Цифровая киносъёмка
Цифровая киносъёмка (англ. Digital cinematography) — процесс захвата (записи) движущегося изображения с использованием цифровых матриц изображения вместо киноплёнки. По мере совершенствования цифровых технологий в последние годы этот подход стал доминирующим. С 2000-х годов большинство фильмов по всему миру снимаются, а также распространяются в цифровом виде[1].
Многие производители вывели на рынок свои продукты, включая традиционных производителей кинокамер, таких как Arri и Panavision, а также новых игроков, например, Red, Blackmagic, Silicon Imaging, Vision Research и компании, которые ранее специализировались на потребительской и вещательной видеотехнике, такие как Sony, GoPro и Panasonic[2].
По состоянию на 2023 год профессиональные цифровые камеры с разрешением 4K примерно соответствуют 35-мм киноплёнке по разрешающей способности и динамическому диапазону. Некоторые режиссёры по-прежнему предпочитают использовать плёночные форматы для достижения желаемого результата[3].
История
Основа цифровых камер — металлооксидные полупроводниковые (МОП) матрицы изображения[4]. Первым практически применимым полупроводниковым сенсором изображения стал прибор с зарядовой связью (ПЗС, CCD)[5], основанный на технологии МОП-конденсаторов[4]. После коммерциализации ПЗС-матриц в конце 1970-х — начале 1980-х годов индустрия развлечений постепенно начала переходить к цифровому изображению и цифровому видео в течение следующих двух десятилетий[6]. За ПЗС последовал КМОП сенсор с активными пикселями (КМОП-матрица)[7], разработанный в 1990-х годах[8].[9]
В конце 1980-х годов Sony начала продвигать концепцию «электронной кинематографии», используя свои аналоговые профессиональные видеокамеры Sony HDVS. Эта попытка не имела большого успеха, однако привела к появлению одного из первых художественных фильмов, снятых в высоком разрешении, — Джулия и Джулия (1987)[10].
Радуга (1996) стал первым фильмом в мире, в котором были широко использованы цифровые методы постпродакшна[11]. Фильм был полностью снят на первую камеру Sony для твердотельной киносъёмки и содержал более 35 минут цифровой обработки изображений и визуальных эффектов; весь постпродакшн, звуковые эффекты, монтаж и озвучивание были выполнены в цифровом виде. Полученное изображение высокого разрешения было перенесено на 35-мм негатив с помощью электронно-лучевого регистратора для кинотеатрального проката.
Первым полнометражным фильмом, снятым и смонтированным полностью в цифровом виде, стал Ветер-лошадь, снятый в Тибете и Непале в 1996 году на Sony DVW-700WS Digital Betacam и полупрофессиональную Sony DCR-VX1000. Офлайн-монтаж (Avid) и онлайн-постпродакшн и цветокоррекция (Roland House / da Vinci) также были полностью цифровыми. Фильм, перенесённый на 35-мм негатив для кинотеатрального проката, получил приз за лучший американский фильм на кинофестивале в Санта-Барбаре в 1998 году.
В 1997 году с появлением рекордеров HDCAM и профессиональных видеокамер с разрешением 1920 × 1080 пикселей на основе технологии ПЗС идея, теперь уже под названием «цифровая киносъёмка», начала набирать популярность на рынке. Снятый и выпущенный в 1998 году фильм Последняя трансляция считается некоторыми первым полнометражным фильмом, снятым и смонтированным полностью на потребительском цифровом оборудовании[12].
В мае 1999 года Джордж Лукас впервые бросил вызов господству киноплёнки, включив в Звёздные войны. Эпизод I: Скрытая угроза кадры, снятые на цифровые камеры высокого разрешения. Цифровой материал органично сочетался с плёночным, и позже в том же году Лукас объявил, что будет снимать продолжения полностью на цифровое видео высокого разрешения. Также в 1999 году цифровые проекторы были установлены в четырёх кинотеатрах для показа Скрытой угрозы.
В мае 2000 года фильм Видок режиссёра Питофа начал основную съёмку, полностью снятую на камеру Sony HDW-F900, а релиз состоялся в сентябре следующего года. По данным Книги рекордов Гиннесса, Видок — первый полнометражный фильм, снятый в цифровом высоком разрешении[13].
В июне 2000 года началась основная съёмка Звёздные войны. Эпизод II: Атака клонов, полностью на камеру Sony HDW-F900, как ранее заявлял Лукас. Фильм вышел в мае 2002 года. В мае 2001 года Однажды в Мексике также был снят в 24 кадра в секунду в высоком разрешении на цифровое видео, частично разработанное Джорджем Лукасом с использованием камеры Sony HDW-F900[14], после знакомства Роберта Родригеса с этой камерой на ранчо Лукаса Skywalker Ranch во время озвучивания Дети шпионов. Менее известный фильм, Русский ковчег (2002), также был снят на ту же камеру и стал первым цифровым фильмом без ленты, записанным на жёсткий диск вместо ленты[15].[16]
В 2009 году Миллионер из трущоб стал первым фильмом, снятым преимущественно в цифровом формате, который получил Оскар за лучшую операторскую работу[17]. Самый кассовый фильм в истории кино, Аватар (2009), также был снят на цифровые камеры, а основная часть дохода в прокате была получена уже не за счёт плёночных, а цифровых показов.
Крупные фильмы[n 1], снятые на цифровое видео, превзошли по количеству снятых на плёнку в 2013 году. С 2016 года более 90 % крупных фильмов снимаются на цифровое видео[18]. По состоянию на 2017 год, 92 % фильмов снимаются в цифровом формате[19]. В 2018 году только 24 крупных фильма были сняты на 35-мм плёнку[20]. С 2000-х годов большинство фильмов по всему миру снимаются и распространяются в цифровом виде[21].[22][23]
В настоящее время камеры компаний Sony, Panasonic, JVC и Canon предлагают широкий выбор для съёмки видео в высоком разрешении. В верхнем сегменте рынка появились камеры, ориентированные специально на рынок цифрового кино. Эти камеры от Sony, Vision Research, Arri, Blackmagic Design, Panavision, Grass Valley и Red обеспечивают разрешение и динамический диапазон, превосходящие традиционные видеокамеры, предназначенные для ограниченных нужд телевещания.
Технологии
Цифровая киносъёмка фиксирует движущееся изображение в цифровом виде по аналогии с цифровой фотографией. Хотя существует техническое различие между изображениями, полученными в цифровой киносъёмке, и видео, термин «цифровая киносъёмка» обычно применяется только в случаях, когда цифровая запись заменяет плёночную, например, при съёмке художественного фильма. Термин редко используется, когда цифровая запись заменяет видеозапись, как, например, при съёмке прямых телетрансляций.
Запись
Камеры
Профессиональные камеры включают Sony CineAlta (серия F), Blackmagic Cinema Camera, Red One, Arriflex D-20, D-21 и Alexa, Panavision Genesis, Silicon Imaging SI-2K, Thomson Viper, Vision Research Phantom, 3D-камера IMAX на базе двух ядер Vision Research Phantom, Weisscam HS-1 и HS-2, GS Vitec noX и Fusion Camera System. Независимые режиссёры с малым бюджетом также используют недорогие потребительские и полупрофессиональные камеры для цифровой киносъёмки.
Флагманские смартфоны, такие как Apple iPhone, также использовались для съёмки фильмов, например, Не в себе (снятый на iPhone 7 Plus) и Мандарин (снятый на три iPhone 5S). В январе 2018 года режиссёр Не в себе и лауреат премии «Оскар» Стивен Содерберг выразил интерес к съёмке будущих проектов исключительно на iPhone[24].
Сенсоры
Камеры для цифровой киносъёмки фиксируют цифровые изображения с помощью сенсоров изображения — либо ПЗС, либо КМОП сенсоров с активными пикселями, обычно в одной из двух конфигураций.
Одночиповые камеры, специально разработанные для рынка цифрового кино, часто используют один сенсор (аналогично цифровым фотокамерам) с размерами, сопоставимыми с кадром 16 или 35 мм плёнки, а иногда (как у Vision 65) — с кадром 65 мм. Изображение может проецироваться на один большой сенсор так же, как и на кадр плёнки, поэтому такие камеры могут оснащаться байонетами PL, PV и аналогичными, что позволяет использовать широкий спектр профессиональной оптики. Большие сенсоры также позволяют этим камерам достигать такой же малой глубины резкости, как у 35- или 65-мм кинокамер, что многие операторы считают важным художественным инструментом[25].
Кодеки
Профессиональные кодеки для записи RAW-видео включают Blackmagic Raw, Red Raw, Arri Raw и Canon Raw[26].[27][28][29]
Видео-форматы
В отличие от других видеоформатов, которые определяются по вертикальному разрешению (например, 1080p, то есть 1920×1080 пикселей), форматы цифрового кино обычно определяются по горизонтальному разрешению. В качестве сокращения часто используется обозначение «nK», где n — множитель 1024, так что горизонтальное разрешение соответствующего кадра «full-aperture» оцифрованной плёнки составляет ровно пикселей. Здесь «K» традиционно означает двоичный префикс «киби» (ki).
Например, изображение 2K имеет ширину 2048 пикселей, а 4K — 4096 пикселей. Вертикальное разрешение зависит от соотношения сторон: так, 2K-изображение с соотношением HDTV (16:9) — 2048×1152 пикселей, с SDTV или Academy ratio (4:3) — 2048×1536 пикселей, с форматом Panavision (2,39:1) — 2048×856 пикселей и т. д. Из-за того, что обозначение «nK» не соответствует конкретным горизонтальным разрешениям для каждого формата, 2K-изображение без, например, звуковой дорожки 35-мм плёнки, имеет ширину всего 1828 пикселей, а вертикальное разрешение соответственно пересчитывается. Это привело к появлению множества видеоразрешений, связанных с кино, что создаёт путаницу и часто избыточно по сравнению с относительно немногими стандартами проекции.
Все форматы, предназначенные для цифровой киносъёмки, используют прогрессивную развёртку, а съёмка обычно ведётся с той же частотой 24 кадра в секунду, что и стандарт для 35-мм плёнки. Некоторые фильмы, такие как Хоббит: Нежданное путешествие, снимались с высокой частотой кадров — 48 кадров в секунду, хотя в некоторых кинотеатрах они также демонстрировались в 24 кадра, что предпочитают поклонники традиционного кино.
Стандарт DCI для кинотеатров обычно использует соотношение сторон 1,89:1, определяя максимальный размер контейнера для 4K как 4096×2160 пикселей, а для 2K — 2048×1080 пикселей. При распространении в виде Digital Cinema Package (DCP) контент letterbox-ится или pillarbox-ится для соответствия этим контейнерам.
В первые годы цифровой киносъёмки наиболее распространённым форматом для крупных фильмов был 2K, однако с появлением новых камер 4K становится всё более популярным. Arri Alexa записывала изображение с разрешением 2,8K. В 2009 году как минимум два крупных голливудских фильма, «Знамение» и Район № 9, были сняты в 4K на камеру Red One, а в 2010 году — Социальная сеть. По состоянию на 2017 год камеры 4K стали обычным явлением, и большинство высокобюджетных фильмов снимаются с разрешением 4K.
Хранение данных
В целом в цифровой киносъёмке используются два подхода к получению и хранению данных.
Лентовые рабочие процессы
При работе с видеолентой запись ведётся на ленту на съёмочной площадке. Затем видео импортируется в компьютер с нелинейной монтажной системой с помощью дека. При импорте цифровой видеопоток с ленты преобразуется в компьютерные файлы. Эти файлы можно монтировать напрямую или конвертировать в промежуточный формат для монтажа. Затем видео выводится в финальном формате, возможно, на кинорекордер для кинотеатрального показа или обратно на видеоленту для телевещания. Оригинальные видеоленты хранятся как архивный носитель. Файлы, созданные монтажной программой, содержат информацию, необходимую для поиска нужных фрагментов на лентах, если данные на жёстком диске будут утеряны. С ростом удобства файловых рабочих процессов лентовые стали маргинальными.
Файловые рабочие процессы
Цифровая киносъёмка в основном перешла к «безлентовым» или «файловым» рабочим процессам. Эта тенденция ускорилась с увеличением ёмкости и снижением стоимости нелинейных накопителей, таких как жёсткие диски, оптические диски и твердотельная память. При безлентовых процессах цифровое видео записывается в виде файлов на носители с произвольным доступом — оптические диски, жёсткие диски или флеш-память. Эти файлы легко копируются на другие устройства, обычно на большой RAID-массив, подключённый к монтажной системе. После копирования данных с площадки на массив носители очищаются и возвращаются для дальнейшей съёмки.
Такие RAID-массивы, как «управляемые» (например, SAN и NAS), так и «неуправляемые» (например, JBoD на одном рабочем месте), необходимы из-за высокой пропускной способности, требуемой для воспроизведения в реальном времени (320 МБ/с для 2K @ 24 кадра/с) или почти в реальном времени на постпродакшне, по сравнению с возможностями одного, пусть и быстрого, жёсткого диска. Такие требования называют «on-line» хранением. Постпродакшн, не требующий воспроизведения в реальном времени (например, для титров, субтитров, версий и других визуальных эффектов), может быть перенесён на более медленные RAID-массивы.
Краткосрочное архивирование, если оно вообще требуется, осуществляется переносом файлов на более «медленные» RAID-массивы (также управляемые или нет, но с меньшей производительностью), где воспроизведение затруднено или невозможно (кроме прокси-изображений), но минимальный монтаж и сбор метаданных возможны. Такие задачи относятся к категории «mid-line» хранения.
Долгосрочное архивирование осуществляется резервным копированием файлов с RAID-массивов с использованием стандартных ИТ-практик и оборудования, часто на магнитные ленты (например, LTO).
Хромасубдискретизация
Большинство систем цифровой киносъёмки дополнительно снижают поток данных за счёт субдискретизации цветовой информации. Поскольку человеческое зрение гораздо чувствительнее к яркости, чем к цвету, цветовая информация с меньшим разрешением может накладываться на яркостную с высоким разрешением, создавая изображение, визуально близкое к тому, где оба параметра взяты с полным разрешением. Такая схема может приводить к пикселизации или «размытию» цвета в некоторых случаях. Высококачественные системы способны записывать цветовые данные с полным разрешением (4:4:4) или RAW-данные с сенсора.
Внутрикадровое и межкадровое сжатие
Большинство систем сжатия, используемых при съёмке в цифровом кино, сжимают материал по одному кадру, как если бы видеопоток был серией отдельных изображений. Это называется внутрикадровым сжатием. Межкадровое сжатие позволяет дополнительно уменьшить объём данных за счёт анализа и устранения избыточности между кадрами. Это даёт более высокие коэффициенты сжатия, но для отображения одного кадра системе обычно требуется декомпрессия нескольких кадров до и после него. При обычном воспроизведении это не проблема, так как кадры идут последовательно, но при монтаже часто требуется быстро переходить к нужному кадру или воспроизводить материал в обратном порядке или с другой скоростью. В таких случаях межкадровое сжатие может вызывать проблемы с производительностью. Кроме того, потеря одного кадра (например, из-за ошибки записи на ленту) обычно приводит к потере всех кадров до следующего ключевого. В формате HDV, например, это может означать потерю до 6 кадров при 720p или 15 при 1080i[30]. Межкадрово сжатый видеопоток состоит из групп кадров (GOP), каждая из которых содержит только один полный кадр и несколько других, ссылающихся на него. Если полный кадр (I-кадр) утерян из-за ошибки передачи или носителя, ни один из P-кадров или B-кадров не может быть отображён, и вся группа кадров теряется.
DCT и DWT-сжатие
Дискретное косинусное преобразование (DCT) — наиболее распространённый метод сжатия данных при цифровой записи и монтаже, включая стандарт JPEG и различные стандарты видеокодирования, такие как DV, DigiBeta, HDCAM, Apple ProRes, Avid DNxHD, MPEG, Advanced Video Coding (AVC) и AVCHD. Альтернативой DCT является JPEG 2000 на основе вейвлет-преобразования (DWT), используемый в Redcode и DCI XYZ видеокодеках, а также для распространения цифрового кино[31].[32]
Цифровое распространение
Для кинотеатров с цифровыми проекторами фильмы могут распространяться в цифровом виде — либо доставляться на жёстких дисках, либо передаваться через интернет или спутниковые сети. Digital Cinema Initiatives, LLC — совместное предприятие Disney, Fox, MGM, Paramount, Sony Pictures Entertainment, Universal и Warner Bros. Studios — разработало стандарты цифровой кинотеатральной проекции. В июле 2005 года была выпущена первая версия Digital Cinema System Specification[33], охватывающая проекцию в 2K и 4K. Также предлагается тестирование на соответствие для кинотеатров и поставщиков оборудования.
JPEG 2000, стандарт сжатия изображений на основе вейвлет-преобразования (DWT), разработанный JPEG в 1997–2000 годах[34], был выбран в 2004 году в качестве стандарта видеокодирования для цифрового кино[35].
Владельцы кинотеатров поначалу неохотно устанавливали цифровые проекторы из-за высокой стоимости и опасений по поводу технической сложности. Однако новые финансовые модели, при которых дистрибьюторы платят владельцам кинотеатров «цифровую плату за копию», помогли преодолеть эти опасения. Цифровая проекция также даёт больше гибкости в показе трейлеров и рекламы, позволяет проще менять фильмы между залами или увеличивать/уменьшать количество залов для одного фильма, а более высокое качество изображения помогает привлечь зрителей, которые теперь могут смотреть HD-контент дома. Всё это сделало цифровую проекцию всё более привлекательной для владельцев кинотеатров, и темпы внедрения быстро растут.
Поскольку часть кинотеатров до сих пор не оснащена цифровыми проекторами, даже если фильм снят и смонтирован в цифровом виде, для широкого проката его приходится переносить на плёнку. Обычно для этого используется кинорекордер, который печатает цифровое изображение на плёнку, создавая 35-мм интернегатив. Дальнейшее тиражирование происходит так же, как и с традиционным негативом.
Сравнение с плёночной киносъёмкой
Разрешение
В отличие от цифрового сенсора, кадр плёнки не имеет регулярной сетки дискретных пикселей.
Определить разрешение при цифровой съёмке кажется просто, но на практике это усложняется особенностями работы сенсоров. Особенно это касается профессиональных камер с одним большим байеровским КМОП-сенсором. Такая матрица не фиксирует полный RGB в каждой точке: каждый пиксель чувствителен только к красному, зелёному или синему, а итоговое цветное изображение формируется с помощью дебайеризации. Обычно реальное разрешение байеровской матрицы находится между «номинальным» и половиной этого значения, причём разные алгоритмы дебайеризации дают разные результаты. Кроме того, большинство цифровых камер (и байеровских, и трёхчиповых) используют оптический низкочастотный фильтр для борьбы с алиасингом; недостаточная фильтрация дополнительно снижает разрешение.
Зерно и шум
Плёнка имеет характерную структуру зерна. Разные типы плёнки имеют разную зернистость.
Цифровой материал лишён этой структуры, но содержит электронный шум.
Цифровой промежуточный процесс и архивирование
Использование цифрового промежуточного процесса, при котором цветокоррекция выполняется в цифровом виде, а не традиционными фотохимическими методами, стало обычным явлением.
Чтобы использовать цифровой промежуточный процесс с плёнкой, негатив сначала проявляют, а затем сканируют в цифровой формат. Некоторые режиссёры имеют большой опыт работы с традиционными фотохимическими методами и предпочитают их для достижения художественного результата.
Фильмы, снятые в цифровом формате, могут быть напечатаны, перенесены или заархивированы на плёнке. Крупные цифровые проекты часто архивируются на плёнке, так как это более надёжный носитель, что выгодно с точки зрения страховки и хранения[36]. Пока негатив полностью не разрушен, всегда можно восстановить изображение, независимо от изменений технологий, так как для этого потребуется только фотокопирование.
В отличие от этого, даже если цифровые данные хранятся на носителе, сохраняющем их целостность, для воспроизведения всегда потребуется специализированное оборудование. Изменения технологий могут сделать формат нечитаемым или дорогим для восстановления. Поэтому киностудии, распространяющие фильмы, снятые в цифровом формате, часто делают плёночные мастер-копии для архивирования[36].
Надёжность
Сторонники плёнки утверждали, что ранние цифровые камеры уступали по надёжности, особенно при съёмке на высоких скоростях или в сложных условиях, из-за технических сбоев цифровых камер. Оператор Уолли Пфистер отмечал, что при съёмках Начала «из шести дублей на цифровую камеру пригодился только один, и он не попал в фильм. А из шести дублей на Photo-Sonics и 35-мм плёнку — все вошли в картину»[37]. Майкл Бэй заявил, что при съёмках Трансформеры 3: Тёмная сторона Луны приходилось использовать 35-мм камеры для замедленных сцен и там, где цифровые камеры страдали от стробирования или повреждались пылью[38]. С 2015 года цифровые камеры практически полностью вытеснили плёнку для съёмки на скоростях до 1000 кадров в секунду.
Критика и опасения
Некоторые режиссёры, такие как Кристофер Нолан[39], Пол Томас Андерсон и Квентин Тарантино публично критиковали цифровое кино и выступали за использование плёнки и плёночных копий. Тарантино заявлял, что может уйти из кино, если не сможет показывать свои фильмы на 35-мм плёнке в большинстве американских кинотеатров. Он считает цифровое кино «телевидением на публике»[40]. Кристофер Нолан предполагал, что переход киноиндустрии на цифровые форматы обусловлен исключительно экономическими причинами, а не превосходством цифрового формата: «Я думаю, на самом деле всё сводится к экономическим интересам производителей и индустрии, которая зарабатывает больше на переменах, чем на сохранении статус-кво»[39].
Ещё одна проблема цифровой киносъёмки — архивирование цифрового материала. Оно оказывается крайне дорогим и вызывает вопросы долгосрочного хранения. В исследовании Американской академии кинематографических искусств и наук 2007 года было установлено, что стоимость хранения 4K цифровых мастер-копий «значительно выше — на 1100 % — чем хранение плёночных мастер-копий». Кроме того, цифровое архивирование сталкивается с проблемой недостаточной долговечности современных носителей: ни один из них — ни магнитные жёсткие диски, ни цифровые ленты — не способен хранить фильм сто лет, как это возможно с правильно хранимой плёнкой[41]. Хотя раньше это относилось и к оптическим дискам, в 2012 году компания Millenniata, Inc. из Юты представила M-DISC, оптический носитель, рассчитанный на срок хранения до 1000 лет, что делает цифровое хранение потенциально жизнеспособным решением[42].[43]
См. также
Примечания
- ↑ Определяются как 200 самых кассовых игровых фильмов