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(1. 上海大學 上海電影學院，上海 200072；2. 上海理工大學 出版印刷與藝術設計學院，上海 200093)

1905年，北京豐泰照相館拍攝了中國第一部影片《定軍山》.自此，中國電影踏上了百余年的發(fā)展之路.在這百余年間，數以萬計的老電影經歷了來自保存環(huán)境(溫度、濕度、灰塵、真菌等)、歷史文化變遷和人為破壞(拉伸、劃痕、手印等)等多方面的嚴峻考驗[1].時至今日，影片《定軍山》只能見于文字，被稱為中國電影保存的“國庫”——中國電影資料館，館藏年份最久的影片是1922年上海明星公司出品的3本故事短片《勞工之愛情》.縱觀現存影片，大多存在退色、霉點、齒孔收縮、劃痕及聲道受損等不同程度的損壞問題.因此，為老電影膠片，尤其是磁底(negative，即電影原始底片)提供適宜的存放環(huán)境，同時對這些素材進行修復、清潔及其他相關處理成為了保護歷史影像資料的必要措施.

隨著科技的發(fā)展，“數字化”自20世紀末走進了老電影修復領域.物理修補、清洗電影膠片，配合數字化轉換及保存，成為了當前國內外對老電影及各類歷史影像資料保護的主流方式[1].2005年，由我國投資2.8億，由中國電影資料館主持的持續(xù)性重點項目“電影檔案影片數字化修護工程”正式啟動[2].截至2014年，我國完成數字化轉換的影片有6000余部，精致修復經典影片約200部[3].但以現在的修復速度，僅修復中國電影資料館的20000余部老電影就要1000多年.因此，在老電影膠片性狀不斷惡化的情況下，提高電影修復效率成為了電影修復工作需要克服的首要問題.

當前電影修復速度無法大幅提升大致出于以下兩個原因： 一是從事電影修復的專業(yè)人員較少；二是在修復過程中需要人工干預的成分較多(如對噪聲的人工分揀).電影修復作為一個綜合性、跨學科的交叉工程，培養(yǎng)專業(yè)修復人員代價高、周期長，因此目前對能高效并準確地進行自動化修復的工具及相應算法有著急切的需求.本文介紹了當前老電影的聲音修復過程，為智能系統的設計提供參考依據；同時對其噪聲特點、分類及當前數字化噪聲處理方式做了深入研究和總結，為智能算法的研究提供了必要的學習數據集和標注方案.

1 老電影聲音數字修復的主要工作

1.1 老電影聲音數字修復的主要工作內容和修復原則

老電影聲音修復的主要目的是將當前的聲音恢復至盡可能接近電影拍攝時的聲音.因此，在選擇修復素材時，一般以磁底為最佳[4].選定修復素材后，電影的聲音修復將經歷膠轉數(即老電影聲音數字化)、數字音頻文件確認和具體的數字化修復過程，流程見圖1.

圖1 老電影聲音數字修復流程圖Fig.1 Flowchart of digital soundtrack restoration for old films

在電影聲音數字化之后，聲音數字修復部門將拿到修復好的完整視頻素材，以及每卷膠片數字化后的未修復數字音頻文件.每部電影包含6到12段不等的單聲道音頻文件，每段時長約10min.需要注意的是，有少部分4聲道(左、中、右、環(huán)繞)老電影[5]，其音頻素材包里的音頻文件數量即為單聲道電影的4倍.拿到數字音頻文件后，聲音數字修復人員需要先檢查每個音頻文件是否包含明顯的由轉速過快或過慢帶來的變調等問題，若無明顯變調、失真現象，即可建立該影片的修復工程文件，將所有音視頻素材導入其中，開始數字修復工作.

聲音數字修復的第一步是將音視頻文件同步.無論對白還是音效，都要與視頻一一精確對應.在此環(huán)節(jié)中，較常見的問題是同一段音頻素材前面部分能夠與畫面對應，而后面部分由于聲音素材越來越快，以至于無法與畫面準確對應.該問題的解決方案是對同一影片的全部音頻素材做參數相同的Time Stretching處理(以Pro Tools軟件為例，使用Time Shift插件時，需設置為只改變音頻文件長度，不改變音調).一般速率設定在99%到99.9%之間，需要視實際音視頻素材情況而定.據上海電影技術廠專業(yè)修復人員介紹，整個音視頻同步環(huán)節(jié)約占一般性聲音數字修復工作時間的30%.另外，在這個環(huán)節(jié)中，每個音頻文件前后由引導膠片(由于膠轉數設備轉輪間存在一定距離，為了能夠兼顧固定膠片和完整轉換素材，需要在每卷膠片的開頭和結尾接入廢舊膠片用于走帶)帶來的隨機噪聲和由膠片接頭帶來的小爆破噪聲都將被一并去除.

聲音數字修復的第二步是去噪.專業(yè)修復人員需要對老電影中可能會出現的高頻嘶聲、低頻哼聲、爆破聲、咔嗒聲等噪聲做適度去除.在對聲音不造成二次損傷的前提下，得到最接近原始狀態(tài)的聲音[6].所謂二次損傷，主要指由于操作不當或不夠細致而導致的電影聲音失真，聲道數量錯誤等問題[3].音頻素材去噪后，修復人員一般會通覽全片，將在去噪過程中被誤認為噪聲去掉的有用聲音信息還原.而對于本來在原聲音素材中就缺失的聲音信息，修復人員需要將缺失位置和缺失內容記錄下來，方便以后通過重新翻錄或擬音的方式將其補上.

聲音數字修復的最后一步是頻率補償.由于去噪處理一般會對原聲音素材帶來音質損傷，因此專業(yè)聲音修復人員會在去噪處理后，對影片的全部音頻素材做相同參數設置的頻率補償處理，用于彌補在去噪過程中被過度降低的頻段.

目前，關于去除老電影普遍存在的各類噪聲問題，在國際上并沒有很好的先例，在我國也沒有相關方面的研究，普遍采用的降噪方法若遇到持續(xù)較大的電流聲或頻率與有用信息重疊的噪聲，過度降噪會引發(fā)聲音失真的問題.因此，在電影修復的過程中就產生了降噪與失真之間的權衡與取舍.中國電影資料館修復專家的處理原則是在保證對白清晰度的基礎上，酌情降噪，寧可保留，也不可造成二次損傷.上海電影技術廠的修復專家在去噪過程中也遵循著不以過度損傷音質為代價達到完全去噪目的的處理原則，堅持著“修舊如舊”的美學追求[7].修復后的電影對白清晰度和可懂度均有明顯提高，同時又不失老電影的年代感和韻味，這與中國電影資料館的修復專家的做法不謀而合.

1.2 老電影聲音數字修復的主要修復工具

我國所使用的電影聲音修復工具與國外差別不大，設備方面也幾乎是同步的[8].以上海電影技術廠老電影聲音數字修復為例： 使用的聲音數字修復平臺為AVID公司的軟件Pro Tools，當今國內外的電影聲音制作基本都建立在該軟件的平臺上，利用該平臺及安裝到該平臺上的軟硬件效果器，音響師可以對音頻素材做剪輯和音質處理，能夠實現所有對一部電影在聲音上的想象和創(chuàng)意；使用的主要去噪軟件為iZotope的RX Audio Restoration & Repair Software系列插件，該插件中包含的De-noise、De-click、De-hum等工具在電影聲音修復中使用率極高，主要用來去除背景噪聲、爆破聲、噼啪聲和哼聲等噪聲.

2 老電影的噪聲分析及去噪處理

本文以上海電影技術廠的電影聲音修復資料為研究素材，分別從20世紀50，60，70，80年代的老電影中截取數十段噪聲樣本，結合上海電影技術廠對這些噪聲的降噪建議，根據噪聲的穩(wěn)定性，對其進行分類梳理和聲學特點分析.該研究為以后的自動化修復工具研發(fā)提供了一系列可靠、實用的噪聲樣本和人工標注數據集.

2.1 背景噪聲

老電影中的背景噪聲(background noise)以普通寬帶噪聲(broadband noise)、高頻嘶聲(high-frequency hiss)、交流電聲(AC hum)及低頻哼聲(low-frequency hum)為最常見，此類噪聲多貫穿電影始末.普通寬帶噪聲聲壓級不穩(wěn)定，頻帶較寬，與有用聲音信息頻率重合，主要利用采樣降噪De-noise的方式去除(De-noise插件主要用于去除背景噪聲，如有一定音調的噪聲和寬帶噪聲).交流電聲的頻率較分散，20Hz到20kHz均可能出現，音量較小，聲壓級較穩(wěn)定，主要利用采樣降噪De-noise和EQ(Equalizer)結合的方式去除.高頻嘶聲在聲壓級的穩(wěn)定性上與交流電聲相似，都較穩(wěn)定.但與交流電聲不同的是，高頻嘶聲的音量更大，頻率一般集中在10kHz至14kHz.因此高頻嘶聲的主要去噪方法也是利用采樣降噪De-noise和EQ結合，但有時也會利用De-hum工具來輔助去除諧波成分.低頻哼聲的頻率多在100Hz到500Hz之間，音量較大，聲壓級較穩(wěn)定.其降噪方式有兩種： 一是利用采樣去噪De-noise；二是先做去哼聲處理De-hum，再去除與其同時出現的其他噪聲(如噼啪聲).以上4種噪聲一般并不單獨出現，而是組合出現，這就要求修復人員根據具體情況利用多種工具對背景噪聲進行有效去除.下面列舉4種背景噪聲樣本，并對其進行基礎聲學分析.

1) 高頻嘶聲 以上海電影制片廠攝制于1976年的《難忘的戰(zhàn)斗》為例，詳見表1中2016010201號噪聲樣本及圖2.高頻嘶聲主要指圖2(b)中放大的噪聲部分，該噪聲頻率范圍在11kHz至13kHz之間，由圖2(b)，(c)可見，12.4kHz處音量最大.該頻帶落在人耳可聞閾之內，即便是年紀較大或有輕微聽力損傷的人仍能聽到該頻率范圍內的聲音.對此類噪聲的一般處理辦法是利用采樣去噪和EQ去噪相結合的方式，在不嚴重損傷原聲音素材的前提下適度去噪.

圖2 《難忘的戰(zhàn)斗》高頻嘶聲分析圖組Fig.2 High-frequency hiss in Unforgettable Fight

2) 普通寬帶噪聲 以上海電影制片廠攝制于1981年的《阿Q正傳》為例截取兩段分別位于片頭和影片中部，長度均為1s的噪聲進行對比分析，見表1中2016010101、2016010102號噪聲樣本及圖3(見第186頁)，圖4(見第186頁).在同一部影片內，背景噪聲持續(xù)存在，雖不同位置的噪聲頻響曲線相似，但噪聲能量稍有不同.從聽感上對比，同一部影片內背景噪聲的特點相同，但片頭位置的噪聲略大于影片中部的噪聲.正是由于在影片不同位置的背景噪聲音量不同，因此在降噪過程中需要對不同位置設置不同的降噪量，或對噪聲較大的部分進行2次局部降噪.

圖3 《阿Q正傳》片頭部分背景噪聲分析圖組Fig.3 Background noise at film title in The Real Story of Ah Q

圖4 《阿Q正傳》影片中部背景噪聲分析圖組Fig.4 Background noise in middle place of The Real Story of Ah Q

3) 交流電聲 以上海電影制片廠攝制于1965年的《女司機》及1981年的《阿Q正傳》為例，本文分別從兩部電影中截取一段純噪聲樣本(不含有用聲音信息)，見表1中2016010301、2016010302號噪聲樣本及圖5，圖6.這類噪聲與之前介紹的兩類噪聲相比，音量較小但頻帶較寬，低頻及中頻部分在影片中將會和有用聲音信息的頻譜重合疊加.因此在修復此類噪音的過程中適合使用采樣降噪，不適合用EQ對某頻率點的所有聲音元素做統一處理.另外，由圖5和圖6可見，在兩部電影中都伴隨著微弱的超高頻噪聲，頻率點分別在12.5kHz和19kHz附近.因此，除采樣降噪外，修復人員還常輔以EQ降噪，從而將高頻噪聲去除干凈.由于這兩段噪聲均來自影片中的無聲片段，且兩部影片的年代不同、受損程度不同，卻擁有相似的交流電噪聲，在圖譜的相近位置出現了相近的波形，因此可以推斷此類噪聲來自膠片數字化過程，而非影片本身.

圖5 《女司機》交流電聲分析圖組Fig.5 AC hum in Driver Girl

圖6 《阿Q正傳》交流電聲分析圖組Fig.6 AC hum in The Real Story of Ah Q

4) 低頻哼聲 以上海電影制片廠攝制于1965年的《女司機》為例，截取一段低頻哼聲樣本(含噼啪聲，不含有用聲音信息)，見表1中2016010401號噪聲樣本及圖7.這段噪聲在100Hz和200Hz處低頻哼聲音量較大，并伴有噼啪聲和交流電聲.針對這類噪聲處理辦法有兩種： 一是利用采樣降噪De-noise；二是利用去哼聲插件De-hum，根據噪聲特點選擇合適的諧波數量(number of harmonics)、Q值和去噪量等參數，將低頻哼聲去掉(2016010401號噪聲De-hum去噪后的音頻見2016110401號聲音樣本)，然后利用De-click和EQ一一去除噼啪聲和交流電聲.相比于第1種去噪方法，第2種能夠更有針對性的去除噪聲，能夠人為地減小對原聲的損傷.

圖7 《女司機》低頻哼聲分析圖組Fig.7 Low frequency hum in Driver Girl

2.2 脈沖型噪聲

爆破聲(pop sound)、咔嗒聲(click sound)和噼啪聲(crack sound)作為老電影中常見的脈沖型噪聲(impulsive noise)可能會出現在影片的任何位置.由膠片接頭產生的音量較大的爆破聲[9]，多出現在每段數字音頻文件的片頭和結尾位置，據統計，一般在00∶00∶11到00∶00∶15的位置.除此之外，由于影片條件不同，較大的爆破聲有時也會出現在影片中部.在去噪過程中，若爆破聲頻帶寬時間長，可以考慮直接將其剪掉，用相似的背景噪聲補全.若使用去噪插件，則要注意此類噪聲的(時間)寬度和去噪靈敏度參數的調節(jié).若噪聲寬度過窄，會導致遺漏某些噪聲使之無法得到去除；若去噪靈敏度過高，會引發(fā)音量或音調的抖動問題.因此在實際去噪過程中，需要修復人員反復嘗試對比，找到既能有效去噪又不對音質造成損傷的最佳值.而在有些影片開頭結尾位置也會出現與爆破聲相比音量更小，寬度更窄的咔嗒聲.修復人員一般會利用De-click插件，使用中仍要注意對噪聲寬度和靈敏度的參數設置.除以上兩種噪聲，還有以音量小，連續(xù)出現頻率高為特點的噼啪聲.對噼啪聲的修復一般采用De-click插件，并將噪聲寬度值調小，靈敏度值調大.與背景噪聲類似，以上介紹的3種噪聲很少單獨出現，在同一片段內常常同時出現，并混有各類背景噪聲.

下面分別舉例3種脈沖型噪聲樣本，并對其進行基礎聲學分析.

圖8 《林沖》爆破聲樣本圖譜Fig.8 Pop sound in Lin Chong

1) 爆破聲 以上海電影制片廠攝制于1958年的《林沖》為例，詳見表1中2016020101號噪聲樣本及圖8.此類噪聲常出現在每卷膠片數字化音頻文件的開頭和結尾處，圖8呈現的噪聲出現在00∶00∶13.250處，讀者亦可在表1中找到其他10個爆破聲出現的位置.在老電影中，爆破聲的呈現方式千差萬別，無論是聲壓級，還是噪聲時長都不盡相同.因此需要修復人員根據實際情況調整去噪插件中的參數.如圖8中的噪聲，可以選擇直接將其剪掉，也可選擇De-click插件單獨對其去噪.

2) 咔嗒聲 以上海電影制片廠攝制于1981年的《阿Q正傳》為例，詳見表1中2016020201號噪聲樣本及圖9.去除咔嗒聲一般也使用De-click插件，由于此種噪聲可能出現在影片的任何位置，因此插件中的靈敏度值不宜過高，噪聲寬度值也應比去除爆破聲的參數小，以期避免對原文件的二次損傷.圖9為《阿Q正傳》第2卷膠片數字文件位于00∶08∶21.7至00∶08∶22.7的一段噪聲及其去噪參數和去噪后的聲音圖譜.由圖可見，咔嗒聲已被去除，去除后的音頻文件見2016120201號聲音樣本.另外，在去除咔嗒聲的過程中，有時會出現軟件誤操作的現象[10]，如關門聲、腳步聲等有用聲音信息，以2016220201號聲音樣本(圖10所示)為例，軟件會將其誤認為咔嗒聲而去除.因此在對整個影片做De-click之后，修復人員一般會再認真地檢查全片是否有誤操作的地方，并將誤操作處還原.

圖9 《阿Q正傳》咔嗒聲分析圖組Fig.9 Click sound in The Real Story of Ah Q

圖10 《難忘的戰(zhàn)斗》中的腳步聲Fig.10 Footstep sound in Unforgettable Fight

3) 噼啪聲 以上海電影制片廠攝制于1965年的《女司機》為例，詳見表1中2016020301號噪聲樣本、2016120301號聲音樣本及圖11.噼啪聲在一段影片中出現頻率較快，且每個噼啪聲時間較短.因此在使用De-click對其進行去噪的過程中推薦在對原聲不產生明顯損傷的前提下，將靈敏度調大，噪聲(時間)寬度調小來提高去噪效果.

圖11 《女司機》中噼啪聲去噪前后圖譜組Fig.11 Crack sound in Driver Girl

3 結 語

修復老電影是一項長期且意義重大的文化保護工作，修復過程中面臨的問題和挑戰(zhàn)相當嚴峻.這不僅需要培養(yǎng)出更多專業(yè)人員投入到老電影的修復工作中，更是對科研人員從實用角度提出新的挑戰(zhàn)，盡可能地研發(fā)出效率更高、準確率更高的去噪工具、頻率補償工具以及缺失聲音片段的自動修補工具.本文不僅對當前老電影音頻的人工修復過程做了簡要的描述，為智能系統的設計提供了參考依據，而且從多部老電影中截取數十段噪聲，對其進行分類梳理，并對這些噪聲做了基礎聲學分析，為智能算法的研究提供了學習數據集和標注方案.

從本文的噪聲樣本中不難發(fā)現，不同噪聲的去噪程度并不相同.在去噪過程中，理想去噪和不損傷原始音頻素材很難兼得，需要修復人員認真反復權衡.這也導致了即便對同一段噪聲做降噪處理，不同修復人員根據個人喜好，修復的結果也會有所差異，甚至差異較大，其主要原因在于老電影的聲音修復并沒有公認的可量化的評價標準.因此，針對中國老電影聲音的一般修復和精致修復制定一套評價標準無疑是自動化修復工具研發(fā)工作亟待解決的問題之一.這一工作需要相關領域的學術圈與行業(yè)協會等部門共同協作完成，從權威角度對老電影聲音的修復效果和修復工具的研發(fā)做出指導.

致謝： 本文為2016年度上海大學電影學高峰學科《淺析老電影的聲音特點及其在電影聲音數字修復中的作用》項目的成果之一.

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