為什麼大家都應該拍 4K – 即使只是要 HD 的輸出

作者:Phil Rhodes



作者Phil Rhodes深入技術的核心,說明為什麼如果您最終即使只是要HD的輸入,仍需考慮是否要以4K進行拍攝。


我們在工作上使用解析度遠大於HD的設備,變得越來越普及了。事實上,以4K影像作為最終輸出,在目前仍屬嬰兒期。然而,因為當進行降轉(Downscale)時,4K攝影機可以產出非常好的HD品質。因此,也許值得我們討論一下,雖然最終僅需HD輸出,但仍有用4K進行拍攝的必要。



考慮到銳利度

銳利度(Sharpness)也許最明顯的因素之一。從一個解析度沒比成像結果好多少的感光元件(Imaging Sensor)所取得的畫面,沒有辦法得到真正符合奈奎斯特定理(Nyquist)極限所描述的影像品質。也就是說,即使我們考慮如:1920 x 1080像素單色(Monochrome)影像感光元件,必須透過低濾波(Low-Pass Filtering)克服鋸齒(Aliasing),因此所能得到的銳利度,比HD畫面理論上所能得到的來得低。


對於單晶片(Single-Chip)彩色攝影機更是如此,其Bayer或類Bayer的多色彩濾波(Multicoloured Filter),使得這些攝影機需要更強烈的低通濾波(也就是模糊化 – Blurring)預防在寬距藍色及紅色元素的鋸齒,當執行必要的差值演算解析全彩影像時,對於色彩飽和的物體,就更不準確且喪失解析的能力。4K單色感光元件無法理想的填充4K的影像,4K Bayer感光元件甚至更為明顯。


經常裝配其感光元件,使其比輸出影像的解析度大很多的攝影機,幾乎只有Sony F65(編按:RED DRAGON也擁有6K感光元件),雖然許多其他的攝影機,如:Alexa等,也可如此配置,至少在某種程度上擁有額外的解析度,讓最終輸出的影像看起來更好。DSLR(單眼數位相機)如:Canon 5K Mk. II(即使是其最新的Mk. III)在這方面很失敗,它們並沒有取樣於整個感光元件、然後小心的降轉其結果以避免鋸齒,並產生較銳利、噪點較低的影像,提升影像的整體品質。因為,從超取樣(Oversampling)的角度來看,實行記錄比所需更多的資訊、並均化以消除錯誤,相對於僅為兩百萬像素的HD影像,當考慮到DSLR所拍攝的是千萬以上像素的照片,可想見這將會是個可怕的夢魘(編按:因為需要處理的資料量太大)。



更精準的色彩

除了銳利度之外,以4K進行拍攝、輸出為HD還有其他的好處。許多檔案格式及連接介面,如:HDMI等於8-Bit(編按:HDMI 1.3後開始支援10-Bit/12-Bit),意思是說三個通道(RGB或YUV),每一個僅有256階。幾乎所有最低階的電影及電視作品,現在都使用提供精準度為10-Bit、或每個通道有1024階的系統製作。但這些精確度至少有一些可透過錄製4K(或稱之為Quad HD)影片並降轉(Downscaling)而獲得恢復。每一個HD像素有四個QHD像素在其中,也就是說一些數量的QHD像素也許被平均化(事實上是必須的,以避免在輸出的影像有鋸齒),以產生亮度(Luminance)精準度較高的單一輸出像素。更進一步的事實是,8-Bit像素質的總和必須落於一個10-Bit像素質的範圍內,因為4 x 256 = 1024,這是一致性及技術上的方便性;我們也可以將四個10-Bit像素平均,並將其結果以16-Bit儲存,但這在其精確度上,將造成某種程度上的損失。


儘管對於轉換8-Bit 3840 x 2160畫面,得到10-Bit 1920 x 1080的畫面,就說它是精準的10-Bit資料空間,有些人可能會提出異議,尤其是因為8-Bit QHD畫面不包含線性(Linear)的亮度描述,以如:Rec. 709中所定義的Gamma函數進行計算而取而代之。這讓任何關於正規資料理論問題的考量變得複雜,而這也關係到許多這樣的8-Bit影像,如:Sony NEX系列攝影機錄製到SD卡的影像,也將有合理的高壓縮的事實。經由超取樣並將較大、較低位元深度(Bit-Depth)的影像降轉成較小、較高位元深度的影像,認為其結果能增進色彩精確度仍屬合理。

克服二次取樣(Subsampling)的問題

關於色彩精確度還有另一個優勢,從純應用的角度來看,許多8-Bit的影像以另一種所謂的YUV資料空間來表示,其中Y通道代表黑白影像、U及V頻道則分別代表RGB通道紅和藍色之間的差分量。這個的好處是,也許有些人還不知道,人類的眼睛對於亮度部分較為敏感,對於色彩比較遲鈍。利用這種特性將4:4:4取樣降低為4:2:2、4:1:1、4:2:0等取樣,進行影像的儲存,其中所做的是U及V通道解析度的降低、所牽扯的技術就是二次取樣(Subsampling)。高階的廣播格式通常使用4:2:2取樣,其U及V通道相較於Y,只儲存一半水平解析度,在影像品質沒有明顯變差的情況下,節省了1/3的影像儲存空間,,降低了所需儲存空間的需求。



這個方法對於在後製不會進行大量處理的素材,不論是在錄製或輸出都很好用。但事實上,壓縮比較低,對於許多應用程式來說,比較好的處理。當進行非常吃重的調光、或運用去背(Chromakey)的技術時,壓縮比高就容易產生問題,因為這些都不是靠人眼進行影像的處理,設備可以察覺非常細微的色彩資訊。然而,將4K或QHD影像降轉成HD,在無需二次取樣的情況下,可清楚的產生U及V通道,允許更完整的轉換成無二次取樣(Un-Subsampled)的結果 – 或許是具有相同色彩與亮度解析度的RGB影像。要注意的是:YUV與RGB資料的轉換,本質上會有些微的損耗,因為有些色彩並非兩者都可以顯示(編按:RGB > YUV),想同時求得無二次取樣優點與10-Bit精確度的優點,在數學上是困難的;對於亮度及色彩資訊的各有其優點。但同樣的,實際上至少還是有其優點。




等等,還有…

超取樣還有其他的優勢。透過一檔(Stop)以上的額外感光度(Sensitivity)或額外高光(Highlight)區域,理想的降低雜訊(在線性資料);在拍片現場,追焦手(Focus Puller)可以參考4K顯示螢幕,對於所顯示的比最終的結果更好很有信心;在後製時可以在無損影像品質的情況下,進行重新構圖(Reframing)或穩定化(Stabilisation);另外當然現在製作完成的HD,未來可想見的可重新製作4K的母帶。所以,即使現今4K影像在市場上是有限的,但以4K進行拍攝仍存在其重大的意義。


原文出處:http://goo.gl/QGmhBt

639 次瀏覽

02 7720 9899

©2019 by GETOP Systems Inc.
堅達資訊實業股份有限公司