劉佳楠

（中國電影科學技術研究所，北京100086）

1 引言

一直以來，檔案影片數字化修復所采用的技術架構是由數字中間片技術演化而來。而數字中間片工藝的最終交付形式仍是膠片，數據只是用作中間片媒介。在這樣的架構中，修復完成片的一致性依靠各修復單位選用相同修復設備來保證，但修復過程中的絕對數據指標無法達成統(tǒng)一。隨著修復工程十余年的持續(xù)開展，不斷有修復設備損壞被替換，也不斷有新技術和新需求涌現，這使得修復系統(tǒng)由設備保證的指標一致性越來越難維系，不同單位制作的影片在放映中存在色彩偏差現象，掃描原數據也無法實現無縫交換。

為了解決這一問題，進一步推動影片修復工藝流程的標準化，需從系統(tǒng)架構層面重新設計，統(tǒng)一修復技術指標和流程管理，以達到修復過程和輸出結果的標準化。即實現無論任何修復機構進行修復，通過該修復系統(tǒng)所得的原始數據應是唯一的，修復完成片數據也應具備準確、標準的定義。這樣的修復影片才能真正具有完整的檔案價值。鑒于此，本文提出了將學院色彩編碼 （ACES）用于檔案影片數字化修復工藝流程的思路。通過ACES技術規(guī)范對圖像制作與交換的標準化，實現修復制作中各關鍵工藝的格式統(tǒng)一，形成完全基于數字文件的檔案影片標準修復流程和存檔方案。

2 ACES定義及相關技術規(guī)范

表1 SMPTE ST 2065系列標準

ACES全稱為學院色彩編碼（Academy Color Encoding System），是由美國電影藝術與科學學院（AMPAS）開發(fā)的一套色彩管理及圖像交換標準，主要用于在電影、電視、游戲等視頻相關制作中，實現影像從拍攝、編輯、視覺特效、母版制作直到放映和存檔的全流程標準化，并能夠與未來影像制作技術及流程進行銜接。

ACES色彩編碼由SMPTE ST 2065 系列標準給出了定義和描述。它采用16bit浮點線性方式對影像色彩進行編碼，其色域包含所有人眼可見色彩以及部分不可見色彩，能最大限度地表示出攝影機所捕獲到的全部影像信息，從而使數字影像獲得更大動態(tài)范圍和更廣色域。

圖1 ACES色度圖①

ACES中所有可見色彩組成的色域被稱為ACES 2065。如圖1可見，ACES 2065 色域包含了整個可見光色彩范圍，Rec.2020、DCI-P3等常用色域空間都在其色域內，并且其色域寬廣遠大于它們。正因如此，ACES色彩管理中提供了一整套的色彩轉換方法。通過特定的IDT 和ODT 流程，利用其極廣色域特點，可在數字攝影機拍攝文件、膠片數字化掃描文件、視效渲染文件等源文件與顯示終端、交付文件版本之間進行各種色彩空間的轉換，從而實現影像制作各流程中色彩管理的標準化。

3 ACES應用在影片修復中的必要性

ACES所提供的這套技術標準和色彩管理方案對檔案影片數字化修復所追求的修復影片顏色標準化及長期存檔目標有著重要意義。

（1）引入ACES解決檔案影片修復的色彩管理標準化

修復工程實施以來，各修復單位雖然在工藝流程上達成統(tǒng)一，但由于受到系統(tǒng)架構及設備本身的諸多技術因素限制，導致修復技術指標無法統(tǒng)一，設備掃描的數據與設備相關也無法統(tǒng)一。而ACES推出的技術規(guī)范，提供了一個與設備無關的獨立的色彩空間轉換方式，從而能夠在修復制作全流程中統(tǒng)一影片的數據格式，實現檔案影片修復從掃描到存檔的全流程標準化，從根源上解決不同系統(tǒng)間制作影片的色差問題，適用于檔案影片數字化工程的色彩標準化管理和影片標準數據的長期存檔。

（2）引入ACES彌補Cineon流程在數字輸出上的缺陷

在SMPTE ST 2065-3 2012 技術文檔中，提出了基于ACES 標準的膠轉數編碼方法——ADX（Academy Density Exchange）。ADX 工作流程與目前修復工作所用的Cineon/dpx工作流程的出發(fā)點和編碼方式均有不同。Cineon/dpx的色彩管理系統(tǒng)是針對柯達公司的特定膠片、洗印工藝和特定設備定制的，更適用于膠片制作，并未實現完全標準化。而ACES是與設備無關的顏色編碼，它還是用RGB色基分量的編碼，更加便于數字電影節(jié)目制作。ACES為膠片輸出數字格式提供了一套專門的轉換方式，使膠片數字化掃描不受設備品牌、查色表等因素影響，能夠從修復流程的源頭獲取標準化的影片原素材。

（3）引入ACES面向未來修復發(fā)展

ACES 2065色彩空間有著極廣色域范圍，可支持高動態(tài) （HDR）、廣色域 （WCG），其編碼體系能最大化精確表示膠片影像信息。因此，引入ACES概念為檔案影片數字化修復開啟了面向未來的影像存檔思路。即以數字格式最大限度記錄檔案膠片上的影像信息，阻斷膠片日趨老化所帶來的影像永久流失，并以一種可靠、標準化、可向未來兼容的格式將其存檔，以待未來能有更先進技術對影像進行再制作。這一點也正是修復工程一直以來搶修性修復的主要目的。

此外，ACES作為SMPTE 技術標準并已經提交ISO，是目前影視后期制作中的標準化格式。影片修復流程采用ACES色彩管理，推動國內修復制作與國外制作標準的銜接，有利于經典影片修復版的國際交流。

4 ACES影片修復制作流程

ACES采取了虛擬RGB色彩空間，如前文所述它是與設備無關的顏色編碼體系，因此在ACES所提供的整套色彩轉換中有兩個工序是至關重要的。一個是從素材來源到ACES 色彩編碼的輸入轉化，稱為IDT （Input Device Transform）。這一步驟是將來自攝影機拍攝或膠片掃描儀掃描下的影像原素材轉換成一個公共色彩空間——ACES 2065。而第二個關鍵工序則是從ACES 2065輸出到各個顯示終端的顏色轉化，稱為ODT （Output Device Transform）。這一過程將ACES 2065根據輸出目標設備的技術要求將影像色彩轉換為相應匹配的格式。因此，若要將ACES引入檔案影片數字化修復工藝之中，必須在現有修復流程中實現這兩個轉化工序，研究這種轉化方式以及ACES 2065下的影片修復與制作工藝。

圖2 ACES影片畫面修復系統(tǒng)工作流程

圖2是根據ACES技術規(guī)范結合現有影片修復工藝繪制的檔案影片數字化畫面修復工藝示意圖，展示了引入ACES編碼體系后畫面修復的標準化工作流程。圖中膠片素材經過膠轉數設備掃描，直接輸出或經轉換輸出ADX-dpx 序列幀，使膠片影像轉化為學院印片密度定義下的編碼格式，從而能夠在ACES色彩空間中得到準確還原。其后的畫面修復工藝不涉及顏色調整，因此可直接使用dpx序列幀格式修復。修復完成后經由IDT 過程，從ADX轉化為ACES 2065 （AP0）進而轉為ACES cc完成調色、合成等后續(xù)所有修復工藝。最終修復完成片ACES cc'轉回ACES 2065'（AP0），進行IMF母版打包及存檔。另外，根據修復完成影片的交付需求，通過ODT 輸出成多種交付格式。

損傷修復和技巧合成基本不對顏色做調整，因此仍可采用兼容格式按原有方式操作。而畫面校色則在轉換到ACES色彩空間后。由于采用了線性編碼方式，與傳統(tǒng)Log編碼的非線性有本質區(qū)別，這在校色過程對色彩的控制上會產生差異。為了消弭這種差異造成的操作困難，ACES提出了兼容傳統(tǒng)調色習慣的辦法，也就是將ACES 進一步轉化為ACES cc或ACES cct，通過模擬Log編碼來恢復調色控制。在影片修復完成后的交付環(huán)節(jié)，ACES修復成片的輸出需專門的Open EXR 格式。根據影片不同用途可進行相應ODT 后交付輸出。此外，在修復流程中各制作環(huán)節(jié)涉及的監(jiān)視設備，均以ACES Proxy輸出。

本文所提出的這套修復流程，是根據ACES系列規(guī)范結合檔案影片修復工藝流程所得到，是一套完整修復影片色彩標準化的解決思路。但該流程的具體實現，還需要各修復環(huán)節(jié)相關技術和設備對ACES標準的支持。

5 ACES影片修復制作流程的實現

本節(jié)介紹在現有技術條件下對ACES影片修復流程的驗證和測試，分析流程的技術實現方法。在這套ACES修復流程方案中，改變較大、最為關鍵的三個工藝是掃描、校色和交付，而損傷修復及技巧合成工序正如前文所述，不涉及顏色調整，只需驗證其格式的兼容性和系統(tǒng)性能要求即可。

在這三項關鍵工藝中，以目前的修復技術條件，可滿足對ACES校色、交付工藝的實測驗證，從而獲取其技術實現的具體辦法。但掃描工藝由于尚無直接輸出ACES本征數據的設備，因此需采用ACES技術規(guī)范提出的數據轉換方案實現該工藝，保證流程的聯通。鑒于此，本節(jié)所介紹的實現方案，是僅針對在現有技術條件下實施ACES修復流程所需的設備搭建辦法及性能配置要求。

5.1 膠轉數掃描的標準化

根據ACES所提供的技術規(guī)范，為提升檔案修復片的存檔價值，最理想的影片修復流程應從膠片數字化掃描開始進入標準化。ACES所提供的掃描標準化涉及到兩個相關定義。

（1）學院印片密度

圖3 ACES定義的光譜響應曲線③

圖4 柯達5248膠片光譜密度曲線

第一個是ACES在兼容膠片掃描方面所制定的APD （學院印片密度）。其RGB 定義是基于光譜積分，這點與常用的柯達Cineon印片密度 （CPD）有所不同。而真實的掃描儀是不能支持APD 光譜積分的，必須通過將光源、分色濾鏡和傳感器光譜響應的乘積等于ΠAPD 才能在原理上實現APD。對于目前的掃描設備來說，想要實現這一思路，需解決APD 所用光譜與掃描設備現有光譜之間存在差異的問題。APD 為提高紅光信噪比，將紅光峰值波長定義在了692nm 左右，并非常用的650nm。結合圖4所示的膠片染料密度曲線可以看出，這一偏移量雖然能提升信噪比，卻會導致更大的鏡頭色差。為消除色差，需要重新調整設備光源和成像位置。

圖5 光譜波長與鏡頭成像色差

（2）學院密度交換編碼

學院密度交換編碼 （ADX）是ACES 技術規(guī)范所規(guī)定的一套專門用于學院印片密度的編碼方法。它定義了編碼規(guī)則、16bit和10bit分量值的編碼度量，以及兩者之間的轉換方式。其中，ACES主要推薦使用16bit分量編碼，而10bit編碼方式則用于與現有硬件的兼容。需要注意的是，正如式（1）中ADX16的計算式所示在ADX 編碼轉換過程中，需要從實測APD 中減掉片基密度Dmin。

由于片基密度 （Dmin）根據膠片類型有所不同，ADX 的編碼規(guī)則就涉及到對現有掃描工藝做出一定調整。因為在修復彩色原底片時，不同鏡頭存在使用不同膠片的情況，為能夠對應膠片型號準確獲得Dmin，掃描工作需要改為兩遍工序。第一遍獲取每個鏡頭的片基密度數值，第二遍掃描獲得減去片基密度后的APD 數值，從而完成ADX 轉換。

（3）掃描標準化的兩種途徑

圖6 ACES膠片掃描流程示意圖

如圖6所示，結合現有技術條件，ACES 提供了兩種實現掃描標準化的途徑。第一種是最理想的途徑，即采用支持APD 的掃描儀直接將膠片轉為ADX-dpx格式 （圖中第一個流程）。這種方法生成的是本征ACES影片數據，是真正與設備無關的標準化數據。但若要實現這一思路，需對掃描光源、傳感器和成像位置進行改進，使之能夠支持APD。理論可行的思路有三種：

（a）采用氙燈光源和分色傳感器原理的掃描設備，更改其分色濾鏡，調整紅光成像位置，使其分光后光譜響應與APD 一致。

（b）采用LED 光源和單色傳感器原理的掃描設備，考慮通過更改LED 光譜范圍，使之與APD 一致。并在單色傳感器上增加機械位置補償，補償色差。

（c）采用LED 光源和分色傳感器原理的掃描設備，同時更改LED 光譜范圍和分色濾鏡光譜響應，調整紅光的成像位置，使其分光后光譜響應與APD一致。

以上辦法僅作為參考思路，具體實現還需要技術條件成熟方可進行深入研究。

針對目前狀況，ACES技術規(guī)范中也給出了第二種實現途徑，即采取現有掃描設備 （CPD 格式）進行掃描，將掃描結果通過數學運算變換 （IDT）輸出為APD 的解決辦法 （圖6的第二流程）。變換方式有三種：

（a）采取3×3矩陣加上一個偏移量；

（b）采取多項式轉換；

（c）采取3DLUT 轉換。

這些轉換手段均為數學運算，因此經過轉換后的膠片密度雖然可兼容ACES，但兩者之間仍有偏差。在AMPAS 技術文件S-2008-002 中，對掃描設備實際輸出的APD 數值和在Status M標準下轉換獲得的APD 數值進行了對比。圖7所示為柯達5242膠片的偏差對比數據，從圖7可見，其最大的平均偏差為0.018。

圖7 柯達5242膠片APD實測與擬合結果的偏差情況⑦

該技術文件中試驗了柯達與富士多種型號膠片的誤差值，認為所測膠片中，除了中間片，其余平均誤差均小于0.02。由此可見，這種轉換所得的數據與直接輸出的APD 數據之間偏差很小。在現階段設備條件不允許情況下，這種轉換是間接實現ACES的可行思路。但嚴格來說，仍不能算是本征ACES原始數據。

此外，值得注意的是，在ACES技術文檔中所提出的這套ADX 轉換方法僅針對彩色原底片和翻底片，并未給出翻正片、拷貝片和黑白片的轉換方法。但實際修復工作中，檔案影片修復會使用到各種版本的素材。因此，關于這類膠片如何轉換，還需要參照技術規(guī)范進一步研究。

5.2 畫面修復工藝與ACES的銜接

畫面修復方面，ACES的引入對不涉及色彩調整的畫面修復工藝并無實質影響。雖然當前主流軟件不兼容ACES 編碼，但修復工藝仍可通過使用dpx作為容器，只要將編碼方式改為采用ADX 10即可。目前某些膠轉數掃描設備，例如ARRISCAN能以Status M 輸出，經過轉換后可得到ADX 10格式的原始數據。根據我們的試驗，Status M 與柯達Cineon印片密度 （CPD）之間差別并不大，從圖7可以看出Status M 與學院印片密度（APD）之間差別也不大。三者雖有數值差異但在圖像修復過程中可兼容使用，并不影響修復結果。因此，去臟點、修復劃痕、修復抖動等修復工藝可直接使用ADXdpx （10bit）文件格式。在修復后數據輸入到校色環(huán)節(jié)時，再通過調色軟件轉換到ACES編碼體系下繼續(xù)制作。

5.3 畫面校色的流程

畫面校色部分是引入ACES色彩空間概念后需重點調整的工藝環(huán)節(jié)。修復常用調色軟件例如Resolve 16版本已經兼容ACES的整套流程，因此當前可直接將ACES編碼引入修復流程校色環(huán)節(jié)。以Resolve16為例，加入ACES 后修復調色環(huán)節(jié)主要增加了兩個新的操作，即素材輸入轉換 （IDT）和素材輸出設備轉換（ODT）。

（1）素材輸入的IDT

在修復完成的影片數據進入到調色環(huán)節(jié)后，可通過軟件的IDT 轉換成ACES 2065 色彩空間。在IDT 設置中，作為膠片來源的素材應在素材輸入設備轉換中選擇ADX 10，而輸出設備轉換則選擇調色所用監(jiān)視器的色彩空間，比如Rec.709。時間線設置部分，需要在色彩空間選項里選擇ACES 編碼，為了兼容傳統(tǒng)調色習慣，可選擇ACES cc或ACES cct。

（2）調色后交付的ODT

調色完成后，影片數據需要通過輸出設備轉換（ODT）輸出不同交付格式。在這一步驟中，首先要從調色后的文件ACES cc'轉換回ACES'（ACES 2065-1）。然后根據檔案影片數字化修復的交付要求，進行不同格式的交付輸出。在Resolve 16的交付ODT 選項中，可選擇所需的輸出格式和色彩空間。若要對完成片數據進行打包存檔，則應在ACES 2065格式下操作。

5.4 交付格式的增加

如前文所述，在影片修復工藝中加入ACES概念有利于推動整個修復流程的標準化工作，同時ACES色彩編碼也有助于最大化留存膠片影像信息，獲得可標準化存檔數據并使存檔格式可向未來技術兼容。加入ACES概念后對影片修復的交付操作并無直接改變，但交付版本在原有基礎上需增加新格式。

當前檔案影片數字修復流程中，最終交付版本有三部分：修復完成片的DCP包、修復原始數據的DPX 序列幀文件和音頻文件，以及輸出到磁帶。交付文件的色彩編碼主要是709、P3和DCDM。采用ACES進行修復制作后，修復完成影片的交付版本除DCP打包外，還應增加制作存檔數字母版IMF包。交付版本如下，共四種：

（1）修復完成片做IMF打包；

（2）修復完成片做DCP打包；

（3）原始掃描素材做IMF打包；

（4）修復成片輸出到D5磁帶。

IMF全稱為可互操作母版格式，是能夠適應高分辨率、高幀率、高動態(tài)范圍的數字電影新格式。我國目前正在制定的數字電影存檔行業(yè)標準中也是采取了IMF格式。一個IMF 包中同時包含了影片可轉換的所有格式，可為不同應用場景創(chuàng)建不同影片版本。因此，在用ACES制作修復影片后，應使用IMF對ACES 2065下的數據進行打包，形成標準化的檔案影片歸檔體系以及適用于影片未來再利用的存檔文件。另外，交付文件的色彩空間編碼還需增加ACES 2065。

5.5 ACES修復系統(tǒng)性能配置試驗

由于在修復流程中引入ACES編碼體系后，修復過程的數據運算量會大幅增加，對修復系統(tǒng)的數據傳輸性能、運算能力均產生很大壓力。在本次影片數字化修護新技術架構方案制定中，針對4K 分辨率ACES色彩空間下的影片修復流程做了系統(tǒng)配置和技術可行性的驗證。

測試所用修復系統(tǒng)是圍繞聯想P52工作站搭建的一套具有超高存儲速度的待測系統(tǒng)環(huán)境，系統(tǒng)連

圖8 測試系統(tǒng)連接示意圖

接方式如圖8所示。需要說明的是，由于我們現有存儲設備不能支持4K 制作，只能改用SSD 單盤進行測試。由于P920臺式工作站無雷電3接口，為了能夠使用SSD，只能選擇以P52移動工作站搭建測試系統(tǒng)。但從對存儲性能測試中可以看到，目前市面上的存儲盤陣也可達到單盤SSD 的速度。

表2 測試系統(tǒng)配置

表3 測試參數設置表

測試素材使用了4K 分辨率膠片電影 《長江》掃描版，格式為DPX 序列幀。這段素材無論從分辨率還是膠片尺寸上都達到了檔案影片數字化修復工作中可能接觸到的素材最高質量，因此本次測試所得出的結論及系統(tǒng)配置參數，可看作是對4K 分辨率的ACES標準影片修復的技術要求上限。測試軟件使用Resolve 16，并安裝降噪插件Neat Video。測試主要通過實際操作情況考察修復各工藝是否可操作，并通過觀察CPU 和GPU 利用率來分析ACES編碼格式下各修復工藝在數據運算上對系統(tǒng)產生的壓力，從而評估系統(tǒng)配置。

本次測試是利用現有技術條件，僅能驗證ACES編碼體系下檔案影片數字化修復從畫面調色到交付環(huán)節(jié)的流程可行性，而非完整的修復流程。從數據來看，在影片數字化修護新技術架構中引入ACES色彩管理體系在技術上是可行的。目前的修復技術條件，可順利完成素材ACES顏色空間下的一級調色、修復降噪、技巧合成編輯和輸出打包工作。

在聯想P52工作站為核心的此套修復系統(tǒng)配置下，能完成4K 膠片素材在ACES格式一級調色和調色結果的實時播放。AB 條技巧合成、淡入淡出等畫面技巧制作和二級調色操作通過智能渲染也可實現流暢播放。畫面降噪等高運算量修復功能通過代理模式播放同樣可滿足修復使用要求。因此，在實際ACES修復流程的系統(tǒng)配置上可參考本測試配置進行搭建。需要說明的是，本次測試所用系統(tǒng)結構是以移動工作站為中心搭建，并非傳統(tǒng)修復系統(tǒng)架構。若要改換為傳統(tǒng)修復架構所用的臺式工作站，則可將存儲設備改換為中央存儲磁盤陣列，采用雙口16GB 光纖連接。經測試，若使用12塊SAS SSD硬盤組成的RAID 6磁盤陣列，同樣可滿足4K ACES修復所需要的數據傳輸速度。

6 結論

綜上所述，根據研究結果，可認為將ACES引入檔案影片數字化修復流程的技術改造思路從技術角度是可行的。本文中基于現有條件的實測，提出了在ACES編碼下可聯通各關鍵工藝的具體流程方案。ACES提供了與設備無關的色彩編碼體系，可彌補Cineon流程的缺陷，幫助影片數字化修復實現標準化的制作過程并形成向未來兼容的存檔格式，解決現有修復系統(tǒng)中技術指標對設備的依賴，使修復數據能夠準確交付與交換，提高檔案影片修復成片的檔案價值。

但由于技術與設備條件受限，目前只是初步驗證了這套ACES修復流程方案的技術路線，分析其具體實現方法，以達到現階段的影片修復及存檔的標準化目的。但目前掃描設備的限制導致尚不能獲取本征ACES影片數據。對于膠片電影修復存檔的絕對標準化來說，只有獲取本征ACES編碼的影片數據，實現對膠片影像信息的最精準掃描，才是ACES修復流程最終所要達到的目標。為此，本文結合ACES技術規(guī)范所提出的思路，已列出了三種對掃描設備進行改造以獲取本征數據的方法。其具體實現還需要在掃描設備和技術條件都成熟時才能做進一步研究，徹底走通ACES編碼體系下的修復全流程。在此之前，可以采用數據轉換的方法實現ACES工藝流程。

注釋

①該圖來自Academy of Motion Picture Arts and Sciences（A.M.P.A.S.）. A Guide to ACES ［R/OL］.https∶//acescentral.com/t/getting-started-with-aces/1372.2018：P.14。

②定義出自Academy Printing Density（APD）—Spectral Responsivities，Reference Measurement Device and Spectral Calculation：SMPTE ST 2065-2：2012 ［S］。

③該圖來自Academy Density Exchange Encoding（ADX）and the Spectral Responsivities Defining Academy Printing Density（APD）：S-2008-002 ［S］.Academy of Motion Picture Arts and Sciences（A.M.P.A.S.）.2010：P.11。

④Academy Density Exchange Encoding （ADX）— Encoding Academy Printing Density（APD）Values：SMPTE ST 2065-3：2012［S］.The Society of Motion Picture and Television Engineers.2012。

⑤該計算式出自Academy Density Exchange Encoding （ADX）— Encoding Academy Printing Density（APD）Values：SMPTE ST 2065-3：2012 ［S］.The Society of Motion Picture and Television Engineers.2012：P.5。

⑥ISO Status M Density，適用于彩色負片、中間片的密度測量標準。

⑦該數據出自Science&Technology Council Image Interchange Framework Subcommittee. Academy Density Exchange Encoding（ADX）and the Spectral Responsivities Defining Academy Printing Density（APD）：S-2008-002 ［S］.Academy of Motion Picture Arts and Sciences（A.M.P.A.S.）.2010：P.27。