用数学缔造高清王国 —— RED 问题解决者 Graeme Nattress 的专访

本文是一篇对 RED “问题解决者” Graeme Nattress 的专访，原载于《Film and Digital Times》杂志2018年4月号（第87期）。Graeme Nattress 在此次采访中讨论了他对于 8K 分辨率的看法、REDCODE 的处理、MONSTRO 8K 感光器背后的色彩科学等内容，并给 RED MONSTRO 8K VV 的使用者提出了一些建议。

文章来源：http://www.fdtimes.com/
作者：JON FAUER
编译：飞行的塔迪斯



Graeme Nattress 的头衔是“问题解决者”。对我来说，他是“像素大师”，关于这一点，我们会从接下来的讲述中了解到。像其他的 RED 工作描述一样——比如消防局长、特警队、花大钱的人——这些头衔远比它看起来深刻得多。

Jon Fauer：Graeme Nattress 是谁？

Graeme Nattress：我生长于英格兰的东北部。如果你往北走，就在你碰到罗曼墙之前，有个小镇叫做杜伦。我听说，从我还是在婴儿的时候，就会爬到电视机后面去观察电视机是怎么工作的，还把它推倒了。这是发生在黑白电视时代的事情。我一直都对电视机和视觉技术特别感兴趣。我是80年代初家庭电脑的早期使用者。我和电脑制图早在那时候就结下了不解之缘。

你在学校里学过电子技术吗？

我在高中的时候学过一点电子技术。等我上了大学，我就学了数学。那时候有一两节初级电脑制图和动画制作的课程。我在大学的时候，拍过一点小电影和“电视剧”剧集，仅仅是用来自己娱乐和学习的。我们没有钱，预算很低，当时的想法是，“我们有足够的钱去买录像带和给汽车加油去外景地吗？还能剩下一点钱在回家路上去酒吧喝杯啤酒吗？”

让我们快速移动到2018年，说说你为什么拍摄8K电影？

这问题就跟为什么选择任何分辨率来拍摄的原因一样！这要回到光学系统和感光器如何工作，以及我们为何摆脱不了奈奎斯特-香农采样定理（Nyquist-Shannon sampling theorem）上去。混叠看上去糟透了。它破坏了压缩效率。在我的成长过程中，我记得看到电视上的新闻播音员，他们系的领带或穿的西装会在屏幕上乱跳，真是太可怕了。我那时候不知道这是什么原因导致的，但是现在我知道了——这是空间混叠的经典例子。我们在摄影系统中需要高分辨率的原因是为了避免混叠，要处理大量的图像数据。这跟你要如何播放或播放时的分辨率无关。

记得 RED 刚开始的时候，我最初是对使用拜耳模式感光器持怀疑态度的。但是我听说随着分辨率的增加，拜耳模式会变得惊人的高效，看起来效果很好。它极其有效，工作起来异常顺利，甚至会比处理一个超采样图像时的效果更好。

在最初的 RED ONE 上，我们用4K 分辨率拍 4K 电影，因为那是我们最初能做到的最好效果。同时，你可以进行从 4K 到 2K 的降采样处理，它看起来也非常出色。然后我们问，“那种更好呢？”那时候我们用 5K 拍 4K 影片，然后用 6K 拍 4K 影片，现在我们可以进行像素到像素的 8K 拍摄，它看起来棒极了。这实际上比 4K 拍 4K 更好。同样，当你使用降取样处理，8K 也可以拍出色的 4K 影片，当你降到 2K，效果甚至会更好。

我在这里讲个小故事，我带着我一台装有 8K HULIUM 感光器的 EPIC W 去我女儿练柔道的道馆，我想拍一些测试片。能随时出去走一走拍些东西真的很不错。你知道我并不是一个专业的摄影师。我带了错误的镜头，它的光圈太小了，而道馆里的光线非常差。我的选择是跑回家拿几个不同的设备并错过课程或者就这么拍摄了看看会出来什么效果。所以我就拍了，看了拍出来的东西，它在 8K 分辨率下看起来有些美中不足。但是我把它降取样到了 4K 或 2K 时，画面看起来就非常好了。尽管有一些噪点，降取样的处理把噪点变成了颗粒质地，画面看起来很不错。这是一个降取样如何让画面变好的例子。

我们什么时候能在家里看到 8K 电视以及在电影院里看到 8K 放映呢？

我不知道电影院是什么时候。8K 技术在一些亚洲市场已经在销售了。我认为2020年奥运会会为很多人提供一些能够用 8K 分辨率观看的内容，这些内容显然就要出现了。这会比我想象的要快。这个趋势是不可避免的。在标准画质时代HD第一次出现的时候，我们也说了类似的事情。它就发生了。这是不可避免的。

仍有一些人对 4K 持有怀疑，你是如何讨论 8K 的呢？

幸运的是，在这个世纪初的时候，行业中也有个真正的转变。有趣的是，成长过程中，我们习惯认为历史课上讲的“这个世纪初”是指的1901年。现在是指的2001年。电脑变得强大和有用到能够整合视频技术。那时候我们并不是处在同样的视频技术时代和价格结构中。那时候我们用的电脑又大又贵。看看现在电脑的价格、性能、技术、灵活性和易用性发生了怎样的发展吧。在过去17年里，我们在图像质量、技术、灵活性和工作流程速度看到的进步，比整个电视和电影历史上的进步都快。

电脑这方面的发展每天都越来越快、越来越便宜、速度越来越快——比我们能把摄影机的数据率或分辨率提高的速度都快。我们在从中收益的正确曲线上。

我认为，当 8K 被全面采用时，它会比 4K 全面采用时便宜很多，比 HD 刚出现时便宜更多。

我会说这是个有前景的事。双倍的分辨率意味着四倍的数据。不过其他所有的技术都在变好变快。再者，你可以从 8K 摄影机中得到太多好处了。

就算你从没想过要发行 8K 的影片，而是只想发行 2K 的影片，你也会得到所有那些好处。最基本的是，你会得到大量的信息，就像一个优秀的大厨，把这些信息做成一味超级美味的酱汁。它工作起来顺利得不可思议，你会得到非常多的视觉优势——更清晰的画面，真正的锐化而不是边缘增强，更清晰的边缘，不带有阶梯图表和混叠。

你作为一名设计师，是如何处理这些增加的数据率以及 REDCODE 的？

REDCODE 让技术应用成为可能。让我深入解释一下。许多人都害怕压缩。在很多情况下他们有理由这么想。记得当第一个 MPEG 视频出现在 VDC 上的时候吗？你们看到到处都是大方块。这是经过压缩的，看起来很有问题。后来我们有了 DVD，压缩过的视频看起来好多了。现在，蓝光格式也是压缩过的，但是，压缩技术更进一步了。数据率降低了一点，它们就提升到了一个更高的清晰度。

所以，压缩可能很可怕，但并不意味着所有的压缩都是坏的。好的压缩是一种有用的工具。它让整个系统运转起来。很重要的事情是去进行合理的压缩，正确的数量和种类会通过后期制作得以保留。

REDCODE 可以做所有这些事情。如果你过度压缩画面（因为会有一个允许压缩的范围），会发生的最坏的事情就是你会得到一个看起来不坏的一点点柔化。显然它不会变成大量方块，看起来那么丑。它可以做什么呢？它会让你作为一个个体使用者，能够在轻小型摄影机上以 8K 的分辨率记录影像。你可以走出门去拍摄 8K 影片，在一个 MINI MAG 上记录相当长的时间。这些优点在你拍一部大的电影制作项目时也可以体现。你有一台小型摄影机可以去很多狭小空间中拍摄。数据率也可以调整。它们不会限制我们在电脑上的操作。

同时你可以得到所有 8K 分辨率的优势，因为压缩可以通过细微调试而达到视觉无损。你不会注意到压缩对于图像的影响，只能体会到数据率上的优势。从数学上来讲，你可以把未压缩的数据与用 REDCODE 重建过的图像进行比较，你会发现像素的数字亮度会有轻微的不同。但这不是你在视觉上能注意到的，这对我们所做的事情非常有用。我们应该把注意力集中在最后的视觉效果，以及如何实现它——而不是精细的数学细节。

这种压缩会在哪里发生？

REDCODE 压缩发生在模拟到数字的转换之后。在摄像机里有定制芯片来完成它。感光器以模拟的方式捕捉光线。然后，A到D 转换器把它转化成数字信号。有一些前处理程序会确保信号标准化以及正确排序。之后这些信号会经历 RAW 的拜耳模式压缩。首先你并不需要去马赛克。那对压缩效率是有好处的。这也意味着我们必须对压缩进行设计，那样才不会把拜耳模式的像素空间关系弄乱。

当你尝试为图片去马赛克或者反拜耳，在本地像素空间关系上的任何细微算法都会精确推出差值，得到一个效果非常好的高分辨率的精细图像。很重要的一点是，你需要非常认真地设计压缩，在脑海中就要想好图像处理的整个链条。

另一个观察压缩的方法是把这个过程倒过来，想想扩展。假设你有一个用 RED MOSTRO 或 HELIUM 感光器拍摄的 8K 画面，使用 REDCODE 进行10：1的压缩。数据率是可调整的。当你解压那张图片，你就得到了 8K 的分辨率、16bit 的深度。现在，对比一下压缩过的数据率和同样文件大小的未压缩文件——它会有更低的分辨率和比特深度。我认为这它带来的益处是相当大的。

你是 REDCODE 的发明者。能给我们讲讲“世纪交替时期”的简单历史吗？

一切缘起于 Frederic Lumiere 和 Jim Jannard 的一个电话。我当时正在同时为 Frederic 和他的公司 Lumiere HD 写软件。在某个时候，Frederic 推荐了我。那时候正在用拜耳模式进行实验，后来这些工作行成了 REDCODE。

描述一下 REDCODE RAW 和 ProRes 的区别。

它们从概念上就非常不同。REDCODE RAW 是从感光器上压缩 RAW 数据，在那个数据上并没有进行图像处理。它还在处在它的原始状态，仍旧在拜耳模式下。它没有被去马赛克，没有经过色彩处理，没有被放进一个色彩空间，没有应用亮度曲线，那些都没有发生过。

而记录在摄影集中的 ProRes 则是另一回事。你拿到一张经过完全冲洗看起来很好的图像时，你会把它作为与原始数据相反的图像来对待。你要用一个已经设计好了的视频编码来对它进行压缩。

REDCODE 是为了将压缩质量最大化而设计的。所以，它比像 ProRes 这样拥有双重目标的编码需要更长一点的时间来解码。它的双重目标是优质的压缩质量，它也被用于个人电脑上的解压缩速度而设计。这与它的最初用途和来源地相关。这一个是一种后期制作工具。

另一个呢，像我们之前介绍的，是在某个时间点，压缩过的 RAW 摄影机数据，这个时间点是行业中压缩被轻视的时候，你能听到的人们唯一想要的一个词就是未压缩，未压缩，未压缩。我们不得不说服人们，压缩其实是很好很有帮助的，因为它使得一个更大、更高分辨率的图片能够拥有相同的数据率。所以我们要把重点放在绝对压缩质量上，而不是去做双重任务。

给我们讲讲最近的 MONSTRO 8K 感光器背后的色彩科学吧。

感光器和感光器工程是由 RED 的一个团队完成的。这既是科学又是艺术，并不是在纸上做一个完美设计，而是它在物理上和实践上怎样完成，它看起来是什么样的？

我做的事情是处理来自感光器的实际数据。我会先查看去马赛克算法，色彩影像以及校准。我会分析感光器来确定感光度，来将之与我们所有的其他摄像机进行匹配。这会对动态范围的操控产生影响。我会查看图像质感和噪点，看看我们想要怎样的感光器动态范围。这项工作一旦完成，我就会查看色彩影像校准，来精确确定摄影机看到的真实世界颜色的已知值是怎样的，以及我们要如何把它用数学语言翻译回 CIE XYZ 的实际色彩。

当我们对感光器进行亮度和色彩影像校准后，就进入了图像处理流程，我知道你禁止“流程”这个词，但是恐怕这很难避免。所有的 RED 摄影机都有共同的校准方法。当流程为图像处理而设计时，它可以创造漂亮的图像。一旦你得到了校准后的图像，这项艺术就为顾客提供了他们想要的画面。

你是怎么完成这些的？

必须要在数学上准确，还得看起来好看。这二者没法互相保证。你可以制作出看起来很好但数学上很糟糕的图像。你也可以做出数学上很美但看起来很丑的图像。只有当这两者恰到好处时，那才是我要的东西。

你会聚集起一群摄影指导朋友然后在一起讨论你喜欢哪些图像吗？

是会这样的。毫无疑问，有很多不同的转换和算法会影响到图像的不同外观。当我们观察一个单一算法时，我希望得到一些反馈，我绝对是最不适合做这件事的人。想象一下我花了无数个星期、无数个月、无数年，来编写一些新的东西，试图提高画面的外观。我非常倾向于喜欢我做的所有工作，因为我花费了大量时间在上面。我真的会有偏见的。所以我确实会找摄影指导、调色师以及可靠的人来进行测试，让他们提供一些好的反馈。多数情况下他们会说他们不喜欢我做的东西。那时候我就会开始另一轮的工作，换一种方法去解决问题。

其中一件我认为把工作变得棘手的事情是，在任何种类的算法开发中，你通常都能让事情按照你想要的样子来。这就会让一些特别重要的工作中断下来。比如说，你就要得到一个让皮肤色调看起来很好的算法了，一切看起来都很顺利，但是在灯光或 LED 灯的边缘有一个被切掉的高光，这简直要疯了。你不能保留那些。它会在任何环境下都是极大的失败。

既然你是设计了这些东西的人，你对使用 RED MONSTRO 8K VV 摄影机拍摄故事片或广告有什么推荐吗？

有很多不同的方法做事，每次我走进一间后期制作室，他们对视频的处理都有细微的不同，会以他们喜欢的方式来产生这些不同的细微差异。我就是来帮助他们完成工作的。我不会命令他们应该怎样工作。

摄像机是画布，而不是颜料。摄影机使用者们是艺术家。那不意味着我们能避免那些可能会影响到创作方的决定。我们喜欢走到一边，让项目的实际创作者来实现和定义他们的灵感。但并不是每一位 RED 使用者都想那样，所以也有一些必要来使用一些工具和默认选项让他们能够有个最初的印象，好让满足他们项目的基本需求。

你如何与一个谈论柔化图像的摄影指导讨论 8K 分辨率？他会担心某个年龄的演员会抱怨日渐增长的皱纹。你会怎样说服一个可能认为 8K 太贵的制片人？

通常情况下，便宜的东西花费更多——最起码长期看是如此。这里有两个问题。第一个是摄影指导关于分辨率的问题。在标准画质时代，分辨率永远不够高，你几乎不会遇到皮肤或细节的问题。真正的问题从有 HD 的时候出现。HD 本来就是要使画面更锐利，更充满细节，但是来自电视背景的摄影机让锐化出现了。我们知道这一点：它不仅仅是让边缘显得更锐利了，它还会让画面质感和皮肤色调看起来更塑料化。有了更好的、高分辨率的数码电影摄影机，我们拥有的分辨率不需要出现那些细节。你能拍到的画面是自然的、没有加强的，看起来真实并且自然。对于你精心布光和拍摄的场景，你能得到一个非常自然的表现。

对我来说，高分辨率意味着让摄影师在审美上更能动了。他们不必担心分辨率过高，只要你不尝试去得到一个比感光器能够给你的更高的分辨率。

从制片人的角度说，捕捉所有的分辨率和细节是有益的。看看那些有创意的人们做的东西吧。大卫·芬奇为了稳定和视觉效果而使用它，无需妥协地创造出一些惊艳的图像。如果你想用另一种方法来做，如果你想让他的摄影机在拍摄时保持稳定，想象一下将要花费的时间和技术吧。我敢说那远比用摄影机拍摄更高的分辨率花费要多。

就算你拍摄 8K 影片只是为了降取样，那做起来也更容易。边缘会更清晰，视觉效果会更好，分辨率增加了这些好处。

采访了那么久，你肯定很累了吧。

没，我聊起这些事情就会很兴奋。这很有趣，因为我实际上做的很多事情都是在观察错综复杂的编码细节以及数学和公式。不过那不是我真正在做的事情。那只是我表达自己的方式。我真正在做的事情就是我们正在谈论的这些。这是另一个层面的东西。

我们在考虑的是画面，而不是像素。我们考虑的是人们的反映、情绪和感觉，而不是编码值。