電影片尾滾動字幕閃爍與抖動現象成因研究

馬緒怡 朱宏宣

北京電影學院中國電影高新技術研究院，北京 100088

1 電影片尾滾動字幕概述

電影片尾字幕（End Credits）是出現在影片結束部分的字幕，用來展示參與影片生產的全部演職人員、制作公司、發行公司、贊助商、使用的音樂及其版權、免責聲明以及技術標志等內容，樣式通常是將字幕內容疊加在純色背景、靜態畫面背景或動態影像背景之上，以翻頁形式或以滾動形式呈現，并伴有聲音或音樂。其中，以滾動形式顯示的片尾字幕被稱為片尾滾動字幕（Credit Roll）。

20 世紀70 年代之前，電影片尾字幕的內容較少甚至沒有，樣式通常是翻頁形式。20 世紀70 年代之后，電影片尾字幕的內容開始逐漸增多，樣式也從以翻頁形式為主發展為以滾動形式為主。在之后的發展中，電影片尾字幕包含的內容不僅限于演職人員，也包括了其它與影片生產、制作、發行有關的人員、公司等，甚至插圖、花絮、彩蛋等。

盡管滾動形式比翻頁形式在相同時間內能夠承載更多的內容，但隨著內容的不斷增加，電影片尾字幕的時長也被不斷刷新，例如：2016 年《刺客信條》的片尾字幕長達15 分鐘，占據整片大約13%的片長。內容增多、時長增長迫使許多影片在片尾字幕的設計制作方面也做了特殊的創作和處理，使之避免枯燥并盡量與影片的風格融為一體。即便如此，出于制作成本、制作難度等方面的考慮，大部分影片的片尾字幕仍以最基礎的黑底白字、垂直方向移動的滾動字幕為主。

在數字技術出現之前，滾動字幕需要通過手工方式制作。首先由制作者先將字幕內容繪制到一張長長的紙、塑料或其他材料上面，然后將這張繪制好的字幕在專用的動畫臺（Animation Stand）上卷展移動，然后使用固定在動畫臺上方的攝影機拍攝，就得到了一個透明的滾動字幕片，然后再根據需要將這個透明的滾動字幕片與其它膠片一起疊印到新的膠片上。在數字技術出現之后，滾動字幕則完全通過計算機圖像處理軟件進行制作。

雖然不同時期、不同技術、不同復雜度的滾動字幕在制作方法上會有區別，但所有滾動字幕的制作過程基本上都是按照圖案文字排版、制作滾動效果、合成背景影像等步驟完成的。

2 滾動字幕存在的技術問題

通過數字技術制作的滾動字幕，經常會出現閃爍（Jitter）或者抖動（Stutter）的現象。閃爍是指滾動字幕在行進中產生的具有周期性的忽明忽暗的變化。抖動是指滾動字幕在行進中產生不平滑的時斷時續的運動。這兩種現象可能單獨在字幕中出現——閃爍但不抖動或抖動但不閃爍，也可能同時在字幕中出現——既閃爍又抖動，但不論是哪種情況，都會使觀眾在觀看滾動字幕時產生不舒適的感受。

閃爍現象和抖動現象出現的原因各不相同，但都是由于制作方法或參數設置不當產生的技術問題，可以通過制作方法的改進或參數設置的調整來避免。接下來，分別對這兩種現象出現的原因進行分析。

3 滾動字幕閃爍現象分析

觀察出現閃爍現象的滾動字幕，能夠明顯地看到在字幕的移動過程中，同一個字符在每一幀都呈現出不同的形態細節。

圖1 展示的是一個滾動字幕連續四幀畫面的局部，以字符“G”的上邊緣為例會發現：

圖1 同一字體在連續四幀畫面的表現

第一幀畫面中，字符的上邊緣占據了三行像素的高度，中間一行的亮度大于上下兩行的亮度，且上面一行的亮度略低于下面一行的亮度。

第二幀畫面中，字符的上邊緣占據了三行像素的高度，中間一行的亮度大于上下兩行的亮度，且上面一行的亮度略高于下面一行的亮度。

第三幀畫面中，字符的上邊緣占據了三行像素的高度，中間一行的亮度大于上下兩行的亮度，且上面一行的亮度明顯高于下面一行的亮度。

第四幀畫面中，字符的上邊緣占據了兩行像素的范圍，下面一行的亮度大于上面一行的亮度。

這四幀畫面只是這個滾動字幕中的一個小片段，在完整的滾動字幕中，每一幀畫面的每個字符的形態細節都存在類似的差異，而且經過若干幀之后，這種差異的變化規律又會出現重復。當播放這個滾動字幕時，字符形態細節的差異就會連續地顯現出來，字符就會呈現出一種時粗時細、忽明忽暗的周期性變化，即閃爍現象。

由此可見，導致滾動字幕出現閃爍現象的原因是由于每一幀中字符形態細節的不一致。而導致字符形態細節不一致的原因則是由于滾動字幕每一幀的步進距離不是完整像素高度倍數而造成的子像素渲染結果不一致。

數字圖像的最小單位是像素，任何數字圖像都是由一個個方形像素構成。如圖2所示，如果直接按照像素的構成顯示字符，字符就會產生鋸齒狀的線條，為了讓字符看起來更平滑，就需要采用抗鋸齒（Anti-aliasing）技術，最常用的技術是子像素渲染（Sub-pixel Rendering），通過圍繞中心渲染出額外的像素來減少鋸齒的程度。

圖2 鋸齒與抗鋸齒的細節比較

在滾動字幕中，如果每一幀的步進距離是完整像素高度的倍數，那么每一幀中字符的子像素渲染結果就是一致的，連續運動時就不會出現閃爍。反之，如果每一幀的步進距離不是完整像素高度的倍數，那么每一幀中字符的子像素渲染結果都不一致，就會出現每一幀畫面的每個字符的形態細節都存在差異的情況，連續運動時就會出現閃爍。

每一幀的步進距離不是完整像素高度倍數，主要由于在制作過程中出現了以下一種或幾種情況：

（1）在字幕制作時沒有設定正確的滾動速度。如果僅設定了滾動字幕的起止點位置和時長，沒有計算或沒有明確指定每一幀的步進距離為整像素高度的倍數，就會導致非整像素移動。例如：在制作時，指定了一個滾動字幕的起點位置為100 像素，終點位置為10,000 像素，時長為3 分鐘，那么這個滾動字幕每一幀的步進距離為個像素。

（2）在字幕制作后改變過滾動速度。制作渲染輸出后的滾動字幕，如果改變其滾動速度將會使原有整像素移動變成非整像素移動，再次產生子像素渲染的問題。例如：一個滾動字幕在制作時設定的時長為3 分鐘，每一幀的步進距離為2 個像素，字幕加入到影片后，如果將字幕的時長從3 分鐘縮減到2.5 分鐘，則這個滾動字幕每一幀的步進距離就從2個像素變為個像素。

（3）在字幕制作后改變過畫幅的大小。制作渲染輸出后的滾動字幕，如果改變其畫幅大小將會使原有整像素移動變成非整像素移動，再次產生子像素渲染的問題。例如：一個滾動字幕在制作時設定的分辨率為1920×1080，每一幀的步進距離為2 個像素，而影片的分辨率為1998×1080，字幕加入到影片后，如果將字幕的分辨率從1920×1080 縮放到1998×1080，則這個滾動字幕每一幀的步進距離就從2 個像素變為個像素。

4 滾動字幕抖動現象分析

如圖3 所示，觀察出現抖動現象的滾動字幕，會發現在字幕的移動過程中，同一個字符在每一幀都呈現出相同的形態細節，由此可以首先確定滾動字幕的抖動與其是否整像素移動無關。

圖3 同一個字符在每一幀都呈現出相同的形態細節

通過進一步分析可知，產生抖動的原因是由于字幕在單位時間的變化量超出了人眼運動知覺的閾限。為了確定影響滾動字幕產生抖動感的因素及其程度，我們進行了一系列實驗。實驗采用標準的數字電影放映環境，通過程序生成的方式（下文中有原理介紹）制作滾動字幕并封裝成DCP，使用2K 數字電影放映機，在高度為2.5 米的銀幕放映，并在距離銀幕5～10 米范圍進行觀測評價。實驗表明，影響抖動感的因素來自多方面，包括：字符樣式、幀速率、字幕移動速度等。

首先，字符樣式在一定程度上影響抖動感。在其它實驗條件相同的情況下，字符樣式與抖動感覺的關系如下：

（1）字體越細，抖動感越明顯；字體越粗，抖動感越不明顯。

（2）字號越小，抖動感越明顯；字號越大，抖動感越不明顯。

（3）亮度越高，抖動感越明顯；亮度越低，抖動感越不明顯。

排除字符樣式的影響，幀速率是影響抖動感的最主要因素。在其它實驗條件相同的情況下：幀速率越低，抖動感越明顯；幀速率越高，抖動感越不明顯。例如，在距銀幕7.5 米①處，以24FPS、60FPS 和120FPS 三種幀速率，比較不同單幀步進距離的滾動字幕，得到以下結果，見表1。

表1 不同幀速率下滾動字幕的抖動感

通過上面的實驗結果可以看到，當幀速率為60FPS 或120FPS 時，任何移動速度的滾動字幕都不會產生抖動感。根據φ 運動理論，當刺激出現的時距低于30ms，人眼難以區分刺激出現的先后[1]。反映在幀速率上，當幀速率大于1000/30，即33.33FPS時，兩幀畫面之間的時距就會小于30ms，人眼就會將離散運動理解為連續的運動。

當幀速率為24FPS 時，滾動字幕抖動感受字幕移動速度和觀看距離的影響。根據心理學研究，當刺激出現的空間差異不超過15 分時，短程似動起作用，人眼感覺到的似動就如同真動[2]。反映到每一幀的步進距離上，即＜tan 15'，經過整理得到：其中，n 為滾動字幕每一幀的步進距離（單位是像素），L 為觀看距離，R 為銀幕垂直分辨率，H 為屏幕垂直高度。

由于觀眾在影院觀看影片的距離是不同的，對于同一個滾動字幕，不同觀看距離上的觀眾觀看字幕時的抖動感也不同。因此，在幀速率為24FPS 的滾動字幕中，當觀看距離大于1 倍銀幕高度的情況下，如果每一幀的步進距離小于4.71 個像素，則滾動字幕在連續運動時就不會出現抖動現象。為避免出現閃爍現象，滾動字幕每一幀的步進距離可取1至4個，甚至5個像素。

需要說明的是，在數字技術出現之前，滾動字幕也可能存在抖動情況，但由于在那個時期字幕的滾動速度相對較慢，另外膠片的拍攝原理導致字幕存在一定的運動模糊，因此極少發現抖動情況。

5 滾動字幕推薦制作方案

為了能夠在最終的影片中獲得技術合格、質量過關的滾動字幕，需要在整個電影的后期制作過程中，從制作方法、內容設計、技術環境等方面充分考慮滾動字幕的制作。

5.1 制作方法方面

（1）在字幕制作時，應準確計算并正確設定滾動字幕的移動速度，確保每一幀的步進距離是完整像素高度的倍數，避免閃爍現象的出現。如果采用設定了滾動字幕的起止點位置和時長的方式制作滾動字幕，則可以先計算字幕總的移動距離與時長的比值，再將這個比值設定為最接近的整數值，最后通過調整時長來實現每一幀的步進距離是完整像素高度的倍數。例如在前面的例子中，出現閃爍現象的滾動字幕每一幀的步進距離為2.2917 個像素，則可以將這個值設定為2 個像素，然后將時長調整為3 分26秒6 幀，便可以獲得以每一幀2 個像素移動的滾動字幕。如果采用程序生成的方式制作滾動字幕，則可以較好地避免閃爍現象的出現，只需在步進參數的位置輸入整數值即可。例如在Adobe After Effects中，通過表達式：[x 軸的起始位置,y 軸起始位置+time*(幀速率)*(n)]，其中“n”為每一幀移動的像素數。當n 取值為“-2”時，便可以獲得以每一幀向上運動2個像素的滾動字幕。如果時長不能滿足字幕既定的時長，則可以考慮采用不同的速度區間，將部分字幕的步進距離設置為2個像素，將部分字幕的步進距離設置為3個像素。

（2）在字幕制作時，將滾動字幕的移動速度控制在合理的范圍。根據前面的實驗可知，在24FPS 的幀速率下，要想避免字幕的抖動，滾動字幕每一幀的步進距離應控制在5個像素以下。

（3）在字幕制作時，應選擇正確的滾動字幕的分辨率和幀速率。如果影片需要發行不同分辨率和幀速率的版本，應酌情制作相應版本的字幕。

（4）字幕文件應采用無壓縮或無幀間壓縮的視頻格式，避免由于壓縮導致的字幕模糊。避免使用運動模糊來試圖減少抖動和閃爍，這種做法只會讓字幕變得更加不清晰。

（5）在后續的制作中，避免再次對滾動字幕的滾動速度和畫幅比例進行調整。

5.2 內容設計方面

（1）根據制作要求，可以適當降低字幕亮度，減少與背景之間的反差，降低抖動感。

（2）避免使用特別細的字體，降低抖動感。

（3）充分利用空間，通過多列方式顯示字幕，來減少字幕總體高度，降低字幕移動速度。

5.3 制作技術方面

（1）滾動字幕的審看需要使用專業監看設備，不能完全依賴顯示器。如果顯示器的刷新率與滾動字幕的幀速率不符，由此造成的閃爍感和抖動感與專業監看設備效果不同，容易產生誤導。

（2）電影片尾滾動字幕需要在大尺寸銀幕上檢驗，避免字幕在較大顯示面積下產生的抖動。

（3）在任何制作環節，要確保項目工程和監看設備的分辨率設置正確，避免由于分辨率的差異產生的畫幅縮放，導致滾動字幕在顯示環節由于子像素渲染所導致的閃爍現象。

6 總結

片尾字幕雖然不是一部電影中最為重要的部分，但其表達的內容和其承載的作用在電影中是不可或缺的，一個良好的滾動字幕不僅讓觀眾能夠舒適地觀賞，同時也是影片質量在細節方面的體現。滾動字幕根據難度的不同有多種制作方法和途徑。但只要依據本文推薦的制作方案，就可以根據不同的制作條件采用不同的方式獲得一個技術良好的片尾滾動字幕。

作者貢獻聲明：

馬緒怡：負責研究材料準備，研究設計以及研究報告的撰寫，全文文字貢獻50%；

朱宏宣：負責研究設計改進，撰寫和修訂全文，全文文字貢獻50%。

注釋

①當銀幕高度為2.5米，銀幕寬度為5.975米，觀看視角為45°時，觀看距離為7.2米，為了便于計算，設定觀看距離為7.5米。