2017年2月22日

越顯清晰的影像— 電影放映科技之現況

作者/孫沛立(國立臺灣科技大學色彩與照明科技研究所助理教授。中華色彩學會常務監事、國際資訊顯示學會會員。)

自從1895 年第一部電影在法國公開上映至今,「看電影」已成為人們重要的休閒活動。電影的畫質從早年那閃爍、模糊、晃動、佈滿雜訊的黑白影像,改良為平穩、清晰、層次分明的彩色立體影像。電影的載體也從過去體積龐大的膠卷,演變成今日輕薄短小的藍光光碟與硬碟。進入電影院,觀眾會發現同一部電影可能會以「一般」、「數位」、「3D」、「IMAX」、「4DX」等不同的方式放映。


一般
「一般」指的是用傳統的電影放映機播放膠卷影片。由於膠卷是透過母帶拷貝再配送到電影院播放,顏色容易失真。再者,多次放映後,膠卷容易刮傷、有髒點與灰塵,以及面臨膠卷的衰減老化、變質、褪色等問題,不易長期保存。

數位
「數位」指的是用數位投影機放映硬碟裡的數位影片檔。優點是影像訊號數值不因複製而改變,影像品質穩定,沒有老化變質的問題。播放二輪片的畫質與一輪完全相同。保存上也不像膠卷那樣佔空間。甚至可以透過網路傳送加了密碼的影片檔案給全球的電影院同步放映,放映完畢之後,刪除檔案,非常環保。

3D、IMAX、4DX
「3D」指的是立體電影。「IMAX」泛指以加拿大IMAX 公司的放映系統播放影片,又分「巨型銀幕」、「數位」與「雷射」三類,影片本身為解析度較高的IMAX 規格。「4DX」則是透過動態座椅,體驗電影中的動作特效。


播放器材與畫面呈現
目前,電影院已經接近全面數位化,使用專業、高亮度(約10000 流明以上)的投影機播放影片。過去20 年來,電影也逐漸走入了家庭。家庭劇院早年因大尺寸電視價格昂貴,因此多以低流明數(約2000 流明左右)、高色彩飽和度的「家庭劇院專用」數位投影機播放影片,但現在逐漸被大尺寸平面電視所取代。

好的畫質,可提昇觀眾的美感經驗,並獲得身歷其境的視覺體驗。投影機的畫質好壞,可由5個要素決定(圖一):

( 1)空間解析度
在膠卷影片時代,是以膠片的寬度決定影像的細緻度。標準膠片的寬度是35 mm,IMAX 公司使用70 mm 寬的膠片提高影像解析度。數位電影方面,解析度是以畫面的像素數量決定。為了取得更寬廣的視野,電影銀幕的「寬高比」由愛迪生時代的1.33:1逐漸演變為1.85:1。數位電影目前常用的是2048×1080 像素(=221 萬像素)以及4096×2160 像素(=885萬像素)兩種格式。由於業界習慣以影像水平方向的像素數量來描述其解析度,而且用電腦容量單位K(kilo)、
M(mega)、G(giga)、T(tera)來代表資訊容量,因此稱寬度2048像素的電影,擁有2 K 解析度;寬度4096 像素的電影,擁有4 K 解析度。由於4 K 電影的像素數量為2 K電影的4倍,所以廠商宣稱新式的4 K 投影技術,將影像解析度提高了整整4 倍。

電視方面,畫面的「寬高比」也從映像管時代的1.33:1(=4:3),演進到現在平面電視的1.78:1(=16:9)。數位電影的規格與平面電視略有不同,有720 ×480 像素解析的一般畫質電視(SDTV),1280 ×720 的高畫質電視(HDTV)、1920×1080 的全高畫質電視(簡稱Full HDTV 或FHD)、3840 ×2160 的4 K 超高畫質電視(簡稱4 K Ultra HDTV 或4 KUHD),以及未來的8 K 超高畫質電視(簡稱8 K UHD)規格。由於4 K畫質的藍光光碟還不普遍,想體驗4K 畫質的影片,最好還是進電影院。

( 2)明暗解析度
數位影像的明暗深淺,可用「灰階值(gray level)」來表示。灰階級數越多,越能夠區分影像細微的明暗層次。灰階級數通常用位元數(2 的指數)代表能夠解析灰階層次的能力。一般的電腦、電視僅以256 階(28=8 位元)呈現灰階,也就是能夠標示黑白之間256 種不同灰色的差異。但根據數位電影系統規範(Digital Cinema Initiatives, DCI),需以4096階(212=12 位元)呈現灰階層次。較高的明暗解析度,一方面使數位電影院的畫質超越家庭電影院,另一方面卻導致影片檔案過大,無法將一部兩小時的高畫質數位電影裝入一片藍光光碟。

( 3)明暗對比
戶外的光線亮度可高達數萬尼特(nit,亮度單位),夜間則低於0.1 尼特。光線的動態範圍(dynamic range)可高達10 萬:1。攝影機經過不同的曝光設定,將光線的動態範圍壓縮在投影機可以顯示的低動態範圍之中。如果要達到身歷其境的效果,投影設備需要能夠顯示場景中極亮以及極暗的顏色。電影院使用的高動態投影機,能夠達到較高的亮度,並且能夠根據影片內容,在較暗的場景透過降低燈泡亮度的方式,表現影像的暗部層次。要達成最佳的高動態(High Dynamic Range, HDR)影像呈現,需要高動態攝影(HDR camera)、高動態影像格式(HDR format)以及高動態顯示設備(HDR display)相互搭配。除了IMAX 公司有自己的高動態攝影與顯示系統之外,市面上已有杜比視界(Dolby Vision)與 HDR-10 兩種技術規格,讓攝影、藍光光碟、串流影片、電視與投影機能夠正確呈現HDR明暗分明的視覺效果。......【更多內容請閱讀科學月刊第567期】

沒有留言: