淺談高新技術格式攝影機

邊巍 劉凱 李君喬

【摘要】2023年春節檔影片《流浪地球2》首次部分采用了高新技術格式拍攝，引起業界廣泛關注。近年來，電影在高新技術格式領域的探索已經取得了階段性的成果，在電影放映端已經得到了較大范圍應用并已具備一定規模，但在電影制作端尤其是在對高新技術格式電影拍攝工藝和流程方面尚處于初步探索階段，還存在一系列需要解決的問題。本文主要以中影CINITY在《流浪地球2》等影片的拍攝中所進行的探索為切入點，闡述對電影攝影機這一電影拍攝中最重要的設備按照高新技術格式要求進行定制研發的必要性，敘述了現階段高新技術格式攝影機的技術指標，并對開發制定符合高新技術格式電影拍攝的規范和標準進行展望。此文所表達的核心思路是努力為國產相關核心設備從“跟隨”到“引領”創造條件，為實現我國電影技術彎道超車打下堅實基礎。

【關鍵詞】《流浪地球2》 高新技術格式 電影攝影機 工藝流程

1 引言

中國電影股份有限公司出品的《流浪地球2》是2023年春節檔熱映影片，截至目前，票房已超過40億元，位列中國電影總票房排名第10名。其中CINITY AMR版《流浪地球2》因其圖像更清晰、色彩更絢麗、影像更流暢、細節更豐富、動作更連貫的畫面品質，大幅度提升了電影逼真度和沉浸感，為影院市場注入了新的活力，得到觀眾的高度認可。高新技術格式電影系統是黨的“十九大”后我國電影行業取得的重大科技創新成果，是我國自有的科技創新品牌，具有核心的自主知識產權。其創造性地融合了4K、3D、高亮度、高幀率、高動態范圍、廣色域、沉浸式聲音七大電影領域的高新技術指標，打破放映系統的技術瓶頸，全面提升畫質，支持4K/3D/120幀高亮度放映，是目前電影行業的最高放映格式。

具有核心的自主知識產權高新技術格式電影的出現，打破了電影放映端的技術瓶頸，為觀眾帶來了前所未有的極致視聽體驗。在放映端已得到了較大范圍應用，當具備一定市場規模后，為了能將高新技術格式放映系統的高技術指標和性能充分展現，需要保障有充足的、符合放映要求的影片內容，在電影制作端尤其是對高新技術格式電影拍攝流程和工藝的探索就顯得愈發重要。因此，中影CINITY首次提出了高新技術格式電影產業鏈概念，在放映系統取得的成果基礎上，將高新技術格式的應用向拍攝、制作端進行拓展，打通電影拍攝、制作流程和工藝的關鍵環節，率先建立高新技術格式電影完整的產業鏈，帶動和促進我國電影全面的提質升級。為此，中國電影股份有限公司積極進行多方面的實踐和探索，在《流浪地球2》的拍攝中，中影CINITY進行了高新技術格式原生拍攝的嘗試，影片中部分場景和鏡頭采用了4K/60幀進行拍攝，部分鏡頭采用了6. 5K/60幀原生拍攝，這些鏡頭的拍攝為影片帶來更加震撼、更加流暢細膩的視覺體驗。

《流浪地球2》有很多激烈的運動場景和顛簸的鏡頭，諸如各種車輛和飛行器的快速移動場景對幀率和分辨率的技術需求較高，在影片拍攝時，部分這類快速、前后移動和左右、上下平移的鏡頭選擇采用了4K/60幀拍攝，從而使快速運動畫面非常流暢細膩，消減了鏡頭快速移動時背景和前景的拖尾、模糊現象，呈現出更加自然的代入感。

電影攝影機作為制作端起始點和核心點，是拍攝流程的中最重要的設備。中影CINITY幾年前就開始組織人員和力量，探索開發符合高新技術格式要求的電影攝影機。經過不斷探索和努力，通過與ARRI、RED、大疆等國內外電影攝影機廠家進行多種合作嘗試、積累高新技術格式電影拍攝經驗，取得了一系列的流程和技術上的突破。到2023年春節檔的《流浪地球2》攝制中，已經有初步的高新技術格式拍攝流程開始應用。通過向前端延伸探索，達到制作端與放映端的高度匹配，即現場所拍的效果和影像與影院放映效果的無限接近，即使經過后期制作，母版打包等一系列流程后，仍然能夠完美還原拍攝時的原始畫面，能將更好的畫面在銀幕上展現出來，為影片帶來了更廣闊的創作及展示空間。

2 高新技術格式電影拍攝分析

高幀率是高新技術格式電影拍攝的核心技術指標之一。電影止步于24幀已近百年，其誕生之初所以要將幀率指標設置為24格，主要有三個原因：首先，每秒24格普通35mm膠片的長度是當時膠片上記錄聲音所要求的最短長度，少于這個長度，膠片上記錄的聲音就會失真；其次，每秒24格畫面可以基本實現“視覺暫留”，讓畫面有動起來的感覺，同時減少購買拍攝底片的成本；最后，電影拷貝膠片長度的增長，還會相應增加電影發行和運輸成本?？梢哉f，每秒24格不是一個精益求精的標準，而是一個“夠用”的標準。隨著膠片電影逐步減少，數字電影發展給電影產業帶來了巨大改變，影像存儲介質從膠片轉換為數字媒介，只需對數字電影攝影機進行設置，便可使用48、60、96、120等高于24的幀率進行拍攝。在高新技術格式電影誕生之前，全球以高幀率進行拍攝并上映的影片只有彼得杰克遜導演的48幀影片《霍比特人：意外旅程》、李安導演的120幀影片《比利·林恩的中場戰事》和《雙子殺手》三部，可以說，高新格式電影在拍攝端已有早期的探索。2022年上映的卡梅隆導演的48幀影片《阿凡達：水之道》在高幀率制作方面又進行了成功應用，取得了令人驚嘆的視覺效果。但是這些影片用于拍攝的攝影機在軟件和部分硬件上都只進行了針對這部影片的特殊設定和設計，并且在拍攝流程上增加了很多額外環節和操作，所使用的攝影機也沒有繼續應用到其他影片上，沒有形成完整且可復制的工藝流程及技術規范。高新技術格式的拍攝迄今為止的應用由于技術難度、制作周期、攝制成本等因素還屬極少數。我國在這方面的實踐和探索剛剛起步，已經拍攝完成的電影《志愿軍：雄兵出擊》中更多的場景采用了高新技術格式進行拍攝，但對于推廣應用高新技術格式電影的攝制仍然任重道遠，需要不斷的創新和總結，形成可操作的制作模式和工藝流程。

中影CINITY通過參與《流浪地球2》的拍攝，了解到了許多高幀率拍攝的難點和關鍵點。比如較為基礎的文件素材變大，需要更多的存儲介質；此前未曾考慮在內的聲畫時碼無法同步、不同剪輯軟件的兼容性問題；還有現場監看畫面同步、現場調色、粗剪輯等等一系列問題。其中，最為核心的就是電影攝影機選型。攝影機的性能、參數、功能會影響到整個拍攝流程中各環節的軟件、硬件的匹配程度以及上述問題的解決方式和解決效率，從而影響劇組的工作效率和拍攝進度。此外，還會關系到攝影師對拍攝畫面、影像風格的呈現方式、效果等要求，這些對于電影的內容和基調也是至關重要的因素。中影CINITY通過參與這部影片的拍攝，經過與導演、攝影指導等主創的交流印證了這種判斷，他們對運用高幀率進行拍攝表示了極大的認可，而對于攝影硬件和拍攝流程在高幀率上的標準規范的匱乏則表現出了無奈。這堅定了中影CINITY要首先解決和推出符合高新技術格式電影要求攝影機的決心。

3 高新技術格式電影拍攝對電影攝影機提出了新要求

當前，主流數字電影攝影機已普遍支持高達8K分辨率的拍攝，遠超過4K分辨率采集要求， SONY、ARRI等品牌在RAW格式下支持至少14檔的動態范圍， Red攝影機更是支持高達17檔的動態范圍，完全能夠支持HDR的制作。雖然目前常用的數字攝影機都帶有一定的可變幀率記錄功能，但是要完全滿足高新技術格式電影高幀率拍攝的要求還有很大的突破空間。下面，將從以下三方面進行闡述：

3. 1 幀率

高新技術格式電影在放映端已經可以達到最高120幀的放映，但是在拍攝端幀率的提高和設定需要綜合許多因素進行研究和確定。首先，從畫面上來講，將現有幀率增加一倍或者是1. 5倍，肉眼所能感知的影像變化已經非常明顯，畫面的果凍效應和動作鏡頭的拖尾感幾乎消失；其次，從技術上來講，除電影攝影機外的其他相關輔助設備，如無線圖傳，現場監視器，錄音設備等尚無對高于24幀影像的完整支持，無法形成像24幀拍攝一樣完整、流暢的工業流程；最后，從成本上來講，高幀率拍攝需要增加與幀率比例相同或者更高的剪輯、調色等后期制作的人工、時間成本。尤其是特效的投入，有可能會呈幾何級增長。結合以上幾點，高新技術格式攝影機絕不能做成單純的高速機，現階段的高新技術格式攝影機需要在合理的幀率提升基礎上，達到畫面、技術、成本三方面平衡。

3. 2 核心部件

數字攝影機的基本工作原理是影像通過數字傳感器，經由數字處理器形成完整的數字媒體文件，存儲在機身或者外接的存儲卡或硬盤的存儲介質上。隨著數字電影攝影機在技術上的不斷進步，數字傳感器所能攝取的影像信號內容越來越豐富，數字處理器的處理能力越來越強大，對存儲容量的需求也就越來越大。當前各品牌的主流攝影機對于高幀率拍攝的支持比較全面，部分攝影機的拍攝幀率已經可以達到每秒120-150幀。拍攝的幀率越高，所攝取的圖像內容和信息就越豐富，需要處理器的算力就越大，所生成的素材文件也越大。在傳感器光電轉換能力、處理器算力及存儲介質容量都相同的情況下，為了保持三者的平衡關系，錄制格式的分辨率和畫幅會隨著幀率的提升而變小。單純的加大存儲容量只能解決某一特定幀率和格式的錄制時間問題，無法從素材文件的生成的源頭解決問題。所以，傳感器需要更快更好的算法來保證在高幀率下每幀的圖像質量不變，數字信號處理器需要更高的處理速度保障對素材進行高質量處理。與此同時，高幀率拍攝還會使素材文件和數據傳輸量變大，這對攝影機的存儲量和讀取性能也提出了更高的要求。作為核心部件的傳感器、處理器及存儲三者需要相輔相成，共同進步。

3. 3 信號輸出

SMPTE （電影和電視工程師協會）定義了多種攝影機上常用的功能標準規范，其中比較重要的是攝影機機身的SDI （數字分量串行接口）信號輸出標準的定義。雖然， SMPTE發布的ST425M總協議標準是支持分辨率為2K時輸出幀率為48幀和60幀，但是幾乎所有的攝影機制造廠家并未將此協議下的48幀輸出應用在銷售的機型上。這意味著除非用60幀進行拍攝，否則在攝影機以基礎幀率48幀率進行拍攝時，監看的實時畫面依然還是24幀。這會導致以48幀作為基礎幀并同時進行慢動作升格拍攝時，實際創作與監看效果之間倍速上產生誤差。雖然60幀拍攝不存在這樣的問題，但這一設定在很大程度上限制了主創人員的現場創作和攝影機機型的選擇，同時還會給后期制作帶來一定的困擾。

4 高新技術格式攝影機技術特點

4. 1 合理的幀率選擇

誠如上文所說，高新技術格式攝影機絕不是單純的高速機，其本質是一臺電影攝影機。在高于24幀的拍攝下，應在畫面上保持電影的質感、使用上符合專業攝影師及從業人員的使用習慣、流程上滿足電影拍攝的工業要求。綜合畫面、技術、成本三方面的考慮，高新技術格式攝影機將優先選擇48幀和60幀作為基礎幀率。中影CINITY在經過測試對比，并通過幾部電影實拍總結的經驗基礎上，發現以24幀的1倍和1. 5倍，也就是48和60幀拍攝可以在畫面效果明顯提升的基礎上，不僅保持24幀原有的電影感，還可以以最小的成本得到畫面質的提升。鏡頭、燈光等主要設備并不需要進行更換和增補，通過加大葉子板開角即可彌補因拍攝幀率提升所造成光通量缺口。流程上雖然會打破原有的習慣和節奏，但是只是略有繁瑣，量變而非質變，稍加適應即可輕松上手。另外高幀率拍攝會使得拍攝習慣、鏡頭設計、畫面美學都需要進行有針對性的更改， 1倍或1. 5倍的幀率提升會使得演員、攝影等主創更易于接受和適應，將幀率提升給電影所帶來提升的最大化。

4. 2 優化的核心部件和結構

根據高新技術格式電影拍攝需求，對攝影機的核心部件有了新的要求。以ARRI的ALEXA LF和ALEXA MINI LF兩種機型為例，兩者使用相同的圖像處理器，但由于前者使用了更快的處理器，加之體積、重量更大可以具有更大的存儲、更多的物理接口，更強的散熱能力，所以與后者相比可以進行更高幀率的拍攝，所能輸出的視頻信號也更豐富?？梢?，處理器的算力有助于提升傳感器的記錄能力和攝影機的整體性能。高新技術格式攝影機將在合理的幀率提升基礎上，通過充分平衡芯片算力，對芯片進行模塊處理和算法優化，在保持畫質不變的基礎上，做到多SDI信號輸出監看和更多的SMPTE協議的模式選擇。一直以來，散熱都是電影攝影機設計制造中不可回避的重要問題，尤其在電影攝影機的設計向輕量化和小型化方向發展的趨勢下，如果能將機身熱量盡快散發出去，一方面可以在功能、處理速度不變的前提下，有效控制重量和體積；另一方面還可以有效緩解因拍攝幀率和芯片算力提升所造成的熱量增大問題，除了可使攝影機平穩運行，減少死機和燒卡的情況出現，還能夠有效降低由溫度變化所產生的畫面噪點。

ARRI最新的ALEXA 35數字攝影機上所運用的機身結構設計，比較適合高新技術格式攝影機的結構需求。如圖2所示，通過優化攝影機本身的結構，得益于高度集成的電路板設計和居中的上排熱系統設計，所有元器件環繞排布散熱器周圍，不僅充分利用了有效空間，控制了體積，更為解決散熱問題提供了現階段最佳方案，這樣就可以解決因核心部件算力和功能提升所造成的體積臃腫、熱量變大的問題，使得攝影機的能力得到充分發揮。

4. 3 完整的信號輸出協議

由于SMPTE壟斷了相關傳輸協議，攝影機制造廠家未能有效利用現有協議，掣肘了高新技術格式電影的拍攝需求。通過研究，在無法繞開現有協議的情況下，如果能通過購買或授權的方式，將現有SMPTE標準中符合高技術格式要求的SDI信號輸出協議寫入攝影機的操作系統和芯片中，就可以實現現場拍攝時的所見即所得。表1列出了可以滿足高新技術格式拍攝要求的現有SMPTE的SDI輸出格式，可見在現有的協議標準中對48和60幀是可以做到支持的。

在相關協議被開放和正式被應用后，可以使高幀率拍攝的現場監看達到最佳觀看環境。這也是未來高新技術格式攝影機發展的重要一環。

5 高新技術格式攝影機后續開發方向

隨著與德國ARRI合作的高新技術格式攝影機交付使用，中影CINITY對于高新技術格式電影在拍攝端的應用有了突破性進展。高新技術格式攝影機依托于德國ARRI的旗艦款大畫幅攝影機，具備緊湊的尺寸、輕巧的重量和豐富的錄制格式等特點。在RAW格式下最高可錄制4K/60 fps畫面，并且具備多種色彩輸出和畫面風格以及多路不同幀率的實時監看輸出。與此同時，伴隨著影院放映端的不斷進步，對拍攝端持續提出了新的要求。未來高新技術格式攝影機的硬件上還將在以下三點繼續進行改進和突破：

5. 1 高新技術格式專屬菜單及物理按鍵

能夠按照高新技術格式要求進行拍攝并向下兼容傳統拍攝格式將是高新技術格式攝影機區別于其他攝影機的顯著特點。其將會內建獨有的色彩曲線和色彩科學，具備個性化的開機畫面，設置獨立的高新技術格式拍攝模式入口，并將對菜單選項等進行單獨設計。增加可以自設置的快捷鍵，用于快速調取次級菜單以及對LUT、SDI信號、EI等常用功能按照高新技術格式拍攝流程進行設置。此外，作為專業的電影攝影機，高新技術格式攝影機還會針對專業操作者的使用習慣在攝影機機身增加專屬物理按鍵，一鍵加載高新技術格式電影色彩空間，直達專屬拍攝模式和各項設置，快速進行高新技術格式拍攝。從外觀上，高新技術格式攝影機將按照特有的視覺識別系統要求進行設計，利用獨有的字體，顏色等，結合前期拍攝端審美和實際需求，力求達到專業、實用、美觀相結合。

5. 2 高新技術格式電影色彩空間（CINITY Log Curve）在現場拍攝中的使用和管理

“所拍即所得”是高新技術格式拍攝的初衷。高新技術格式電影的色彩空間作為技術核心之一，包含了獨有的色彩曲線和色彩科學，決定了畫面的風格和色調。現階段僅應用在制版和放映端，沒有在拍攝端進行應用。這樣在進行拍攝時色彩上就無法達到真正的“所拍即所得”，從而限制了創作者對于畫面的控制度。如果將高新技術格式電影色彩曲線合理的應用在攝影機和監視器上，在錄制的原始影像素材、現場監看、實時調色的環節上做到與影院放映端一致，再配合合理的監看環境，輔以符合高新技術格式電影工業流程，可以讓創作者將按照高新技術格式要求拍攝的畫面以最接近原始效果的形式呈現給觀眾。同時，在拍攝過程中還將通過固件加密和秘鑰授權等方式對高新技術格式電影曲線這一核心資產進行有效管理，充分保障其安全性，保護制片方在技術和硬件上的投資。

5. 3 建立標準化流程，制定相應標準和指導性文件

電影工業化離不開完整的工藝流程，在解決了“怎么拍”之后，再到“怎么放”的過程中，還需要諸如聲畫同步、剪輯、調色等一系列流程。中影CINITY在與德國ARRI的合作基礎上，探索與國內攝影機制造廠家的合作。雖然在現在的電影拍攝中，國產攝影機還無法作為主力機型，但是在航拍、車輛追逐等特種拍攝的情況下，國產攝影機已經有了一席之地，積累了大量的光學、影像和流程上的經驗。未來的高新技術格式攝影機也將以國產化為努力方向，促進國產電影攝影機的發展。此外，中影CINITY還在多種剪輯、調色軟件上進行探索、嘗試，已初步形成一套符合高新技術格式拍攝要求的拍攝流程草案。高新技術格式電影將結合放映端、母版打包等所積攢的一系列先進技術和經驗，以已經發布的《CINITY數字電影放映系統和影廳技術要求及測量方法》和《CINITY數字電影發行母版和打包技術要求》兩個企業標準為基礎，在高新技術格式電影前期拍攝流程方面建立標準，從而完善高新技術格式電影產業鏈，為攝影機的下一步完善和開發指明方向。

6 結語

縱觀電影發展的百余年歷史，中國電影無論在技術還是設備上，一直處于“跟隨”狀態。對于中國電影產業來講， CINITY所代表的高新技術格式電影，是我國第一次提出的國際領先的技術變革。符合高新技術格式電影拍攝要求的攝影機的出現，更會逐步將這種質變向前期拍攝覆蓋。

《“十四五”中國電影發展規劃》中提出了“加快電影科技創新”的要求，打造高新技術格式電影產業鏈，推動制作水準和觀影體驗達到新的高度，是實現該要求的有效手段。作為加強科研創新的具體體現，未來高新技術格式攝影機將繼續在技術上不斷完善和突破，并通過相關標準的建立及制作工藝白皮書的發布，讓我國電影的導演、攝影師等創作人員更方便了解和掌握高新技術格式的拍攝制作技巧和工藝，使中國電影在拍攝制作領域邁進一大步，推動整個中國電影行業向高質量、高水準的技術水平上發展。

注釋

① 圖源ARRI德國官網： https： / / sparepart. arri. de/ catalogprod/ app？ bk_ & windowid = KCP384950640& rid=LKF1681870280982#2V10C9D9248E4C6405

② 表1來源： ST 425 - 5： 2019 - SMPTE Standard - Image Format and Ancillary Data Mapping for the Quad Link 3 Gb/ s Serial Interface， ST 2082 - 10： 2018 - SMPTE Standard - 2160 -line and 1080 - line Source Image and Ancillary Data Mapping for 12G-SDI

參考文獻

[1]傅若清.“東數西算”國家戰略助力高新技術格式電影發展[J].現代電影技術， 2022 （7）.

[2]國家電影局.國家電影局關于印發《“十四五”中國電影發展規劃》的通知。[EB/ OL]. https： / / www. chinafilm. gov. cn/ chinafilm/ contents/141/3901. shtml.

[3] W. K. LaurieDickson， A Brief History of the Kinetograph， the Kinetoscope and the Kinetophonograph， in A Technological History of Motion Pictures and Television， ed. Raymond Fielding， University of California Press： Berkeley， [M] 1967， Page. 14.

[4] The Filmmaker？s Guide to Digital Imaging：for Cinematographers， Digital Imaging Technicians， and Camera Assistants Written by B. Brown. [M] 2022- 8 Page 47.

[5]傅若清.《中國電影這十年系列特別報到———傅若清：從“跟隨”到“引領”內容技術齊頭并進》（電影頻道：《中國電影報道》2022年11月23日）。

[6]王蓓.獨家專訪：以加強科技創新為抓手，以加快推廣應用為導向，努力開創中影科技板塊工作新局面[J].中國電影市場， 2022 （12）.