吴樵_从HD到4K_电影的数字化演进

56 IBI Vol.23 No.88 • 2009 从F900到RED ONE， 数字电影的六年历程 电影的数字化拍摄起源于 SONY 公司发表的HDW-F900摄像机，它是 世界上第一部可以拍摄 1920 x 1080/ 24Psf逐行扫描高清画面的摄像机，美国 导演斯皮尔伯格将它应用于《星球大战2》 的拍摄，成为电影数字化拍摄的起源。 2002年底我与谢东导演合作应用HDW- F900拍摄了电影故事片《冬至》成为国内 第一部数字电影。其后在 2003年笔者 又与王昱合作应用HDW-F900拍摄了 田壮壮导演的电影《德拉姆》并将数字 母版记录成胶片拷贝发行。经过六年的 发展，国内应用数字技术拍摄的电影已经 超过1000部。这其中绝大多数都是应用 HDW-F900这部高清摄像机进行拍摄的。 可以说HDW-F900开辟了电影数字化的 新纪元，对于电影数字化拍摄的启蒙和 发展产生了的巨大的推动作用。直到 2008年，随着美国生产的RED ONE 4K数 字摄影机的大量交货，情况发生了改变。 这是一部能够拍摄4096 x 2304分辨率， 1-120P可变帧率的数字摄影机，其传感 本文作者吴樵先生，北京数字星工场影视文化 传播有限公司董事总经理。2009年6月30日 收到。 关键词： HD 4K 电影 数字化 器的物理尺寸达到Supe r35 mm胶片的 规格，成为一部名副其实的数字电影摄 影机。又由于其售价低廉使得其在全球 范围的普及速度惊人，到目前为止已经交 货了5000余台。应用其拍摄的电影已经 大量涌现，可以说RED ONE将是一部革 命性的换代产品，它的出现标志着电影数 字化的发展摆脱了高清电视技术进入到 了2K /4K的新阶段。从去年底到今年初， 我对RED ONE数字摄影机进行了系统 测试和4K DI工作的完整掌握，决定 应用这一全新的技术拍摄制作电 影故事片《我要当特警》，近日该片已经 通过电影局技术审查获得影院发行资格。 当然在取得成功经验之后，笔者会继续 应用RED ONE和 4K D I工作流程完成 更加令人兴奋的电影创作。 F900与RED ONE的简单比较 (1)传感器的构造：3CCD？ CMOS? F900等高清摄像机一直沿用着 3CCD 或者类似3CCD的传感器构造，其优点 是灵敏度和信噪比优异，可以直接输出 RGB信号。缺点是分辨率局限在高清 范围1920 x 1080psf 编者按：6月16日在北京新世纪日航酒店举行的“电影梦想，承载之旅̶4K电影流程 研讨会”是REDONE进入中国以来规模最大、规格最高的一次业内盛会，与会嘉宾五百 多人广泛深入的探讨了REDONE与4K DI工作流程对于电影数字化制作所带来的巨大 变革和深远影响。资深摄影师和数字技术专家吴樵先生发表了《从HD到4K，电影的 数字化演进》的精彩演讲，博得现场嘉宾的热烈掌声。会后吴樵先生应本刊之邀将演讲 内容改写成本篇，与读者分享。 图1 HDW-F900摄像机 图2 RED ONE摄影机 图3 3CCD构造图 RED ONE数 字 摄 影 机 采 用 了 CMOS/Bayer Pattern Sensor的传感器 构造，其优点是分辨率高，物理尺寸大。 缺点是需要后期进行反拜耳运算和RGB 从HD到4K，电影的数字化演进 ̶探索与创新，追求完美的数字影像 吴樵 58 IBI Vol.23 No.88 • 2009 从HD到4K，电影的数字化演进̶探索与创新，追求完美的数字影像 处理，直接用RED CODE进行小波帧内 压缩输出成12B i tRAW数据文件记录在 CF卡或者SATA硬盘上。我们得到的是 一些非线性的数据文件，无无法即时回看 R3D文件 (可以回看代理文件 )，颜色校正 完全依靠后期DI工作流程。 图4 CMOS构造图 图5 传感器物理尺寸比较图 图6 分辨率比较图 图7 ISO12233放大截图 的解析过程，灵敏度和信噪比不高。 (2)传感器的面积：35mm? 2/3"? F900/F23的传感器的物理尺寸为 2/3" 即9.6 mm x 5.4 mm，当然F35的传感器 尺寸已经达到了24 mm x 13.5 mm。但是 绝大多数高清摄像机的传感器依然沿用 2/3"或者1/2"的物理尺寸。 RED ONE的传感器的物理尺寸为 24.4 mm x 13.7 mm，这与Super35 mm 胶片摄影机的片门尺寸 24.92 mm x 18.67 mm已经非常接近了。它的好处在 于可以直接应用PL接口的电影光学镜头 获得传统35 mm胶片电影完全一样的透 视和景深效果，当然优异的高质量电影镜 头也为RED ONE的成像锐度和细节反差 提供了有力保障。 (3)分辨率：4K? 2K? HD?分辨率 的不同带来的直接区别就是成像的像素 数量的不同，F900及所有高清摄像机能 够采集记录的图像像素数量都是1920 x 1080 (16:9)，而RED ONE能够采集记录 的有效像素数量是4520 x 2540 (16:9)， 这与Supe r35 mm胶片摄影机能够记录 的有效像素4153 x 3112 (4:3)已经基本 一致了。 当然RED ONE由于采用了拜耳滤 色片进行分色的传感器构造，业内专家们 认为它的分辨率只能按照G像素的水平 检出数量2048 (2K)来计算。带着这样的 疑问，我们分别用F900和RED ONE 拍 摄了 ISO12233分辨率测试图标，得出了 结果 (图7)。 可以看出RED ONE如果采用 4K 拍摄，后期无论用 4K或者 2K分辨率输 出清晰度会明显好于高清摄像机，所以 RED ONE的4520 x 2540的有效分辨率 是有现实意义的。 (4)压缩编码和记录方式以 F900为 代表的高清摄像机采用了在摄像机内部 对RGB图像进行伽玛和矩阵处理，经过 MPEG-4 SP压缩输出成 10B i t RGB 4:4:4或4:2:2的视频信号记录到磁带上。 我们得到的是线性的素材磁带，可以即时 回看，色彩是正常的。也就是所见即所得 的记录方式。 RED ONE 要简单的多，它只是把传 感器采集的4K原始信息，不经过解析和 图8 HDCAM压缩编码记录方式示意图 图10 RDC文件夹截图 这种压缩编码和记录方式的差别决 定了两种设备完全不同的后期制作流程， 这也就是它们的本质区别。 RED ONE 的基本原理 (1)文件系统 RED ONE的原生文件：文件数据 包 .RDC的构成如图10所示。 图9 RED ONE压缩编码记录方式示意图 从中可以看出在 .RDC文件夹里有 以下3类文件： R3D文 件 ̶ 数 字 底 片：CMOS/ Bayer Pattern Sensor传感器原生全分辨 率经小波压缩产生的RAW文件，单个文 件不大于2GB Qu ick T ime P rox i es文件 -代理 文件：F.mov[1/1] H.mov[1/2] M.mov[1/4] P .mov [1/8]自动生成不同码率的压缩 代理文件，为离线编辑提供方便，绝不是 数字底片。 RSX文件_元文件、资源共享文件或 称诠释文件：这个扩展文件包含了RED ONE拍摄时设定的曝光、色温等条件的 user Major user 下起一行 60 IBI Vol.23 No.88 • 2009 从HD到4K，电影的数字化演进̶探索与创新，追求完美的数字影像 描述，为后期制作提供参考，相当于一个 技术标签。 (2) RED ONE的DI工作流程 根据RED ONE的工作原理和生成 的原生文件，我们需要找到与之相适应的 后期工作流程，当然RED公司并没有提 供完整的解决方案，需要用户自己去探 索和实验。其实这也是应用相同的RED ONE摄影机拍摄，经过不同的后期流程 处理得到的最终影像质量差异很大的问 题所在。我们应用的 4K D I后期流程方 案推荐如图11。 RED ONE 的曝光控制 RED ONE的实用感光度 RED ONE 在机身设置菜单中的感 光度参数从 I SO100到 I SO2000，通过 下面的测试我们可以发现，其实提升不同 的感光度对于R3D(RAW)数字底片的 曝光量并没有丝毫提升 ,改变的只是监视 器输出信号RED Space，相当于在不断 调亮监视器而已。 图11 基于R3D的4K DI流程图 也只是让监视器输出的RED Space信 号发生改变，对于R3D文件和RAW输出 完全不起作用。所以我们认为RED ONE 只有一个固定的白平衡色温值，经过反复 比较这个固定的色温值应该在 4800 K 附近。 RED ONE的实用宽容度 那么确定了实用感光度和预置色 温值之后，我们通过测试还要找到RED ONE的实用宽容度，或者称为动态范围。 经过拍摄以下图标：18%灰板、纯白的 蕾丝和深黑的海棉，通过控制照明光比， 我们也不难比较出RED ONE的实用宽容 经过比较，我们发现通过DI后期进 行校色之后得到的DPX序列帧，色彩还 原和信噪比最好的感光度是 I SO320和 I SO250，所以我们相信这个数值应该是 RED ONE的实用感光度。 RED ONE的预置色温与白平衡 同样在 RED ONE机身设置菜单 中的手动白平衡色温参数从 1500 K到 10000 K，其实通过下面不同色温光源的 测试我们很快发现，白平衡色温值的调整 图12 ISO100-800/RAW RED 图13 ISO200/R3D DPX 图14 ISO250/R3D DPX 图15 ISO320/R3D DPX 图16 ISO400/R3D DPX 图17 3200K 图18 5600K 图19 7档 图21 11档 图20 9档 Major 62 IBI Vol.23 No.88 • 2009 从HD到4K，电影的数字化演进̶探索与创新，追求完美的数字影像 度为9档 (上4下5)。 RED ONE 与4K DI的优化整合 曝光控制对于影像质量的影响 经过上面的测试和分析，我们得出 这样的结论：RED ONE的曝光参数是一 组固定数值，而并非可以任意调整。如果 想要得到最佳的画面质量那就必须严格 按照这样的曝光参数来进行曝光控制： 实用感光度 ISO320，白平衡色温4800K， 实用宽容度 9档。这就基本相当于拍摄 一种胶片一样，只不过拍摄的是“数字底 片”(R3D)，还要经过“数字洗印”(4K DI) 才能看到样片和标拷。这对于刚刚适应 高清摄像机拍摄的摄影师来说会不太适 应，应为过去依赖的监视器和示波器已经 没有了意义，无法成为曝光依据。反而熟 悉曝光表、色温表和滤色镜的胶片摄影师 会更容易理解和掌握。 转码方式对于图像质量的影响 前期拍摄通过严格的曝光控制获得 曝光准确的“数字底片”以后，并不等于 已经获得了最终的完美影像，因为后期 的“数字洗印”同样重要，可以说两者的 分量是相当的。通过下面的不同转码方 式进行比较，我们可以发现同样的源文件 会得到不同的完成画面，质量差别非常 明显： 前后期工作流程的优化与整合 经过上述的测试与分析，我们得出 关于RED ONE与4K DI工作流程的优化 与整合方案：以推荐的曝光参数进行严 格的曝光控制，以推荐的以R3D数据解 析为核心的套底校色工艺进行DI处理， 两者缺一不可。 总结 RED ONE 4K数字摄影机和高清摄 像机从本质上是有很大区别的，它要求 我们进行严格的曝光控制和与DI后期 流程进行优化整合，它的内在规律需要 我们继续深入的了解和掌握。不管怎样 REDONE的出现确实是一场革命性的演 进，它为电影数字化拍摄翻开了历史新 的一页，从高清走向2K/4K的时代已经 到来。现在我们已经可以获得 2048 x 1080这样一个超过遮幅宽银幕的 1:1.9 的画幅比例。下一步的发展，将是2560 x 1080这样一种 1:2.4的真正宽银幕的 电影画幅。随着电影数字放映终端2K和 4K分辨率的普及，电影数字化的技术演 进将为电影内容的创作带来更加广阔的 前景。 图23 9档放大截图 图24 11档放大截图 图25 R3D/SCRATCH4.3 2K /REDCINE 2K 图26 R3D/HD MOV/ProRes 图22 7档放大截图 广电总局副局长田进在7月底一个专题研究中央电视台综合频道和上海电视 台、上海东方卫视高、标清同播工作的会议上表示，目前时间紧迫，中央电视台和 上海电视台要抓紧制定高、标清频道同播的具体落实方案，确保按期在9月28日 播出。高、标清同播的节目同播率和高清播出率今年起步就要高于50%，2010年 1月1日起要高于70%，2011年要力争达到100%。黄金时段应该全部播出高清节目。 要大力制作高清节目，确保高清节目质量。播出高清节目时应在屏幕右上角标 注“高清”字样。有线数字网络要支持高清频道入网传输，促进高清电视机和高清机 顶盒生产销售和安装使用工作，同时给用户提供若干套高清频道。田进透露，广电 总局将尽快出台相关政策，推进同播高清频道卫星传输和有线入网工作。 广电总局： 2011年，央视、上海、北京电视台 全部节目高标清同播 Major