转换器接口从彩色校正器24接收表示8个亮度变量的8个通道的信息。微计算机28的键盘可以用来修正8个亮度值，并把修正信息贮存在磁盘上。帧画面都存贮有表示8个亮度变量加上4个彩色变量的十二个值。当整个物景在着色计算机16的控制下，利用VITC计数器(未标出)，通过彩色校正器24被处理，修正值就被微计算机28贮存在一个磁盘上，并用由VITC导出的时间编码所辩别。以后，在编码期间，当黑白视频信号被读出时，修正值可以从磁盘读到彩色修正器24。
为了编码，操作者坐在着色计算机16，微计算机28和微计算机30(例如，CMX公司的CMX计算机)的键盘前工作。
为了将黑白视频信号与彩色特征码和由微计算机28贮存的亮度修正值结合在一起;必须同步这些输出。使用插入在彩色特征码和黑白视频信号上的VITC时间编码，就能做到这一点。
相同的时间编码被放置在录彩色信号的主带上。操作者告诉着色计算机16用于待录场景的时间编码，并使计算机28置位，使得适当的修正值准备好去输出，还要预置黑白视频信号放象机8使之在正确的时间编码上重放，和予置录像机34在正确的时间编码上录制。黑白视频信号可以是降噪的，也可以是不降噪的。由于图象重放机8和录像机34有一稳定好的引带部分，所以着色计算机16在待录部分前画置有6帧。微计算机30使所有的运行在同一时间、开始，并保证当着色计算机16开始输出时，所有的时间编码都被同步。
由被录制的场景的彩色特征码组成的着色计算机16的输出在编码器22中与黑白视频信号重放机8的输出相合并。由着色校正器24使用贮存的值进行彩色修正。进行彩色校正后的彩色视频信号由录象机34录下以产生彩色视频信号。
如上面提到的，黑白视频信号也可以如下面那样被降噪的。
运驱指示标记也可用来从视频信号中消除噪声而又不模糊运动边缘。现在就描述执行这种降噪的方法和装置。
对于这里描述的实施例来说，希望运动指示标记由一系列脉冲组成，例如每个为+5V电压，每一个脉冲在一帧画面的那些与视频信号中运动边缘相对应的象素范围内延伸。对那些对应于信号中表示从一帧画面到下一帧画面为静止物体的部分或代表一个运动物体内部的部分的象素，这个标记最好具有零电平。如上述产生的运动指示标记就形成一种良好的输入。
运动指示标记一般使用如下。首先运动指示标记是指示运动区域的每一脉冲的两边修整成斜坡。其次选一帧视频信号作为主画面。然后至少两帧同主画面相邻的画面与主画面一起平均。主画面和平均画面一起输入到将在下面详细描述的装置中。这种装置的输出由运动指示标记确定。在运动指示标记指示有运动的地方，选择主画面信号作为输出。在运动指示标记指示没有运动的地方，选平均画面的信号作为输出。与运动区域相邻的画面部分，将受运动指示标记斜坡的影响，这个斜坡用于在运动区域与其他区域之间渐进地融合主画面与平均画面。这种斜坡化保证降噪和正常视频信号间的界面是模糊的(这被称作模糊边缘控制)，所以产生的合成输出在画面的大部分是降噪的，除了与剧烈运动相对应的区域，且移动边缘设有被弄模糊。
参见图4，在220所示的C-A发生器的输出端，运动指示标记的每一个脉冲被拉长，拉长量下述方式确定。
运动指示标记的脉冲，在由集成电路122，222，224和226及电阻器228，可变电阻器230和电容器232组成的电路中被伸长。在220的输出就是在234处的输入，被伸长的脉冲在236输出。集成电路122和222可以是例如Motorola半导体器件公司的MM74HC32。集成电路224和226可以分别是Texas仪器公司的74LS121和Motorola公司的MM74HC04。
带有伸长脉冲的运动指示标记通过图7所示的脉冲成形电路以减缓脉冲的上升和下降时间。这一步是将运动指示标记的方波脉冲经电阻器238送到集成电路240的输入端来完成的，这个集成电路可以是国家半导体公司的LM318N，它被构成一个减慢电平间转换的积分器。斜波速度由集成电路240的反馈环路中的分压器242，电阻器244和电容器246，以及电阻器249，250一起控制的。集成电路248可以是LM318N。
然后，脉冲形成电路在251的输出作为252的输入被送入图8中的模糊边缘控制器。
黑白视频信号中的三帧相邻画面的平均值是通过电阻258和接地电阻260在254被输入。很清楚，可以取其它平均值，但是这种平均值较好。三帧相邻画面的中间画面是作为主画面在256通过电阻器262与接地电阻264后输入。
可变增益放大器266和268(每个可以是RCA的集成电路CA3080A和电阻器270，272和274及电容器276一起)是通过由集成电路278和280(这二个都可以是国家半导体公司的LM318N)组成的倒相控制装置来控制的。可变增益放大器266和268的输出在分别通过电阻器284、286后，在由集成电路282构成的放大器是相加，这个集成电路可以是LM318N。
集成电路278和280的增益是互相倒置的，这使得放大器266和268是互相倒置的。因此，在运动出现时，在252的标记输入，就增大放大器268的增益;在运动不发生时，就减少增益。对放大器266则发生相反的过程。以这种方式，平均画面和运动画面的输入信号被混合在288的输出中。
集成电路278和280分别被在其反馈回路中的分压器286、288控制，反馈环以所示方式连接有电阻器294，296，298和300以及可变电阻器302、304。集成电路电压连接点1、2、3、4分别是+12V，-12V，+5V，-5V。
这样，运动指示标记的斜坡化，保证在285的输出在运动与非运动之间的转换处显示出模糊的边缘。模糊边缘化的应用改善了降噪信号的视觉性能，避免了任何刺目的和可见的分离线。
可以通过调整斜波速度来改善在运动边缘处的运动图象的质量。要求加长脉冲以使斜波不超过描示运动的标记部分。如果标记的运动部分有斜坡，图象质量可能就削弱。延长的程度依赖于使用的斜化运动脉冲的方法和斜化的速度。这个降噪视频信号可以用着色计算机16以上面所述方式与已产生的彩色特征码结合起来，产生彩色视频信号。
这里所述的方法和装置的各种变型，可以不离开本发明精神而做出。例如，在C-A发生器里，被反相的画面可以是若干邻近画面的任何一帧。在被比较的画面之间的画面数目只是受如果画面的数目增加而损失精度的约束。就是说，在相互远离的画面之间的差异可以是由于多个一个运动边缘的运动或介入的边缘数或画面中的其他变化。因此最好用邻近画面操作，如这里的两个画面延迟。
另外，在权利要求中，“画面”可以是视频信号的任何子集。例如，视频信号可以一行行的处理或一次处理几帧画面。
另外，在将彩色信号赋给黑白视频信号中的象素时，配置彩色信号的过程，可用这里描述过以外的其他过程。如相邻画面的部分可以用那些按色彩指定了的亮度值所确定的色彩来着色。还可以在几帧画面上寻找对应的彩色并在此基础上配置色彩。
再者，在降噪中虽然我们发现用三帧连续画面来产生平均画面输入给模糊边缘控制器是最佳的，但用其他画面结合方式是可能的。
权利要求
1.由黑白视频信号产生彩色视频信号的一种方法，黑白视频信号由许多帧连续画面组成，每帧画面又包括有许多象素，该方法其特征包括(a)确定画面中位于运动区域中的每帧黑白视频信号的象素，以便产生每一帧的运动的指示标记；(b)将色彩信号分配给一帧黑白视频信号以产生彩色特征码；(c)选择为画面中的象素分配色信号的赋色过程；(d)选择具有彩色特征码的画面(参考画面)相邻的画面(工作画面)。(e)将参考画面彩色特征码的色信号分配给工作画面中对应的象素，以产生工作画面的彩色特征码；(f)实施配色过程来替换工作画面彩色特征码中与运动指示标记所确定的工作画面中的活动区域相对应的象素的色彩信号；(g)重复步骤(d)和(f)产生每一帧黑白视频信号的彩色特征码；并将彩色特征码与黑白视频信号结合产生彩色视频信号。
2.权利要求1的方法，其特征为赋色过程践一步包括分析工作画面和参考画面的运动指示标记，并将参考画面中运动区域的象素位置与工作画面中活动区域的象素位置加以比较，确定运动方向;以工作画面的对应于运动画面区域的彩色特征码的象素上移去色信号，并用按运动方向移动色信号的方法将色信号赋予这些象素。
3.权利要求1的方法，其中的赋色过程包括为工作画面的对应于运动的象素，寻找与对应于运动的象素相邻近的黑白视频信号象素，且具有与对应于运动的象素的予定的灰度电平范围内的灰度电平的象素，以产生一组相邻象素;并将相邻象素的彩色信号赋给对应于运动的象素。
4.权利要求2的方法，其特征为运动指示标记的过程包括选择区别运动与噪声的运动门限值;将一帧视频信号反相;将相邻帧与反相帧相加产生复合信号;将复合信号的幅值与运动门限值相比较，以产生运动信号，该信号指示复合信号中幅值大于运动门限值的象素，以及对视频信号的每一帧重复这些步骤，以产生该视频信号的运动指示标记。
5.权利要求3的方法，其特征为运动指示标记的确定包括选择区别运动与噪声的运动门限值;将一帧视频信号反相;将相邻帧与反相帧相加产生复合信号;将复合信号的幅值与运动门限值相比较，以产生运动信号，该信号指明复合信号中幅值大于运动门限值的象素;对视频信号的每一帧重复这些步骤，以产生视频信号的运动指示标记。
6.权利要求4的方法，其特征为还进一步包括对黑白视频信号降噪，通过选择一主帧视频信号;对与主画面相邻前至少二帧画面进行平均，产生一平均画面;通过以运动指示标记指示有运动区域的主画面中选择各亮度值以及以运动指示标记指示无运动区域的平均画面中选择各亮度值的方法来构造一帧复合画面;以及对每帧视频信号重复这些步骤，产生降噪的视频信号。
7.权利要求5的方法，其特征为还进一步包括对黑白视频信号降噪，通过，选择一主帧视频信号;对与主画面相邻的至少二帧画面进行平均，产生一帧平均画面;通过从运动指示标记指示有运动区域的主画面中选择各亮度值以及从运动指示标记指示无运动区域的平均画面中选择各亮度值来构造一帧复合画面;以及对每帧视频信号重复这些步骤，产生降噪的视频信号。
8.权利要求6的方法，其特征为复合信号幅值与运动门限值相比较是通过将复合信号与正运动门限进行比较，产生第一信号，它指示信号强度大于运动门限值的复合信号区域;将复合信号与负运动门限进行比较，产生第二信号，它指示信号强度小于负运动门限值的复合信号区域;组合第一和第二信号，产生所述运动信号。
9.权利要求7的方法，其特征为复合信号幅值与运动门限值相比较是通过将复合信号与正运动门限进行比较，产生第一信号，它指示信号强度大于运动门限值的复合信号区域;将复合信号与负运动门限进行比较，产生第二信号，它指示信号强度小于负运动门限值的复合信号区域;组合第一和第二信号，产生所述运动信号。
10.权利要求8的方法，其特征还包括使运动指示标记斜坡化以及使平均画面和主画面模糊边缘地混合。
11.权利要求9的方法，其特征还包括使运动指示标记斜坡化以及使平均画面和主画面模糊边缘地混合。
12.权利要求10的方法，其特征为进行反相的画面比加到反相画面上的画面延迟两帧。
13.权利要求11的方法，其特征为进行相相的画面比加到反相画面上的画面延迟两帧。
14.权利要求12的方法，其特征为进行平均画面，包括平均画面前面的第一帧画面和平均画面后面的第一帧画面。
15.权利要求13的方法，其特征为进行平均画面，包括平均画面前面的第一帧画面和平均画面后面的第一帧画面。
16.权利要求14的方法，其特征为工作画面比参考画面延迟两帧。
17.权利要求15的方法，其特征为工作画面比参考画面延迟两帧。
18.权利要求5的方法，其特征为确定运动指示标记的方法是在这样的设备中进行的，它包括选择运运门限值的装置;将一帧视频信号反相的反相器装置;将相邻画面加到反相画面上产生复合信号的加法装装置;以及比较器装置，将复合信号值与运动门限值进行比较产生运动信号，该信号指示信号值大于运动门限值的复合信号的象素。
19.权利要求18的方法，其特征为所述方法是在模拟电路中执行的。
20.权利要求6的方法，其特征为确定运动指示标记的方法是在这样的设备中进行的，它包括选择运动门限值的装置;将一帧画面信号反相的反相器装置;将相邻画面加到反相画面上产生复合信号的加法器装置;以及比较器装置，将复合信号值与运动门限值进行比较，产生运动信号，该信号指示信号值大于运动门限值的复合信号的象素。
21.权利要求20的方法，其特征为所述方法是在模拟电路中执行的。
全文摘要
黑白影片着色方法与设备。影片转为录象带，利用画面中运动体边缘产生运动标记，用以降噪和着色。对黑白片的每一场景选一帧产生彩色特征码，相邻画面除运动部位外都与之赋予相同色彩。运动部位，可选一方法着色如按运动方向。新彩色特征码作为下一帧的着色参考。色特征码与黑白信号结合成彩色视频信号。
文档编号H04N9/43GK1035747SQ8810131
公开日1989年9月20日 申请日期1988年3月10日 优先权日1988年3月10日
发明者威尔逊·马克里, 布林·汉特 申请人:色化公司