我們也許解開了“為什麼膠捲比較好”的謎



(去年我們貼出此文時,它成為非常受歡迎的一篇文。如果您當時並未注意到這篇文,這是另一個您可以閱讀它的機會)。永遠都不會消停,不是嗎?不論您用多少的規格,去證明數位影片(Digital Video)無可反駁的比膠捲好,但除了就只是簡單的去證明事實之外,有更多時候其實是一種固執感。我們認為我們已經發現了一個細微的處理過程(Process),可以幫助膠捲儲存比數位更多的可見資訊。


最近我們詢問讀者關於這個問題的意見,我們得到了很大的回應,雖然其中許多都是我們能夠預期到的。有些人說,我們根本不應該拿它們倆進行比較;有些人說,不論每個人想要相信什麼,膠捲永遠比較優 – 甚至更進一步說,當我們數位化某樣東西時,總會失去一些東西。


這些也許都是事實,但我想,我們至少受挫於一些有形的事物上,這與膠捲和數位在本質上的不同有關。


這很容易解釋、但也不是那麼容易,請記住 – 這僅是我們的理論:我們並不會堅持己見,如果有任何人可以證明我們是錯的,我們也樂於虛心接受。


讓我們開始吧!



膠捲沒有像素(Pixel)

不論是膠捲或數位,都有其解析度上的限制。以數位而言,其解析度的基本單位為像素(Pixel),因為它們是以網格(Grid)排列,因此您可以很容易的計算它們。這有一點(其實應該說嚴謹)的複雜,為了從現代的單一感光元件獲取色彩,您必須要有Bayer-Pattern過濾器(Filter),經由Debayer軟體的執行,依據每一個像素的周圍其他像素,推測該像素的色彩。這樣一來,在輸出時會降低影像的解析度。這使得要精準的陳述解析度變得有困難,但當Bayer演算法變得更好、解析度就變得更高,這並沒有改變對於膠捲和數位爭論的本質。


膠捲沒有網格的像素,它完全不是那麼一回事,它所擁有的,實際上是形狀隨機的化學結晶體,而且每一個影格都完全不同、就算是同一影格在不同的區域也不同。


因此,相對於數位系統不會移動的網格,膠捲上完全沒有網格,如果您試著在連續的影格中,尋找光源相對應的區域,您就算用顯微鏡也還無法看到。


那麼,講到這裡您應該會提問:當膠捲的顆粒(Grain)因為太小而看不到,那這是否有關係、有什麼關係、為什麼有關係?


我們這麼說好了,您可以看到膠捲的顆粒,這是膠捲的特性之一,它並不需要很顯眼、在您腦子裡也不佔重要位置,但它對於觀賞者的視覺感知,將毫無疑問的有其一定的效果。


但是,除了有顆粒、無顆粒之外,還牽扯許多其他事,而不僅是因為您永遠都可以在數位影像中加入“顆粒”這麼簡單而已。不,並非如此!顆粒的效果乃是細微很多、而且也更深奧。


這裡,我們將要談論稱之為“Dither”的概念。數位媒體技術上,此聽起來不明確的術語,具有頗為強大的概念。



關於Dither的問題

嚴格來說,Dither是加上了類比訊號(Analogue Signal)的雜訊(Noise),通常是在數位化的前一刻加入的。您也許覺得奇怪,當整個關於數位媒體是要有乾淨無雜訊時,這是什麼?


讓我們用一個簡單的例子來說明。


在電視上或影片中,您可能曾經看過在湛藍的天空畫面中,出現一些等高線(Contour Line),這意味著您需要數量極龐大的色彩,才能描述藍天中微量變化的漸層。事實上,天空的“藍”不是簡單的只有一種藍,而是由最淺的藍、到最深的藍,連續填充而成整個天空的藍色。


您幾乎需要無數的色彩數量,才能完美的詮釋這樣的天空。但幸運的是,您無需那麼多的色彩,因為對我們的眼睛而言,我們僅需要有限數量(儘管數量還是不少)的色彩,就可以感覺是連續漸層。


但我們需要比8 Bit影片所能提供、每個色彩頻道256色更多的顏色。這也就是為什麼我們經常會在藍天中,看到明顯的帶狀色彩,突然的跳到下一個可用的色彩。


這個稱之為“量化雜訊(Quantization Noise)”這是數位化之後,最不想要、最不悅目的結果,它讓人覺得很討厭,採取相當激烈的措施,有時是最好的效果,而加入雜訊正是這些措施之一。當然,在我們試著讓影像更好的情況下,這聽起來非常異於常理,但它並非那麼糟,因為當您加入雜訊 – 或“Dither”- 它在非常低的層級,事實上,它的層級非常低,以至於僅產生小於一個位元(Bit)的不同。


沒錯,如果它是那麼細微 – 並小於一個位元 – 那它真的可以成就任何的不同嗎?



從這裡開始變得有點奇怪

好,從這裡開始就有點奇怪。


在我們前面所討論的情況中,我們嘗試減少因為位元太少而產生的效果,媒體已經被數位化了,因此事實上我們是無法加入資訊。就定義上而言,雜訊本身當然並不是資訊,我們在這裡可能必須加入某種比一個位元雜訊更有價值的東西,產生一些差異。我們一旦完成,其效果非常顯著,因為雜訊讓等高線位置隨機產生,非常有效的讓高線位消失不見。


如果我們準備接受因為加入雜訊,而導致整體降級的結果,那麼這通常是可接受的一種妥協:一點點不突兀的雜訊,眼睛對它的接受程度,遠大於看起來很不自然的等高線。


因此,這是雜訊可以增進影片樣貌的方法之一。很諷刺的,我相信許多8 Bit攝影機透過有稍微較多的雜訊,而使影像看起來比較好,正是因為這樣的效果!


現在,這變得有些不可思議 – 但相信我,這不是魔術:它很科學。


在已經數位化的訊號中加入雜訊,與在仍是類比的訊號中加入雜訊,兩者不同。這裡是一個已經被認知至少有七十年、說明此現象的例證。



來自航空工業的經驗

時間回到第二次世界大戰,當飛機以難以置信的速度由製造工廠生產時,其製造品質也許不如產量來得重要,以比較客氣的說法是:與產量相比、精確度居於次要的地位。


因此,雖然飛機大量的執行它們的工作,但它們也就僅能達到它們製造時的基本功能,而它們在某些方面,是達不到您所期望的效果。


飛機儀表板中的刻度盤和儀表,是最明顯的例子。以今日的角度來看,我們會期待刻度盤上指針的移動應該是平順的,但在當時飛機駕駛艙中的則幾乎並非如此。最糟的是,指針的移動根本不穩定,經常停滯不動,因而常會以突然跳動的方式移動,而不是逐步平順的移動。


直到引擎發動、轉速提升,引擎的震動變大,使飛機產生驚人的震動,這對機組人員來說,絕非一件好事,但對儀表來說,事實上卻很好,因為震動完全超越了指針的“滯性”(Stickiness)- 只剩下因震動所導致誤差的問題 – 但至少指針的動作變得可平順的移動。



這個如何套用在膠捲上?

那麼,回到我們比較熟悉的類比的問題,我們所說明的這個例子,如何套用在膠捲上呢?


很諷刺的,若透過回到數位的領域,反而比較容易解釋類比的隨機性(Analogue Randomness)如何增進了膠捲的解析度。


關於數位媒體的抱怨之一是 – 讓我們現在先專注在聲音上 – 它非常的無情,其非常精準的特性,可說是類比世界不可量化(Unquantizable)本質的天敵。您知道像這一類的事:就像,嘗試用數字1到256,描述玫瑰花的美麗一樣困難。


在低層音訊,此問題尤其嚴重 – 例如:最後幾秒逐漸淡出至無聲的鋼琴音符。


在正常聆聽的音量時,這不會有太多的問題,因為16 Bit音訊系統(如果16 Bit算是音量大的),1、2 Bit將是非常、非常輕聲。然而,如果您審視當鋼琴聲音很寧靜,其聲音僅以2、3或4 Bit表示,看起來是什麼樣時,您會發現,它比較類似樓梯、而不是漂亮的平滑波型(Smooth Waveform)。


而這裡,就是隨機雜訊可以幫忙的地方。



在 1 與 0 之間

讓我們想像一下,您僅剩下1 Bit表示鋼琴的波型時:那就祝您好運了,因為它的聲音聽起來將很恐怖!這是個非常極端的例子,只是用來說明此一論點。


您也許會發現,當波型低於其數位版本的總振幅(Amplitude)的50%時,將以0表示;當高於50%時,則用1來表示。


但是,那當是55%時,是怎麼樣呢?那麼,肯定是1;那45%呢?那就會是0。


現在,想像在訊號中加入雜訊,偶而將55%降低至低於50% - 也就是說,有時候是55%的訊號會以0表示。顯然的您立即就知道這是個錯誤,但一段時間之後,這些“錯誤”開始變得有意義,因為它們事實上意味著系統 – 以某種方式 – 注意到一些這些中間層級存在的事實。它是非常微量的效力,但實際上也具有重大的意義。


讓我們扼要的重述 – 加入雜訊導致“錯誤”,但這些錯誤本身的意義逐漸累積,因為它們指出了介於1與0之間的層級確實存在。


當然,我們所談論的系統不是只用1與0,而是0到65536,而我們現在所談論的,可能是介於這些之間所包含的層級 – 雖然在較低的層級(亦即,Bit數比較小)其效力的意義真的比較重大


(如果您懷疑這怎麼可能是真的,有一種用於所謂DSD音訊中的相關技術,其1 Bit的量化採用非常高的取樣率(2.8 MHz – 是CD的16倍)。DSD基本上是用1與0的數量(或“密度”),決定瞬間波型的高度)。


好 – 讓我們再度回到類比的領域。



類比“取樣”

您可以爭辯說,即算是類比的膠捲,也是“取樣”(Sample)。任何膠捲在解析度上的限制,在於膠捲顆粒(Film Grain),這些銀或染料的顆粒形狀是隨機的,而本質上就是膠捲的“像素”。


但與像素(Pixel)不同的是,它們的形狀及大小,不僅在單一影格中是隨機的、在接續的影格中也完全不同。基本上,這樣的變化性就是影像中的“雜訊”。


就如我們在本篇文中剛剛所瞭解的,雜訊可以是件好事,因為它可讓取樣系統,比在沒有雜訊的情況,更能呈現出較多的細節。


現在,您將開始進入困難的領域,因為我們將從一些在數學上及科學上也許是OK的,到一些也許比用臆測更好一些的。


但情況就是如此。



為什麼膠捲比較優

我們認為膠捲比數位優的理由,是因為即使它是以膠捲顆粒的解析度“取樣”,但非常細小之顏色及亮度的色彩區域(Color Area),可以影響鄰近的顆粒分子,以顯示比在靜態影像中所能顯示的更多細節。


如果您想想VHS錄影帶,您可以明白這個如何可行。VHS曾經是最差的錄影媒體之一 – 它充滿了雜訊。如果您讓VHS錄影帶暫停在某一影格,所看到的影像總是很糟。但如果您播放影帶,雖然畫質仍不是很棒,但已經比較好些。這是因為我們可以隨著時間取平均值,並“看透(See Through)”雜訊。當然,VHS錄影帶是類比。


它與膠捲類似,還記得顆粒分子是隨機的嗎?基本上每個顆粒都不同,也沒有讓我們可以用數字繪製影像的固定網格。


所以,雖然顆粒分子的大小限制了膠捲的解析度,而在動態影像,我們可以看穿顆粒分子,並在視覺認知上建立比數位- 除了攝影機和投影機光學技術的限制外,解析度可能是無限 - 所帶給我們的更多細節的影像。


也許在未來,如果我們想讓數位電影的解析度最大化且顯得自然,我們應該降低光源,並依賴感光元件的雜訊,提供一些隨機性,以便容許這樣的效力發生。我懷疑這就是為什麼相對便宜的8 Bit Video攝影機,可以拍出意外好影像的原因之一:感光元件的雜訊,幫助消除了8 Bit系統中的色彩缺乏的問題。


現在,可以很公平的說,數位系統可以、也將會越變越好。當到某種程度時,數位系統的完全精確性及終極解析度,將使得以上的所有討論變得落伍。事實上,有些人也許會說(包含我!)我們已經到達那種程度了:數位就是“比較好”。


但至少還有一部份的我想說,就像黑膠唱片(Vinyl Record)似乎擁有CD(順帶一提,它絕對不是可用的最高品質錄音媒體)所缺乏的一些細微得難以言喻的深度,膠捲種種的不完美- 而也許正因為它的不完美 – 將永遠處於更接近真實的層次 – 也因此而完美。

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