Раскрашивание черно-белых кинофильмов и фотографий в натуральные цвета

Введение. Постановка задачи

Для повышения художественной ценности черно-белых кинофильмов практикуют раскрашивание их в натуральные цвета. В отличие от цветокодирования, где основной целью является повышение информационной емкости исследуемых изображений, здесь мы восстанавливаем натуральные цвета объектов, потерянные при съемке. Чтобы цвет в кинокартине получился максимально натуральным, специалисты тщательно изучают палитру той эпохи. Проще всего раскрашивать те объекты черно-белого изображения, которые сохранились в архивах, музеях или имеется достоверное их описание в документах, художественных произведениях.

Легко работать и с объектами, которые сохранились в первозданном виде до наших дней: например, Северный речной вокзал в Москве, Шлюзовые ворота на канале, объекты Московского Кремля и др. Однако в большинстве случаев приходится проводить прямо-таки детективную работу по подбору цвета. При раскрашивании сцен фильма «Волга-Волга» цвет куполов в г. Камышин неоднократно менялся. В процессе цветоу-становки было разработано 300 концептуальных дизайнов цвета, охватывающих практически все сцены фильма. Если некоторые цвета объектов могут быть переданы субъективно (неточно – по описанию, воспоминаниям, интуитивно), то при раскрашивании некоторых объектов, например, цвет лица, пламени, неба и т.д., необходимо восстановить точно.

Следует также отметить большую трудоемкость процесса раскрашивания кинофильмов. Фотографии и одиночные снимки особых трудностей не вызывают. При раскраске многосерийных фильмов («Семнадцать мгновений весны») число снимков уже составляет миллионы. Цифровые технологии в телевидении позволяют упростить процесс раскрашивания черно-белых кинофильмов.

Цифровые методы раскрашивания черно-белых кинофильмов

В настоящее время в ТВ вещании для сокращения цифрового потока используются в основном стандарты MPEG-2 и MPEG-4.

Стандарт MPEG-4 охватывает следующие области:

• -    цифровое телевидение;

• -    интерактивные графические приложения, в том числе раскрашивание изображения по объектам;

• -    интерактивные мультимедийные приложения.

В отличие от принципов покадрового кодирования в стандартах MPEG-1 и MPEG-2, концепция MPEG-4 принципиально изменена. Изображение и звук не комбинируются перед отправкой, а передаются посредством нескольких параллельных потоков. Большой объем работы переведен на принимающую и воспроизводящую часть процесса. Если в предыдущих форматах была обработка отдельных кадров и последовательное их воспроизведение, то теперь декодер должен провести полное воссоздание и микширование звука и изображения, то есть то, что до сих пор обычно делало оборудование в телевизионной студии.

Байтовые потоки могут переносить любую информацию, имеющую отношение к окончательному изображению. Каждый вид информации далее можно распределить по кадрам наиболее подходящим методом. Таким образом, отдельно кодируются текстовые данные, статические изображения, последовательность движущихся изображений, общие звуки, речь и тому подобное. Следующий самостоятельный поток содержит описание сцены, то есть способ, которым скла- дываются элементарные блоки информации при окончательном воспроизведении. Аудиовизуальные сцены MPEG-4 формируются из нескольких медийных объектов, организованных иерархически:

• -    статические изображения (например, фон изображения),

• -    видеообъекты (например, говорящее лицо – без фона),

• -    аудиообъекты (голос данного лица), связанные видео- и аудиообъекты: например, изображение говорящего человека, образуют аудиовизуальный объект (AVO – Audio Visual Object).

Видео- и аудиообъекты составляют сцену. MPEG-4 содержит специальный язык для описания сцен-BIFS (Binari Format for Scene – двоичный формат для сцен).

Иллюстрация описанных выше функций MPEG-4 при помощи аудиовизуальной сцены показана на рис.1. Аудиовизуальная сцена имеет иерархическую организацию:

• -    фиксированный двумерный задний план;

• -    картинка говорящего человека (без заднего плана);

• -    голос, соответствующий говорящему человеку, и т.д.

MPEG-4 стандартизирует число таких примитивных объектов, которые, в свою очередь, могут быть как двух-, так и трехмерные, задает кодированное представление таких объектов, как

• -    текст и графика;

• -    «говорящие головы» и ассоциирующийся с ними текст может быть использован на приемном конце для синтеза речи и анимации «головы»;

• -    анимированные человеческие тела.

Количество бит, используемых для кодирования этих объектов, является минимальным. Объект в кодированной форме может быть представлен независимо от окружения или заднего плана.

Таким образом, основное отличие MPEG-4 от ранее принятых стандартов – это объективно ориентированное представление медиаинформации. В стандарте вводится ключевое понятие медиаобъекта – единицы звукового, визуального или аудиовизуального контента. Любая сцена разделяется на объекты, которые соотносятся в пространстве и времени и описываются отдельными элементарными потоками (ЭП). Объекты могут быть натуральными – записанными с видеокамеры или микрофона, и синтетическими – синтезированными в компьютере. Такой подход имеет ряд преимуществ: более экономично расходуются биты для описания сцены, отдельные объекты легко использовать в других сценах, упрощается построение масштабируемых и взаимодействие с объектами, появляются широкие возможности взаимодействия пользователя с выбранным объектом, например, вывод дополнительной информации об объекте, изменение его параметров (цвета, текстуры, громкости звучания или языка), исключение объекта из сцены, создание пользователем новых сцен из объектов, полученных от разных источников или хранящихся в памяти терминала. Все эти операции требуют лишь изменить описание сцены, а это вполне под силу процессору абонентского терминала.

Описание сцены имеет иерархическую структуру. Верхним уровнем структуры является сцена в целом. Она содержит неподвижный фон, образованный изображением стены, стола и глобуса и т.д. В сцене присутствует один персонаж (чаще два и более), который является аудиовизуальным объектом (видеообъект – движущееся изображение персонажа, и аудиообъект – голос этого персонажа). Кроме того, в сцене изображен стол и глобус, которые являются видеообъектами (см. рис. 1).

Рис.1. Аудиовизуальная сцена

Таким образом, раскрашивание черно-белого изображения отдельно взятого кадра может осуществляться по объектам, и далее осуществляется «прогон», то есть повторение кадров: неподвижные объекты в изображении повторяются без изменений, подвижные – анимируются. Палитра цветов, используемая при раскрашивании объектов черно-белого изображения, представлена цветовым графиком МКО и положением треугольников основных цветов. Разбиение аудиовизуальной сцены, подлежащей раскрашиванию и передаче, на ряд блоков (объектов), раздельное их раскрашивание и кодирование значительно упрощает процесс: простые объекты можно вообще не передавать, а путем их описания воссоздать на приемной стороне, имея соответствующую карточку (стол, стулья, глобус, фон, содержащий падающие листья, хлопья снега, дождь и фоновый шум, пение птиц, шум автомашин и т.д.). То есть многие объекты можно синтезировать и аними- ровать. Использование в работе персонального компьютера и программы Adobe Photoshop значительно упрощает эту работу и делает ее более эффективной.

Процесс анализа и синтеза раскрашивания изображений показан на рис. 2. Число уровней проквантованного сигнала черно-белого изображения должно быть таким, чтобы на цветном изображении не были бы заметны ложные контуры.

Рис. 2. Объектно-ориентированная архитектура системы MPEG-4

Заключение

Повышенный интерес к цветовому раскрашиванию черно-белых изображений связан прежде всего с повышением информационной емкости и художественной ценности изображений. Механические способы раскрашивания (как это делали фотографы с черно-белыми снимками) не решают поставленной задачи в глобальном масштабе.

При раскрашивании черно-белых изображений исследователь (ученый) должен иметь дело не с самими снимками, как это делали раньше фотографы, а с сигналами этих изображений. При этом цифровые способы формирования и преобразования сигналов черно-белых изображений с использованием персональных компьютеров оперативно решают поставленные задачи, которые не могут быть решены аналоговыми методами.

Совершенно очевидно, что реализация раскрашивания черно-белых кинофильмов возможна только при использовании цифровых методов обработки сигналов путем их разделения на простейшие составляющие и дальнейшей обработки (раскрашивания) с последующим устранением избыточности из цветокодированных сигналов для передачи или хранения их на носителях информации в электронном виде. Описанная выше технология раскрашивания черно-белых кинофильмов значительно упрощается при использовании стандарта MPEG-4 и современных средств вычислительной техники и программного обеспечения. Практически мы получили новый вид киноискусства – цифровой кинематограф, позволяющий передавать информацию в виде файлов на неограниченное расстояние по каналам связи вместо традиционных методов распространения и доставки фильмов для кинотеатров и воспроизводить их также в домашних условиях.