数字中间片技术

数字中间片技术

华龙电影数字制作有限公司 雷振宇

摘要
数字中间片技术是国际上近几年发展起来并逐渐成熟的电影后期加工技术和方式。本文介绍了数字中间片的概念、优势、流程和应该注意的事项。

关键词：电影 后期制作 数字化 数字中间片 DI

　　数字中间片是近几年在电影制片领域中谈论的热点。实际上长久以来，电影人一直希望能够像电视人那样，只需坐在视频监视器前，就可以完完全全地按照自己的意愿，完成编辑、特效制作、调色等一系列工作，制作出自己所想要的作品。这种愿望也许就是“数字中间片”得以产生和发展的原动力。
什么是数字中间片
　　“数字中间片(Digital Intermediate,或简称DI)”并不是特指某种类型或型号的电影胶片，而是指一种影片的处理方法或处理过程，即将整部影片进行高分辨率数字化，在此基础上完成编辑、颜色处理、视觉特效、字幕等一系列工作并最终将完成的影片输出到电影胶片或其它类型的介质上。由于到目前为止，采用数字技术放映的影院数量还相对较少，绝大多数观众看到的影片仍然通过电影胶片来放映的，因此大多数场合，更多的将“输出到胶片”作为DI的完成。如果仅需在数字影院放映，则DI完成后得到的应该是相应数字格式的母版。
　　2000年由科恩兄弟执导的影片《霹雳高手（O Brother, Where Art Thou?）》（见图1）被认为是最早采用DI完成的影片之一。这部影片描写了20世纪30年代初期，美国一座荒野的监狱里，三名犯人成功实现越狱，并踏上了通往自由和宝藏的路途的故事。为了达到真实再现当时美国社会风貌的目的，导演在Cinesite公司（柯达公司下属的数字后期公司）采用DI对影片的色饱和度及色调进行了特殊处理，而这些效果是用传统技术手段无法实现的。同样在Cinesite，1998年的影片《欢乐谷（Pleasantville）》虽然完成了全片的数字化扫描和输出，但由于绝大多数情况只是把彩色画面全部或部分转成黑白画面，所以把它称为最早采用DI的影片稍显勉强。

 图1 影片《霹雳高手》剧照

　　其实在美国，早在20世纪80年代就开始采用数字技术对用胶片拍摄的电影进行视觉特技处理，比如《终结者2》中的液体金属机器人、《侏罗纪公园》中狂奔的恐龙和《泰坦尼克号》的断裂沉没等。但是这些影片所使用数字特技技术与这里所说的DI是不同的，DI强调的是对整个影片的数字化处理，其中包括了对部分镜头的数字特技制作。从这个意义来说，DI是电影数字特技制作的进一步发展和延伸。
　　之所以直到2000年DI才逐渐成熟和普及，主要还是受到技术发展的制约。采用DI制作的电影，都要经过对全片进行从胶片到数字，再从数字到胶片的转换，并需要有足够大的空间来存储中间的制作过程。因此DI是否具有应用价值，首先取决于能否在保存足够多的图像信息前提下，以可承受的价格、较快速度完成上述两个转换并提供足够大的存储空间。毕竟对于普通观众来说，他们不会关心影片在制作中是否采用了DI，但如果由于采用DI而使得影片画面的质量有较为明显的降低，则无论是对普通观众还是对制片方来说都是不可接受的。最近几年，正是由于高速、高分辨率、高精度颜色处理的胶片扫描系统、调色系统、胶片输出系统及高速大容量存储技术的日臻成熟，才使得DI的应用日益广泛并呈现快速发展的势头。
　　这里以胶片扫描系统为例，简要说明一下目前胶片数字化技术的现状。我们都知道，当前主要采用两种技术实现“捕捉”图像（由“光”到“电”的转换）的功能，即CCD和CMOS。目前采用CCD技术实现高精度快速胶片扫描的产品的代表是汤姆逊集团下属的草谷公司的Spirit系列胶转磁。Spirit4K（见图2）是在2004年刚刚推出的该系列中顶级产品，它可以实现胶片4K分辨率（速度最快可以达到7.5格/秒）和2K分辨率（速度最快可以达到30格/秒）的扫描，以及高清、标清胶转磁。其主要特点是扫描分辨率高、速度快、整机性能稳定，只是其价格过于昂贵。以生产电影摄影机和摄影灯具著称的德国阿莱（ARRI）公司，继在1998年推出首个数字产品Arrilaser激光胶片记录仪并赢得业界广泛赞誉的基础上，于2004年推出了Arriscan胶片扫描仪（见图3）。Arriscan采用其自己研发的与35毫米胶片大小相同的CMOS作为核心器件，可以实现分辨率分别为2K（1格/秒）、4K（0.25格/秒）甚至6K（0.25格/秒）的扫描。其主要特点是图像宽容度高、系统设定及操作简单、具有直接产生а通道功能（可以用于划痕等的修复）、价格较为合理。但由于是刚刚推出，所以在软件设计及操作上还不够完善、系统的稳定性还有待考验。

　　图2 Spirit 4K 胶转磁　　　　　　　　　　 图3 Arriscan胶片扫描仪

为什么要采用数字中间片
　　对于影片的创作者来说，DI可以提供以往采用传统胶片处理技术难以提供的创作自由。曾经因拍摄《X战警（X-men）》系列影片而获得奥斯卡提名的摄影师Newton Thomas Sigel，ASC在接受美国摄影师杂志采访时说：“数字中间片提供了一个非常好的机会来（对画面）进行更进一步的控制。当你在对你的影片进行调色时，你能够像在原始拍摄时一样对影片施加直接的影响力”。利用DI中强大的校色工具，操作师可以按照坐在旁边的主创人员的要求来改变画面的对比度、利用“窗口”功能有选择地将画面的局部进行散焦和颜色调整、针对某种颜色（如人的肤色）进行单独的分离和控制、进行场景与场景间的颜色匹配、增加晕影等特殊光效等操作，而所有这些操作的结果都会实时地以所见即所得的方式反映到大银幕上。这样的处理方法和方式是在以往的影片制作过程中是难以想象的。
对于影片的出品方来说，DI意味着能够以最便捷的方式获得更多的回收投资的途径。采用DI最后得到的完成母版，除了可以印到胶片在影院放映，还可以制成数字影院节目直接以数字的方式放映，可以制作成HDTV节目在电视台放映，可以制作成DVD和录像带发行，可以制作成流媒体的方式在计算机网路中发行或向手机用户发行等等，而所有这些格式的制作都很便捷（制作的成本甚至可以忽略不计）。另外，由于所有拍摄的素材都以数字的方式保存，所以根据需要，可以很容易地制作“导演剪辑版”、“加长版”等不同版本的完成版，充分挖掘作品的潜力。
　　对于电影观众来说，DI意味着更高的图像质量。阿莱公司发表的一篇关于数字中间片的白皮书（ARRILASER enabling the technology for the Digital Intermediate）中比较了35毫米胶片采用数字中间片和传统光学中间片两种处理方法所得到的画面质量，图4-1是采用4K扫描的数字中间片制作所得到的图像，图4-2是采用传统的中间片处理得到的图像。

　　　　图4-1 4K数字中间片制作的图像 　　　　　　　　图4-2 传统中间片制作的图像 

　　对于关心环境保护的人来说，DI意味着在影片的制作过程中，可以更少地涉及胶片的冲洗过程，可以大幅度地减少废水和银、汞等重金属有害物质的排放。
DI的流程：
　　目前在国际上实现数字中间片可以采用不同的工艺流程，其中较为常见的一种如图5所示。这样的工艺流程与目前影片的后期制作流程类似，首先经过胶转磁粗转得到剪接决定表（EDL表），根据EDL进行影片全片的扫描，需要制作数字特效的镜头通过网络传送到相应的图像工作站中加工完成，所有未制作特技和制作完特技的素材在专门的系统中完成调色、编辑、字幕等工作，并按不同的要求输出到不同的格式。
DI制作中的几个需要注意的问题：
 关于图像的分辨率和色彩深度：
　　在当前的DI制作中，将胶片数字化时可以选择几种不同的格式，主要包括：高清视频格式、2K或4K的文件格式等。选择不同的格式，制作的品质、周期和费用会有很大的不同。
　　在高清视频格式中，一般采用分辨率为1920*1080、帧速率为24P的格式。由于目前高清技术和设备都比较成熟，相对而言制作的成本就会比较低、处理速度快（实时或接近实时地完成大部分的操作）、颜色管理简单，但最终放映画面的质量相对较差。另外，由于HDTV的图像宽高比限定为16:9（约为1.78:1），而常见的电影画幅宽高比包括2.35:1、1.37:1、1.66:1、1.85:1等，因此除了最后一种比例外（1.85:1与1.78:1比较接近），其他比例的电影不适合采用高清的方式处理。
在采用文件方式时，毫无疑问4K要比2K的分辨率会获得更多的细节，但其巨大的数据量会对整个系统的存储、网络传输的能力来说是个严峻的挑战。目前国际上真正采用4K完成DI的影片寥寥无几，主要原因是以当前的设备能力来看，采用4K后画面质量的提升与制作成本的提高、制作时间的延长相比，不利的一面更加突出一些。目前绝大多数的DI都是以2K分辨率完成的。
　　我们假设底片上记录有2048条黑白相间的线，如果用2K分辨率的CCD扫描仪来扫描这格胶片，会有两种极端的结果。一种是如图6-1所示，CCD的感光单元与黑白线条恰好一一对应，则所有的信息都会准确获得；另一种如图6-2所示，CCD的感光单元正好对应于黑白线对的中央，则不能够准确获得图像的信息。根据采样理论，当增加CCD的感光单元的密度，也就是用更高分辨率的CCD进行采样，比如4K，则如图6-3所示，无论黑白线对与CCD的感光单元如何对应，最终得到的2K数字图像都能够准确表示原来胶片上的图像。所以说，虽然在整个DI过程中采用2K的分辨率，但在胶片扫描时，最好采用更高分辨率的器件完成最初的取样，在完成必要的处理后，再以2K的分辨率输出，从而完成胶片的数字化。（注：图6-1、6-2、6-3引用自A Real World Guide to the DI Process ，Steve Shaw，Digital Praxis Ltd）
　　另一方面，从颜色的量化编码来说，目前国际上最常见的是采用红绿蓝10比特对数方式。这种方式充分利用了人类视觉系统的特性，在保证覆盖胶片的动态范围——保证图像高质量的同时，尽量减少数据量。
 关于颜色管理
　　在整个DI的处理过程中，对于图像颜色的处理是最关键也是最复杂的步骤之一。这是因为DI过程中所涉及到的所有设备（胶片扫描设备、胶片记录设备、图形处理工作站、显示设备等），几乎都会按照自己的方式对图像的颜色进行处理或再现，其结果是最后完成品的颜色很难准确控制。所谓颜色管理（Color Management ）就是通过进行颜色的标定及其它技术手段，来保证DI系统内部在颜色的处理和再现时，制作人员所看到的图像颜色与真正记录到胶片并放映时看到的图像颜色尽可能地接近。在建立HDTV标准（如SMPTE 274M）时，明确采纳了色度学方面的国际标准（Rec. 709），因此如果在DI过程中仅限于HDTV视频信号进行处理并且相关设备符合相应的色度学标准，颜色管理相对就比较简单。而在对2K或4K的文件序列进行DI处理时，相关设备没有统一的颜色标准，所以颜色管理就要复杂的多。
 关于数据的迁移
　　一格红绿蓝2K10比特对数表示的图像文件的大小约为12兆字节，以一部影片90分钟计算，则整部影片需要占用大约1.5吉字节（Terabyte）。而在真正的DI制作中，除了保留最终的成片以外，还要存储原始素材（时长会大于成片的长度）和中间过程（可能会有多个版本），所以DI系统处理的数据量是十分巨大的。所以在设计DI系统时，必须要尽量减少可能的数据迁移的次数，建立大容量的共享存储池就显得非常必要了。目前解决海量共享存储的技术方案包括SAN（Storage Area Network，存储局域网络）和NAS（Network Attached Storage, 网络连接存储）等。

结论
　　拍摄、后期制作和发行放映构成了电影生产的三个基本环节，DI实现了中间环节的从模拟到数字的转化，是电影技术发展的重要里程碑，必将极大地推动电影生产力的发展。