浅谈高新技术格式摄影机

边巍 刘凯 李君乔

【摘要】2023年春节档影片《流浪地球2》首次部分采用了高新技术格式拍摄，引起业界广泛关注。近年来，电影在高新技术格式领域的探索已经取得了阶段性的成果，在电影放映端已经得到了较大范围应用并已具备一定规模，但在电影制作端尤其是在对高新技术格式电影拍摄工艺和流程方面尚处于初步探索阶段，还存在一系列需要解决的问题。本文主要以中影CINITY在《流浪地球2》等影片的拍摄中所进行的探索为切入点，阐述对电影摄影机这一电影拍摄中最重要的设备按照高新技术格式要求进行定制研发的必要性，叙述了现阶段高新技术格式摄影机的技术指标，并对开发制定符合高新技术格式电影拍摄的规范和标准进行展望。此文所表达的核心思路是努力为国产相关核心设备从“跟随”到“引领”创造条件，为实现我国电影技术弯道超车打下坚实基础。

【关键词】《流浪地球2》 高新技术格式 电影摄影机 工艺流程

1 引言

中国电影股份有限公司出品的《流浪地球2》是2023年春节档热映影片，截至目前，票房已超过40亿元，位列中国电影总票房排名第10名。其中CINITY AMR版《流浪地球2》因其图像更清晰、色彩更绚丽、影像更流畅、细节更丰富、动作更连贯的画面品质，大幅度提升了电影逼真度和沉浸感，为影院市场注入了新的活力，得到观众的高度认可。高新技术格式电影系统是党的“十九大”后我国电影行业取得的重大科技创新成果，是我国自有的科技创新品牌，具有核心的自主知识产权。其创造性地融合了4K、3D、高亮度、高帧率、高动态范围、广色域、沉浸式声音七大电影领域的高新技术指标，打破放映系统的技术瓶颈，全面提升画质，支持4K/3D/120帧高亮度放映，是目前电影行业的最高放映格式。

具有核心的自主知識产权高新技术格式电影的出现，打破了电影放映端的技术瓶颈，为观众带来了前所未有的极致视听体验。在放映端已得到了较大范围应用，当具备一定市场规模后，为了能将高新技术格式放映系统的高技术指标和性能充分展现，需要保障有充足的、符合放映要求的影片内容，在电影制作端尤其是对高新技术格式电影拍摄流程和工艺的探索就显得愈发重要。因此，中影CINITY首次提出了高新技术格式电影产业链概念，在放映系统取得的成果基础上，将高新技术格式的应用向拍摄、制作端进行拓展，打通电影拍摄、制作流程和工艺的关键环节，率先建立高新技术格式电影完整的产业链，带动和促进我国电影全面的提质升级。为此，中国电影股份有限公司积极进行多方面的实践和探索，在《流浪地球2》的拍摄中，中影CINITY进行了高新技术格式原生拍摄的尝试，影片中部分场景和镜头采用了4K/60帧进行拍摄，部分镜头采用了6. 5K/60帧原生拍摄，这些镜头的拍摄为影片带来更加震撼、更加流畅细腻的视觉体验。

《流浪地球2》有很多激烈的运动场景和颠簸的镜头，诸如各种车辆和飞行器的快速移动场景对帧率和分辨率的技术需求较高，在影片拍摄时，部分这类快速、前后移动和左右、上下平移的镜头选择采用了4K/60帧拍摄，从而使快速运动画面非常流畅细腻，消减了镜头快速移动时背景和前景的拖尾、模糊现象，呈现出更加自然的代入感。

电影摄影机作为制作端起始点和核心点，是拍摄流程的中最重要的设备。中影CINITY几年前就开始组织人员和力量，探索开发符合高新技术格式要求的电影摄影机。经过不断探索和努力，通过与ARRI、RED、大疆等国内外电影摄影机厂家进行多种合作尝试、积累高新技术格式电影拍摄经验，取得了一系列的流程和技术上的突破。到2023年春节档的《流浪地球2》摄制中，已经有初步的高新技术格式拍摄流程开始应用。通过向前端延伸探索，达到制作端与放映端的高度匹配，即现场所拍的效果和影像与影院放映效果的无限接近，即使经过后期制作，母版打包等一系列流程后，仍然能够完美还原拍摄时的原始画面，能将更好的画面在银幕上展现出来，为影片带来了更广阔的创作及展示空间。

2 高新技术格式电影拍摄分析

高帧率是高新技术格式电影拍摄的核心技术指标之一。电影止步于24帧已近百年，其诞生之初所以要将帧率指标设置为24格，主要有三个原因：首先，每秒24格普通35mm胶片的长度是当时胶片上记录声音所要求的最短长度，少于这个长度，胶片上记录的声音就会失真；其次，每秒24格画面可以基本实现“视觉暂留”，让画面有动起来的感觉，同时减少购买拍摄底片的成本；最后，电影拷贝胶片长度的增长，还会相应增加电影发行和运输成本。可以说，每秒24格不是一个精益求精的标准，而是一个“够用”的标准。随着胶片电影逐步减少，数字电影发展给电影产业带来了巨大改变，影像存储介质从胶片转换为数字媒介，只需对数字电影摄影机进行设置，便可使用48、60、96、120等高于24的帧率进行拍摄。在高新技术格式电影诞生之前，全球以高帧率进行拍摄并上映的影片只有彼得杰克逊导演的48帧影片《霍比特人：意外旅程》、李安导演的120帧影片《比利·林恩的中场战事》和《双子杀手》三部，可以说，高新格式电影在拍摄端已有早期的探索。2022年上映的卡梅隆导演的48帧影片《阿凡达：水之道》在高帧率制作方面又进行了成功应用，取得了令人惊叹的视觉效果。但是这些影片用于拍摄的摄影机在软件和部分硬件上都只进行了针对这部影片的特殊设定和设计，并且在拍摄流程上增加了很多额外环节和操作，所使用的摄影机也没有继续应用到其他影片上，没有形成完整且可复制的工艺流程及技术规范。高新技术格式的拍摄迄今为止的应用由于技术难度、制作周期、摄制成本等因素还属极少数。我国在这方面的实践和探索刚刚起步，已经拍摄完成的电影《志愿军：雄兵出击》中更多的场景采用了高新技术格式进行拍摄，但对于推广应用高新技术格式电影的摄制仍然任重道远，需要不断的创新和总结，形成可操作的制作模式和工艺流程。

中影CINITY通过参与《流浪地球2》的拍摄，了解到了许多高帧率拍摄的难点和关键点。比如较为基础的文件素材变大，需要更多的存储介质；此前未曾考虑在内的声画时码无法同步、不同剪辑软件的兼容性问题；还有现场监看画面同步、现场调色、粗剪辑等等一系列问题。其中，最为核心的就是电影摄影机选型。摄影机的性能、参数、功能会影响到整个拍摄流程中各环节的软件、硬件的匹配程度以及上述问题的解决方式和解决效率，从而影响剧组的工作效率和拍摄进度。此外，还会关系到摄影师对拍摄画面、影像风格的呈现方式、效果等要求，这些对于电影的内容和基调也是至关重要的因素。中影CINITY通过参与这部影片的拍摄，经过与导演、摄影指导等主创的交流印证了这种判断，他们对运用高帧率进行拍摄表示了极大的认可，而对于摄影硬件和拍摄流程在高帧率上的标准规范的匮乏则表现出了无奈。这坚定了中影CINITY要首先解决和推出符合高新技术格式电影要求摄影机的决心。

3 高新技术格式电影拍摄对电影摄影机提出了新要求

当前，主流数字电影摄影机已普遍支持高达8K分辨率的拍摄，远超过4K分辨率采集要求， SONY、ARRI等品牌在RAW格式下支持至少14档的动态范围， Red摄影机更是支持高达17档的动态范围，完全能够支持HDR的制作。虽然目前常用的数字摄影机都带有一定的可变帧率记录功能，但是要完全满足高新技术格式电影高帧率拍摄的要求还有很大的突破空间。下面，将从以下三方面进行阐述：

3. 1 帧率

高新技术格式电影在放映端已经可以达到最高120帧的放映，但是在拍摄端帧率的提高和设定需要综合许多因素进行研究和确定。首先，从画面上来讲，将现有帧率增加一倍或者是1. 5倍，肉眼所能感知的影像变化已经非常明显，画面的果冻效应和动作镜头的拖尾感几乎消失；其次，从技术上来讲，除电影摄影机外的其他相关辅助设备，如无线图传，现场监视器，录音设备等尚无对高于24帧影像的完整支持，无法形成像24帧拍摄一样完整、流畅的工业流程；最后，从成本上来讲，高帧率拍摄需要增加与帧率比例相同或者更高的剪辑、调色等后期制作的人工、时间成本。尤其是特效的投入，有可能会呈几何级增长。结合以上几点，高新技术格式摄影机绝不能做成单纯的高速机，现阶段的高新技术格式摄影机需要在合理的帧率提升基础上，达到画面、技术、成本三方面平衡。

3. 2 核心部件

数字摄影机的基本工作原理是影像通过数字传感器，经由数字处理器形成完整的数字媒体文件，存储在机身或者外接的存储卡或硬盘的存储介质上。随着数字电影摄影机在技术上的不断进步，数字传感器所能摄取的影像信号内容越来越丰富，数字处理器的处理能力越来越强大，对存储容量的需求也就越来越大。当前各品牌的主流摄影机对于高帧率拍摄的支持比较全面，部分摄影机的拍摄帧率已经可以达到每秒120-150帧。拍摄的帧率越高，所摄取的图像内容和信息就越丰富，需要处理器的算力就越大，所生成的素材文件也越大。在传感器光电转换能力、处理器算力及存储介质容量都相同的情况下，为了保持三者的平衡关系，录制格式的分辨率和画幅会随着帧率的提升而变小。单纯的加大存储容量只能解决某一特定帧率和格式的录制时间问题，无法从素材文件的生成的源头解决问题。所以，传感器需要更快更好的算法来保证在高帧率下每帧的图像质量不变，数字信号处理器需要更高的处理速度保障对素材进行高质量处理。与此同时，高帧率拍摄还会使素材文件和数据传输量变大，这对摄影机的存储量和读取性能也提出了更高的要求。作为核心部件的传感器、处理器及存储三者需要相辅相成，共同进步。

3. 3 信号输出

SMPTE （电影和电视工程师协会）定义了多种摄影机上常用的功能标准规范，其中比较重要的是摄影机机身的SDI （数字分量串行接口）信号输出标准的定义。虽然， SMPTE发布的ST425M总协议标准是支持分辨率为2K时输出帧率为48帧和60帧，但是几乎所有的摄影机制造厂家并未将此协议下的48帧输出应用在销售的机型上。这意味着除非用60帧进行拍摄，否则在摄影机以基础帧率48帧率进行拍摄时，监看的实时画面依然还是24帧。这会导致以48帧作为基础帧并同时进行慢动作升格拍摄时，实际创作与监看效果之间倍速上产生误差。虽然60帧拍摄不存在这样的问题，但这一设定在很大程度上限制了主创人员的现场创作和摄影机机型的选择，同时还会给后期制作带来一定的困扰。

4 高新技术格式摄影机技术特点

4. 1 合理的帧率选择

诚如上文所说，高新技术格式摄影机绝不是单纯的高速机，其本质是一台电影摄影机。在高于24帧的拍摄下，应在画面上保持电影的质感、使用上符合专业摄影师及从业人员的使用习惯、流程上满足电影拍摄的工业要求。综合画面、技术、成本三方面的考虑，高新技术格式摄影机将优先选择48帧和60帧作为基础帧率。中影CINITY在经过测试对比，并通过几部电影实拍总结的经验基础上，发现以24帧的1倍和1. 5倍，也就是48和60帧拍摄可以在画面效果明显提升的基础上，不仅保持24帧原有的电影感，还可以以最小的成本得到画面质的提升。镜头、灯光等主要设备并不需要进行更换和增补，通过加大叶子板开角即可弥补因拍摄帧率提升所造成光通量缺口。流程上虽然会打破原有的习惯和节奏，但是只是略有繁琐，量变而非质变，稍加适应即可轻松上手。另外高帧率拍摄会使得拍摄习惯、镜头设计、画面美学都需要进行有针对性的更改， 1倍或1. 5倍的帧率提升会使得演员、摄影等主创更易于接受和适应，将帧率提升给电影所带来提升的最大化。

4. 2 优化的核心部件和结构

根据高新技术格式电影拍摄需求，对摄影机的核心部件有了新的要求。以ARRI的ALEXA LF和ALEXA MINI LF两种机型为例，两者使用相同的图像处理器，但由于前者使用了更快的处理器，加之体积、重量更大可以具有更大的存储、更多的物理接口，更强的散热能力，所以与后者相比可以进行更高帧率的拍摄，所能输出的视频信号也更丰富。可见，处理器的算力有助于提升传感器的记录能力和摄影机的整体性能。高新技术格式摄影机将在合理的帧率提升基础上，通过充分平衡芯片算力，对芯片进行模块处理和算法优化，在保持画质不变的基础上，做到多SDI信号输出监看和更多的SMPTE協议的模式选择。一直以来，散热都是电影摄影机设计制造中不可回避的重要问题，尤其在电影摄影机的设计向轻量化和小型化方向发展的趋势下，如果能将机身热量尽快散发出去，一方面可以在功能、处理速度不变的前提下，有效控制重量和体积；另一方面还可以有效缓解因拍摄帧率和芯片算力提升所造成的热量增大问题，除了可使摄影机平稳运行，减少死机和烧卡的情况出现，还能够有效降低由温度变化所产生的画面噪点。

ARRI最新的ALEXA 35数字摄影机上所运用的机身结构设计，比较适合高新技术格式摄影机的结构需求。如图2所示，通过优化摄影机本身的结构，得益于高度集成的电路板设计和居中的上排热系统设计，所有元器件环绕排布散热器周围，不仅充分利用了有效空间，控制了体积，更為解决散热问题提供了现阶段最佳方案，这样就可以解决因核心部件算力和功能提升所造成的体积臃肿、热量变大的问题，使得摄影机的能力得到充分发挥。

4. 3 完整的信号输出协议

由于SMPTE垄断了相关传输协议，摄影机制造厂家未能有效利用现有协议，掣肘了高新技术格式电影的拍摄需求。通过研究，在无法绕开现有协议的情况下，如果能通过购买或授权的方式，将现有SMPTE标准中符合高技术格式要求的SDI信号输出协议写入摄影机的操作系统和芯片中，就可以实现现场拍摄时的所见即所得。表1列出了可以满足高新技术格式拍摄要求的现有SMPTE的SDI输出格式，可见在现有的协议标准中对48和60帧是可以做到支持的。

在相关协议被开放和正式被应用后，可以使高帧率拍摄的现场监看达到最佳观看环境。这也是未来高新技术格式摄影机发展的重要一环。

5 高新技术格式摄影机后续开发方向

随着与德国ARRI合作的高新技术格式摄影机交付使用，中影CINITY对于高新技术格式电影在拍摄端的应用有了突破性进展。高新技术格式摄影机依托于德国ARRI的旗舰款大画幅摄影机，具备紧凑的尺寸、轻巧的重量和丰富的录制格式等特点。在RAW格式下最高可录制4K/60 fps画面，并且具备多种色彩输出和画面风格以及多路不同帧率的实时监看输出。与此同时，伴随着影院放映端的不断进步，对拍摄端持续提出了新的要求。未来高新技术格式摄影机的硬件上还将在以下三点继续进行改进和突破：

5. 1 高新技术格式专属菜单及物理按键

能够按照高新技术格式要求进行拍摄并向下兼容传统拍摄格式将是高新技术格式摄影机区别于其他摄影机的显著特点。其将会内建独有的色彩曲线和色彩科学，具备个性化的开机画面，设置独立的高新技术格式拍摄模式入口，并将对菜单选项等进行单独设计。增加可以自设置的快捷键，用于快速调取次级菜单以及对LUT、SDI信号、EI等常用功能按照高新技术格式拍摄流程进行设置。此外，作为专业的电影摄影机，高新技术格式摄影机还会针对专业操作者的使用习惯在摄影机机身增加专属物理按键，一键加载高新技术格式电影色彩空间，直达专属拍摄模式和各项设置，快速进行高新技术格式拍摄。从外观上，高新技术格式摄影机将按照特有的视觉识别系统要求进行设计，利用独有的字体，颜色等，结合前期拍摄端审美和实际需求，力求达到专业、实用、美观相结合。

5. 2 高新技术格式电影色彩空间（CINITY Log Curve）在现场拍摄中的使用和管理

“所拍即所得”是高新技术格式拍摄的初衷。高新技术格式电影的色彩空间作为技术核心之一，包含了独有的色彩曲线和色彩科学，决定了画面的风格和色调。现阶段仅应用在制版和放映端，没有在拍摄端进行应用。这样在进行拍摄时色彩上就无法达到真正的“所拍即所得”，从而限制了创作者对于画面的控制度。如果将高新技术格式电影色彩曲线合理的应用在摄影机和监视器上，在录制的原始影像素材、现场监看、实时调色的环节上做到与影院放映端一致，再配合合理的监看环境，辅以符合高新技术格式电影工业流程，可以让创作者将按照高新技术格式要求拍摄的画面以最接近原始效果的形式呈现给观众。同时，在拍摄过程中还将通过固件加密和秘钥授权等方式对高新技术格式电影曲线这一核心资产进行有效管理，充分保障其安全性，保护制片方在技术和硬件上的投资。

5. 3 建立标准化流程，制定相应标准和指导性文件

电影工业化离不开完整的工艺流程，在解决了“怎么拍”之后，再到“怎么放”的过程中，还需要诸如声画同步、剪辑、调色等一系列流程。中影CINITY在与德国ARRI的合作基础上，探索与国内摄影机制造厂家的合作。虽然在现在的电影拍摄中，国产摄影机还无法作为主力机型，但是在航拍、车辆追逐等特种拍摄的情况下，国产摄影机已经有了一席之地，积累了大量的光学、影像和流程上的经验。未来的高新技术格式摄影机也将以国产化为努力方向，促进国产电影摄影机的发展。此外，中影CINITY还在多种剪辑、调色软件上进行探索、尝试，已初步形成一套符合高新技术格式拍摄要求的拍摄流程草案。高新技术格式电影将结合放映端、母版打包等所积攒的一系列先进技术和经验，以已经发布的《CINITY数字电影放映系统和影厅技术要求及测量方法》和《CINITY数字电影发行母版和打包技术要求》两个企业标准为基础，在高新技术格式电影前期拍摄流程方面建立标准，从而完善高新技术格式电影产业链，为摄影机的下一步完善和开发指明方向。

6 结语

纵观电影发展的百余年历史，中国电影无论在技术还是设备上，一直处于“跟随”状态。对于中国电影产业来讲， CINITY所代表的高新技术格式电影，是我国第一次提出的国际领先的技术变革。符合高新技术格式电影拍摄要求的摄影机的出现，更会逐步将这种质变向前期拍摄覆盖。

《“十四五”中国电影发展规划》中提出了“加快电影科技创新”的要求，打造高新技术格式电影产业链，推动制作水准和观影体验达到新的高度，是实现该要求的有效手段。作为加强科研创新的具体体现，未来高新技术格式摄影机将继续在技术上不断完善和突破，并通过相关标准的建立及制作工艺白皮書的发布，让我国电影的导演、摄影师等创作人员更方便了解和掌握高新技术格式的拍摄制作技巧和工艺，使中国电影在拍摄制作领域迈进一大步，推动整个中国电影行业向高质量、高水准的技术水平上发展。

注释

① 图源ARRI德国官网： https： / / sparepart. arri. de/ catalogprod/ app？ bk_ & windowid = KCP384950640& rid=LKF1681870280982#2V10C9D9248E4C6405

② 表1来源： 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

参考文献

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