数字电影高帧率技术应用与发展前景2013-05-28 | 访问次数:304 | 新闻来源：电科网近年来，声音、画面上的新技术不断涌现，旨在通过技术革新，带来更清晰、更具冲击力的观影感受，营造更加真实的影音再现。

就画面而言，主要的手段有扩大银幕面积、增加影像分辨率和提高放映帧率等。

其中，高帧率作为提高视觉感受的有效手段之一，进入了人们的视野。

电影最根本的技术就是利用视觉暂留原理，将静止画面连续播放，当画面的播放达到一定速度时，实现画面的运动重现。

因此，电影的放映帧率越高，单位时间内播放的画面越多，则画面交替时的闪烁感越弱，重现的画面运动越平滑，画面也越细腻。

但是在胶片电影时代，受经济成本、机械机构等因素的制约，不能采用高帧率的方式拍摄和放映电影，只能在声画质量与成本之间折中，最终确立了24FPS的电影速率。

然而，24FPS 下的画面存在着诸多不足，如快速摇移画面时产生的抖动、频闪等现象，带来视觉上的不适。

通过提高帧率来增加画面信息量，平滑运动镜头，增强视听震撼力一直是追求电影品质的方向之一。

但在胶片时代，这种昂贵的方式只能作为一种特种电影局部放映，未能大量普及。

随着电影从胶片时代过渡到数字时代，曾经的制约因素逐渐减弱，数字技术的发展攻破了大量记录介质、快速机械结构等方面的技术瓶颈，使高帧率电影成为可能。

加上观众对电影画面质量要求的不断提高，提升画面品质的任务更显得迫在眉睫。

技术的成熟和市场的需求赋予了高帧率电影莫大的现实意义。

1 数字电影高帧率技术发展与应用现状◎应用实践高帧率对于画质提升的意义并不是最近的新发现，早在胶片时代就有了通过提高帧率来获得更好的视听感受的尝试；而数字技术时代的高帧率热潮则是在2011年前后，随着数字电影技术的日趋成熟而悄然掀起。

对高帧率的探索可追溯至20 世纪70年代末，由道格拉斯·特鲁姆布（Douglas Trumbull）开发的休斯坎电影系统。

特鲁姆布一直致力于研究提高电影的保真度，尤其是电影帧率与放映效果的关系。

他将胶片以不同的播放速率放映给观众，再观察观众的表现。

发现随着帧率的提高，观看者的情绪反应也随之提高。

在此基础上，他在自己研发的休斯坎电影系统中，以60FPS的速度进行拍摄和放映，创造出画面清晰、运动流畅的观影感受。

但是由于胶片电影本身成本的制约，休斯坎系统大多用于与动感电影相结合的短片中，在游乐场等场所放映，未能大量推广。

1983 年本计划成为第一部休斯坎电影的《头脑风暴》也因多方面原因而夭折。

尽管如此，特鲁姆布等人对高品质电影的追求和探索留给了后人启发和鼓舞。

时至2011年，数字电影技术日臻成熟，高帧率再一次进入业界的视野。

当年3月，詹姆斯·卡梅隆在CinemaCon展会上提出推动电影技术向高帧率方向发展的观点。

他认为目前电影工业标准是在1927 年颁布的，长久以来都不曾改变，对当下的电影发展而言或许已经过时，将帧速率提高到48FPS甚至是60FPS 能获得更好的效果。

为此，他展示了一些分别以24FPS、48FPS 和60FPS 拍摄和放映的素材，以证明高帧率对影像质量的提升，尤其是对3D 影片质量的提升。

随后，卡梅隆确定将使用60FPS的格式拍摄《阿凡达2》。

乔治·卢卡斯和彼得·杰克逊分别表示了对高帧率的兴趣。

乔治·卢卡斯在迪斯尼乐园制作了一个名为《星球大战》的游乐设施。

该设施以高帧率播放影片，并模拟人坐在太空船中加速的感觉。

彼得·杰克逊在体验该设施后，萌生将电影制作成48FPS 的想法。

他在环球摄影棚为《金刚》制作了一个3D短片，以60FPS拍摄。

之后，宣布将使用48FPS 的格式拍摄指环王三部曲的前传《霍比特人：意外旅程》。

而高帧率也正是随着《霍比特人：意外旅程》的推出而一度成为热点。

2012 年12 月14 日，万众瞩目的《霍比特人：意外旅程》正式上映。

该片是第一部以高帧率格式发行的故事片，发行了2D、3D、HFR 3D和HFR IMAX 3D等多种版本，其中HFR 3D 版将在约450 家影院上映。

影片上映后，尽管有一些关于“电影感减弱”、“画面太过清晰而产生穿帮”的负面评价，但其对画面质量的提升，带来更流畅、更真实、更清晰的观感有目共睹，毋庸置疑。

《霍比特人：意外旅程》前期拍摄使用3Ality 公司的3D 支架和Red Epic 摄影机，以5120×2700 像素分辨、48FPS 帧率来记录影像。

所有高帧率RAW 数据文件通过SGO Mistika生成样片（Daily）文件，用于检查和后期剪辑。

后期制作环节，以AVIDMedia Composer进行剪辑，在SGO Mistika工作站上完成立体调整、调色、图像增强等后期制作。

最后用DVS CLIPSTER进行数字拷贝制作。

完成了高帧率电影从前期拍摄到后期制作的一整套流程的探索。

此外，奥斯卡获奖者视觉特效总监Rob Legato 也拍摄了一部48FPS测试短片。

他使用卡梅隆- 佩斯3D 支架和两台ARRI Alexa摄影机拍摄，一台以24FPS 记录，另一台以48FPS记录，确保两台摄影机记录完全相同的画面，用来做并排的对比。

与此同时，詹姆斯·卡梅隆的《阿凡达2》和《阿凡达3》将以高帧率的格式进行制作。

安迪·瑟金斯也将使用高帧率拍摄自己的第一部电影——改编自乔治·奥威尔的《动物庄园》。

休斯坎系统的创始人道格拉斯·特鲁姆布也打算拍摄高帧率格式的电影。

除了个人，一些大制作公司也对高帧率表现出浓厚的兴趣，例如，迪斯尼最近做了一些高帧率测试，把摄影机架设在加利福尼亚探险乐园的过山车上，在苏黎士的迪士尼研发中心也进行了类似的测试工作。

相信在近期将会不断涌现出更多高帧率电影。

◎设备支持高帧率电影的制作离不开从前期到后期各个环节设备的支持。

自2001年高帧率的热潮兴起以来，各设备生产商一直致力于设备的准备、测试和安装工作，以迎接高帧率时代的到来。

迄今为止，从前期拍摄到后期制作，再到最后的解码放映，已初步完成了对高帧率制作流程的支持。

◇前期拍摄由于目前常用的数字摄影机都带有一定的可变帧率记录功能，所以高帧率电影在前期拍摄设备方面不存在太大障碍。

相对于一般的数字摄影机，高速摄影机更是先天就对高帧率有着完美的支持。

由于拍摄帧率提高了一倍以上，前期拍摄数据量也相应增加了一倍以上，由此对数据存储单元提出了更高的要求：一方面存储单元要提供更快的记录速率，另一方面存储单元还要提供足够大的存储容量。

目前，SONY、ARRI等公支持高帧率拍摄的摄影机也均配有相应存储记录单元。

监视器方面，目前支持高帧率实时回放的监视器较少，所以拍摄高帧率影片的剧组基本都是以普通的24FPS来监看现场拍摄画面。

◇后期制作相比于前期拍摄设备对高帧率电影的先天支持，以及放映设备厂商对高帧率电影的全面响应，后期制作设备提供商对高帧率电影的反应略显冷淡。

一方面，目前没有太多内容制作方面的需求，高帧率电影屈指可数；另一方面，高帧率技术对电影后期制作过程中的存储、渲染和输出等环节都提出了更高的要求，效率和成本等多方面需要综合考虑。

目前Avid、Quantel、SGO Mistika、DVS等厂家已有一些支持高帧率电影的后期制作设备。

就整个后期制作环节而言，尚无成熟的流程，仍处于探索阶段，由于帧率的改变，所有的时码和元数据等信息都会或多或少地发生变化，这也给高帧率电影的后期制作增加了难度。

目前比较完整进行制作的故事片只有一部《霍比特人：意外旅程》。

可见后期制作设备方面对高帧率电影的支持尚有许多不足，需要不断完善。

◇放映系统近来各大数字电影放映设备厂商都相继推出了支持高帧率数字电影放映的新设备或系统升级方案，所以高帧率数字电影在放映设备方面如今已基本没有障碍，只是这些新设备或系统升级在各数字影院的推广还需要一定的时间。

数字电影放映系统主要由放映机和播放服务器构成。

在放映机方面，设备提供商均已宣布对于第二代数字电影放映机，只需进行一定的固件升级，就可支持高帧率电影的放映。

在播放服务器方面，为支持高帧率数字电影的放映，相应设备则需进行更新换代，以支持高帧率。

新一代服务器——IMB设备提供商也都相继推出了支持高帧率电影的新产品及固件升级。

随着杰克逊的高帧率电影《霍比特人：意外旅程》的顺利上映，高帧率电影的放映设备得到了认可，接下来的工作就是设备的成本控制和推广普及。

◎国际标准除了实践的基础和相关设备的支持，高帧率能否如当年的24FPS一样确立并广泛应用，成为行业标准，是其发展过程中一个关键的问题。

早在2005年由数字电影倡导组织（DCI）首次发布的《数字电影系统规范V1.0》中，已考虑了高帧率情况。

在规范的第三章中，对数字电影图像文件格式，从图像分辨率、帧率等方面进行了规范。

规范中定义了三种图像文件格式：分别是2K@24FPS、4K@24FPS、2K@ 48FPS，其中2K@48FPS就是分辨率为2K图像以48FPS的高帧率进行播放，最大码率为250Mb/s。

之后，2006年电影电视工程师协会（SMPTE）下的数字电影技术委员会DC28，参考DCI规范，制定了一系列关于数字电影的技术标准，其定义的三种图像文件格式中包括48FPS的高帧率。

2008年，国际标准化组织（ISO）下的TC36电影技术委员会又采纳了SMPTE技术标准，制定了数字电影国际标准。

其中关于数字电影图像格式的规范中，正式定义了48FPS。

2012年，随着对高帧率的呼声日益高涨，各项实践和研究的深入展开，DCI于9月28日发布了《高帧率数字电影推荐实施细则》。

该实施细则对数字电影的图像格式作出了新的补充，在原来的三种图像格式的基础上，主要增加了3D高帧率和4K高帧率的规定，对2K的高帧率也提出了新的可能性，为今后的发展提供了更广阔的空间。

共计新增加了8种图像格式，分别是：2K3D@48FPS、2K3D@60FPS、4K2D@48FPS、4K2D@60FPS、2K2D@60FPS、2K2D@72FPS、2K2D@96FPS、2K2D@120FPS。

此外，该实施细则还对高帧率数字电影的图像压缩码率作出了新的建议，将原来为250Mb/s的最大码率扩大了一倍，变为500Mb/s，以保证帧率、分辨率等参数变大后的图像质量。

SMPTE、ISO 目前仍在积极研究中，相信继DCI 后，新的高帧率数字电影国际标准的推出必为时不久。

2.高帧率技术面临问题与解决方案◎拍摄制作的问题高帧率电影作为一种新的电影形式，必然在拍摄、制作过程中采用与传统24FPS 电影不一样的流程，从而产生一些原来没有遇到过的一些问题：◇海量数据无论是前期拍摄，还是后期制作，帧速率的提高必然带来数据率的增加。