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解析度的演變

白皮書

解析度的演變

膠捲掃描的未來

 

後製作產業以戲劇性的腳步演變,數位電影院已經趨近普及,並朝向全膠捲解析度數位特效,膠捲掃描機的世界已經發生了巨大的變化。

 

SD的視訊已經讓出了它的道路給HD及資料(Data),線性視訊影帶已經迅速的被HD及資料硬碟所取代,而數位電影院(Digital Cinema)已經被指為視覺娛樂領域下一個革命階段。雖然一般影帶的需求仍然存在,但由於幾乎所有現今的製造商,都可以製造轉換到高品質HD的掃描機,使得HD的視訊已經成熟。同時,雖然HDCam及同性質的設備,已經進入電影下一步的採購清單,但仍存在許多的疑慮。膠捲仍維持為捕捉影像的基本媒介,並且只要掃描技術仍能保持膠捲的優點,即使在產業變化的現在,膠捲仍能繼續存在。

 

膠捲仍是未來

雖然有些人建議在採購攝影機的階段,HD也許可以取代膠捲,但Cintel相信,這樣做將是危險的,因為這將限制在大型螢幕上播放的影像未來的品質。

 

膠捲可以提供比受限的HD視訊更多的解析度,並意味著,以比HD更小的頻寬(Bandwidth),獲得比較大的膠捲解析度可能會發生。相對於所有視訊系統有限的動態範圍(Dynamic Range),膠捲具有大很多的動態範圍是廣為人知的,但膠捲、尤其是35mm,其可能的解析度,卻是比較不為人知。那麼,什麼決定了膠捲的最大解析度呢?

 

膠捲的最大解析度

首先,是膠捲的格式,35mm可以提供6K的解析度。其次,拍攝影片的鏡頭品質,對於解析度有著巨大的影響。雖然現今的變焦鏡頭(Zoom Lense)已經非常好,但常常僅有主鏡頭(Prime Lense)才能達成終極品質的影像。好的主鏡頭可以在膠捲上達成純4K,且還可以解決一些在6K上的問題。

 

以膠捲作為來源影像,其品質遠遠超過HD的品質,因此它成為HD理想的來源,並且可以在傳輸時非常容易操控,在不損壞影像的情況下,獲得任何您想要的結果。

 


投影機對於膠捲有著負面的影響,在沖印的每一個階段皆有品質的喪失,而投影機鏡頭,則降低了影像的品質。沖印過程本身,通常會降低膠捲的解析度,即使在Inter-Positive的階段,就已經降低了2K,而在接下來沖印的一列系過程中,則又再微微的降低。這些品質的下降,再加上大部分投影機鏡頭都會導致的品質損失,意味著我們也許從來就沒有辦法從35mm,在電影的大螢幕上,看到超過約1.5K的解析度。

 

然而,膠捲的未來是有趣的,現今的數位投影機已達到4K的解析度,未來是否有更高等級投影機,則讓人值得觀察與期待。

 

膠捲掃描機的最大解析度

那麼,決定任何掃描機的最大擷取解析度的因素是什麼呢?對於CCD Line & Area Array 掃描機而言,因素在於物鏡(Objective Len)、通常為Line Arrays上的Prime及在Area Array裝置的Zoon,設定了光學上的限制。CCD的成像區(Photo-Site)設定了取樣的限制,而分光鏡(Beam Splitter)對於最終的解析度,也將有某種程度上的影響。

 

對於掃描點(Flying Spot)掃描機而言,不管是CRT或雷射,解析度都只取決於兩個功能:掃描點的大小及物鏡。要注意的是,當使用CRT掃描機,進行資料膠捲的掃描時,不論是探測器(Detector)、或訊號路徑頻寬,都不會對解析度有任何的影響。Cintel目前的掃描機,藉由善用CRT 30微米(um)的掃描點,可從35mm膠捲掃描,達到4K的解析度,它光學上的透過高精度的11個元件鏡頭,在膠捲平面上產生7微米的掃描點。

 

然而,僅透過加快光柵(Raster)掃描速度及頻道頻寬,掃描速率(Scan Rate)可以是即時的,即使以SD的頻寬,我們仍能以2K @ 6fps4K @ 1fps的速度進行掃描。在不久的將來,我們的目標是提供三到四倍於目前的掃描速度。

 

Cintel35mm 4K掃描能力為基礎,我們可以顯示出原始攝影機負片2K以上的精彩細部,而4K確實並非一種限制:

 

圖一

範例全都來自於原始的攝影機負片,顯示以各種不同的資料掃描解析度的掃描結果。

 

雖然2K的解析度合乎HD視訊及膠捲IPs的需求,但對於攝影機負片而言卻是不足的。您在這裡可以看到,在銳利的邊緣出現了鋸齒(Alias),因為它的取樣少於膠捲解析度。在4K掃描的範例中,可以注意到缺乏硬邊緣(Hard-Edged)像素,此掃描是平滑(Smooth的,因為掃描的取樣,現在與膠捲的解析度相同、或甚至於更高。

 

所以,雖然這是好消息,但當資料檔案解析度提高時,檔案的大小也相對的同時提高。

 

解析度、檔案大小及傳輸速度的比較

 

 

圖二

圖二

此表說明一些檔案有多大。

 

 

圖三

圖三

有許多用來傳輸檔案的建議資料埠  這裡所顯示的,是一些可選擇的估計最大傳輸速度。

 

雖然我們都比較喜歡以最高的解析度掃描攝影機負片,但檔案的大小會成為一個問題。

 

然而,這也許不一定就是這樣,而且似乎原始掃描的解析度越高,在壓縮影像時就越容易。

 

壓縮與不壓縮

在我們摒棄壓縮對膠捲品質影像是無用之前,讓我們先來看看結果。Cintel對於使4K成為可用的資料格式進行了相當多的研究,使資料檔成為一種可以處理的大小。下面是我們的實驗過程:

 

圖四

首先,我們以4K掃描35mm的攝影機負片,並以DPX 10 Bit Log檔,儲存在我們的Postware Data系統中。 

這些轉換成線性檔案,顏色校正過,然後經過壓縮並接著解壓縮。 

同時保留一組未壓縮的檔案,我們數位的分開審視影像,將它們錄回Inter-Negative並沖印膠捲。

 

 

圖四

 

因為我們相信,由於今天的沖印及投影的限制,使得可見的解析度限制在約1.5K左右,我們也以係數為4的方式放大,數位的錄影及沖印相同的影像品質。


即使有著膠捲投影的限制,仍能有效的看見6K解析度的細部,我們將兩個4K的影格的大小,控制在可以存入一張標準的磁碟片中,也就是說一個24 Bit的影像大約為0.5 MB 、而48 Bit的影像大小則為1 MB

 

 

 

圖五

圖五

此範例為2K不壓縮與4K52:1壓縮。

 

這些影像的設計,是為了在電影院的大螢幕中播放。

 

請造訪網站:www.cintel.co.uk

以便觀看到更好的影像效果。

 

圖六

這是播放速率(Frame Rate)與壓縮程度的比較,這是根據48 Bit線性檔。以最極端的GSN而言,20倍的傳輸速度是可能的。

 

雖然近年來儲存裝置的價格變得比較便宜,但面對高解析度檔案時,其數量仍然相當可觀。

 

 

圖六

 

 

圖七

圖七

這些是使用4K壓縮技術,可以達到的節省儲存空間的目的。

 

想想看,2小時的4K全膠捲解析度,在小於1/4 TB的儲存裝置。當然,線性48 Bit檔案一旦使用了壓縮,Log到線性的轉換也就無須考慮了。

 

圖八

這裡我們仔細的看看在不同取樣解析度的壓縮結果,以瞭解為什麼這些都行得通。在2K,壓縮會產生明顯的碼賽克;在4K,則出現非常少的碼賽克。請注意,當取樣解析度下降時,壓縮的品質就變得更糟。

 

試驗顯示,即使4K52:1壓縮,都提供了比2K不壓縮更好的影像品質。此外壓縮的4K影像,對大部分的電影工作已經很足夠。

 

 

圖八

 

壓縮為數位電影院建立備份及投影的實際步驟

壓縮的4K檔可以是“真實的備份”(REAL Archive),甚至不需要再傳輸素材。比較小的檔案,容許在最簡單的網路中,非常快速的傳輸,包含了即時(Real Time)的傳輸到工作站,這將提供離線影像的立即可用性。更進一步的好處是,壓縮讓我們可以將檔案保持為32-48 Bit線性空間,而不是30 Bit Log空間,這是現今所需要的縮小檔案大小及增進速度。這在現在也許聽起來很貴,但如果需求增加時,價格將會大幅滑落。有了經濟實惠的4K掃描機,電影拍攝公司只要仍然以膠捲為母帶,就可以考慮將整個後製作過程全面電子化。

 

 

整體的流程也許會是這樣:掃描攝影機的負片、4K數位特效及編輯、產生4K數位中間片並以此“無損”(Loss-Less)的4K,數位列印成可發送到4K數位電影院(Digital Cinema)的版本。透過這樣的流程,將維持相同的解析度皆為4K,且依舊可透過快速的網路,在掃描端獲取未壓縮的4K版本。

 

 

雖然我們不建議在特效、或修復過程的任何一個階段,再使用壓縮,但我們確實建議這也許是在此兩端的解決方案,換句話說,從掃描機到母帶備份,且也許是從最終母帶到數位電影院。請記住,沒有人能真正的在電影院中的35 mm看到4K的解析度,因為所有的沖印過程,導致了解析度的限制在低於2K

 

使用數位投影機,我們有機會從35mm膠捲呈現全4K的解析度,這將符合65mm

投影,且也許甚至於IMAX。更重要的是,電影拍攝公司將可以擁有他們一直想要的 數位母帶,可以有信心的呈現在原始膠捲影像中的每一個細部,當然,編輯階段中處理實體膠捲時所產生的刮傷及灰塵除外,並且可在不需要再傳輸的情況下,從原始的膠捲品質縮小,而獲得所有其他各種的版本。

 

因此,現在考慮以低於2KHD視訊拍攝電影,是否真的為通往未來之路!我們的說明範例顯示,從原始攝影機負片的2K,並沒有發揮它的能力。

 

想想看,整個膠捲備份幾乎可以IMAX的品質顯示,而那些以HDCam或同質所拍攝的影片,它們根本無法提供這樣的經驗!這些都是發人省思的。Cintel已經研究並提議這樣的方案,將與我們的客戶一同努力,使4K高解析度的資料儲存、及既經濟又實惠的傳輸夢想成真。


結論

我們將建議往後將朝向以膠捲拍攝、掃描成4K、以無損的壓縮有效的備份,這些都是為了確保您保留了可以朝向未來的數位母帶。

 

 

 

P R Swinson

April 2002


 
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