​ALEXA 部分技术中文介绍 让你更深入地了解ALEXA

《ALEAX 分析报告 张新楠》下载地址百度文库http://t.cn/S6saGz 由于国内好多摄影师的英文水平都不高，而ALEXA官网站技术资料都基本是英文的，因此我特意花了两周的时间，将官网上的一些资料归纳整理翻译了一下，做成这个PDF 希望能够帮到大家

由于文档很长，网站上可能有些图片会遗漏掉，排版也很糟糕

建议有需要的朋友移步到百度文库查看下载PDF文件

百度文库http://t.cn/S6saGz

ALEXA 部分技术中文介绍

前言：

本文介绍了ALEXA摄影机的若干技术要点并对使用中的常见问题作出了原理性的解释与分析。本文的技术资料与图片来源于ARRI官网的官方介绍、ALEXA4.0与ALEXA5.0说明书、ALEXA FQA。技术名词的解释来源于维基百科、百度百科。对一些技术问题的理解参考了其他数字电影摄影机介绍文件。

请注意本文不是官方说明文档，而是对ARRI官方网站的ALEAX技术介绍的翻译与综合。具体技术参数可能因不同的固件版本和说明文档来源不同而有所出入，所有的技术参数请参照当时的ALEXA摄影机说明书本身或咨询ARRI公司。

本文已力求精确，但由于时间与本人水平有限，无法将ALEXA的所有技术都统揽于此文，文中还很可能有不少纰漏与理解有误的地方，翻译的字眼也不甚精确，请读者见谅。如果你发现有任何的错误，欢迎电邮至 a_b.c@qq.com 指正。

参考文档列在本文末尾。

概述：

ALEXA是德国ARRI公司生产的高清数字电影摄影机系列，包括ALEXA、ALEXA PLUS、ALEXA

M、ALEXA STUDIO。ALEXA支持PL卡口镜头，拥有超35mm大小的3.5K的传感器，提供2K标准基于Apple ProRes编码的数字影像输出以及ARRI独创的ARRI RAW无损格式输出。它拥有大于十三档的超高宽容度①，以及最高十二比特的色彩位深。ARRI将ALEXA定位于高清电视、广告、中低端电影、3D电影的层级。

传感器：

ALEV 3型CMOS传感器 ：

两大优点：

1.　　　超大像素点

2.双重增益架构（Dual Gain Architecture (DGA)）

一般来说，像素点越大，能吸收的光就越多，噪点就越低。

双重增益架构的原理：

第一重增益提供传统的、高放大的信号，而第二重增益提供低放大的信号从而重新获得被高增益所忽略的信号。

两重增益的信号都会被送进摄像机的模拟数字转换器，每路信号都给每个像素输出14bit的信息。这两路信号会被合并成16bit的宽动态范围图像。

在最终图像里，暗部区域会从高增益的部分中重建，而高光的信息会从低增益的范围里得到。因此这个方法能显著地增强摄像机在暗部的表现以及在高光时保留更多的信息。

传感器上所有的像素：超过3392*2200 （包括一些用于定位和其他目的的像素）

所有可用于捕捉图像的像素：3392*2200

实际记录像素加上四周额外显示的像素 3168*1782，使用26.14*14.70mm的传感器面积

实际记录的像素 2880*1620（16:9），使用23.76*13.37mm的传感器面积

当使用ARRIRAW T-link输出时所有的2880*1620（16:9）会被记录下来，通过后期进行下变换。

当使用ProRes和HD-SDI输出时，2880*1620（16:9）会进行1.5倍的下变换到1920*1080（HD）进行记录。

使用ALEXA studio的光学取景器能取得比电子取景器更宽广影像。

下图具体说明各种画幅参考线相对于传感器的大小。

传感器的基础感光度为800ASA，在这一基础感光度下拍摄能得到最大的宽容度。此外支持160-3200ASA的宽容度可供选择。当你将感光度调低，它会增加暗部的宽容度，而减少亮部的宽容度，同时尽量保持低噪点的表现。反之亦然。

曝光与宽容度

1.

改变EI（Exposure Inedex）曝光索引不会改变曝光的宽容度

2.

这里有个细节，ARRI并不是用ASA标注所谓的“感光度”设定，而是用EI（Exposure Inedex）曝光索引这个词。对于数字摄影机，其感光元件的感光能力是固定的。当摄像机的EI值改变，他会偏移18%灰的位置，EI值提高，他记录更多的高光，反之，他让14档宽容度向下偏移，取得更多的暗部细节。

3.

但是对于Log C 、Rec 709以及 DCI P3的记录模式下，由于其记录本身的问题，他们在EI160会损失0.5档、EI 200时损失0.4档、EI 400时损失0.2档。但对于ARRI RAW图像，他们的宽容度都是一样的。

可以通过如下的伪彩色图判断曝光

视频输出

1.

ProrRes压缩

2.

ARRIRAW

3.

D-SDI输出到外置记录设备

注意，所有的输出中的声音都是无压缩的。

ProrRes压缩

编码器

颜色空间

位深

24帧时的码率

以24帧拍摄时的大约数据大小

32G卡的最小记录时间

32G卡的最大帧率

64G卡的最大帧率

应用范围

ProRes 422 Proxy

YCbCr

10

36 Mbit/s

16 GB/h

1 h 43 min

60

120

当另有额外的记录单元记录高画质时用于生成低画质的代理文件用于剪辑

ProRes 422 LT

YCbCr

10

82 Mbit/s

37 GB/h

46 min

60

120

基本同上，代理文件画质较高

ProRes 422

YCbCr

10

117 Mbit/s

53 GB/h

31 min

60

120

无须后期制作的电视节目标准

ProRes422 HQ

YCbCr

10

176 Mbit/s

79 GB/h

21 min

60

120

需要后期制作的高质量电视节目

ProRes 4444**

RGB

12

264 Mbit/s

119 GB/h

13 min

40

60

高质量的电影与电视节目，进行大量的调色

注意：如果所拍摄的第一帧画面是黑场，Final Cut Pro（FCP）在实时回放时会报错。

下图是支持QUICKTIME PROGRES的软件列表：

ARRIRAW

ALEXA

的ARRIRAW与D-21的ARRIRAW的区别

D-21的ARRIRAW文件

1.

固定的白平衡

2.

EI值可后期调整

3.

2880*2160像素（4:3）以12bit的线性方式记录

ALEXA 的ARRIRAW

1.

可后期调整的白平衡

2.

EI值可后期调整

3.

2880*1620的像素（16:9）以12bit log文件的方式记录（log文件能更好地记录ALEXA的高动态范围）

上述的两种文件都通过ARRIRAW T-link 转换。两个文件格式特意设计得非常接近，因此在后期调整时只需做小量的校正便可使D-21和ALEXA的画面相匹配。

同时，记录模块和后期软件能够从ARRIRAW中媒体数据中分辨出两个机器的差异来，因此后期的自由度是很大的。

以后很可能有新的更好的ARRIRAW格式出现。

后期支持软件

使用ARRI公司的ArriRaw Converter (ARC)能够将ARRIRAW文件在Windows、liux和Mac OS系统下进行重组。另外，也可以使用下图所示公司的产品进行后期的创作。有的软件内含了ARRIRAW SDK软件包，支持ARRI自己的拜耳与颜色算法。

记录单元

由于ARRIRAW的数据量很大，因此需要稳定的记录单元进行记录。ARRI给符合要求的记录单元颁发了ARRIRAW记录证书。下图是ARRI推荐的记录单元设备及相应的技术参数：

色彩模式

1.

Log C (电影矩阵关闭film matrix off)

2.

Log C (电影矩阵开film matrix on)

3.

Rec

709

4.

DCI

P3

对于摄像机而言，并没有它所不能拍摄下的颜色，因此谈论摄像机的色域并没有实际意义。但对于显示器而言，它所能表现的色域是有限制的，显示器无法表现它的色域以外的颜色。而色域是由三原色在色域空间里的位置所决定的。因此必须告诉摄像机所用的色域空间，以便于将色彩进行编码。如今比较重要的是REC 709和DCI P3标准。这两个标准的三原色位置不一样。

Log

C (电影矩阵关闭film matrix off)

Log C (电影矩阵关闭film matrix off)能记录宽色域范围，最大限度地为后期调色提供空间，但它并不是为直接观看而设计的，因此它的影像反差低而且饱和度低。因此在后期时必须套用LUT（颜色查找表）再进行观看。

Log C (电影矩阵开film matrix on)

Log C (电影矩阵开film matrix on) 在Log C的基础上应用了一个颜色矩阵，这使得产生的图像与传统的胶片比较接近，这能提高传统胶片调色师的效率以及更好地与胶片素材相匹配。不过与Log C (电影矩阵关闭film matrix off)相比，它会略微地减少色域宽度。

Rec 709

Rec 709是国际电信联盟为图像与视频显示而指定的国际标准，因此在观看时无须应用LUT（颜色查找表）。他能够在损失少量的色域空间的情况下保持ALEXA的高宽容度与电影感强烈的影像质感。他也是进行快速后期制作的基础。

DCI P3

DCI P3 也称（SMPTE 431-2）标准，它是数字投影仪以及大量的LCD显示器的标准。它在编码与颜色映射上与REC 709类似，但他的色域空间接近与印片用胶片。使用DCI

P3能够在不用颜色查找表（LUT）的情况下直接看到最终在放映端（应用此标准的投影仪）出现的效果。

下图为Log C的曲线图的大致形状。在Log C曲线里，其很大范围内随着曝光量变化，其电平值的变化幅度是恒定的。它曲线的形状与胶片负片很接近。其具体的曲线以及最高值会根据感光度的变化而变化。（人眼对曝光的判断也是以对数方式感知的）

下图为Rec 709的曲线形状，使用Rec 709可以用这一曲线作为LUT套用在Log C数据上。使用这一维的LUT能够使画面的灰度等级变为正常，但要使所有的颜色都以正常的方式显现，就必须加载3D-LUT，将三原色各自的LUT都加上去。

数据记录

数据记录过程

1.

在曝光的一瞬间，ALEXA的十四档宽容度传感器捕捉到16 bit的图像，并进行迅速地内处理。

2.

信号将会以12 bit 的ARRIRAW, 10 bit HD-SDI, 12 bit ProRes 4444以及10 bit ProRes代理进行输出。

3.

ALEXA在输出之前会建立一个映射表，将拍摄图像的全体曝光范围从高位深映射到低位深。整个的亮暗反差会被完整地保留下来，但会降低亮度层级数量。

4.

如果拍摄的图像中亮暗反差的档数不足，画面会显得条带状。不过一般来说，10bit的图像通常都已足够避免条带状的出现。

下图说明了如何从高位深映射到低位深的过程

在LOG

C里每一档拥有多少个色阶？

Log C 即 Cineon log。摄像机以10bit的 logC 记录时，在18%灰以上的部分大约每档有80个色阶。传统的 Log C文件基于传统彩色负片的反差设定约0.6的 gamma值，因此在每档里大约有90个色阶。但由于宽容度的提高，先进的彩色负片的反差系数也降到了0.6以下，因此如今的

Log C文件的

gamma值低于0.6，这使得宽容度提高，但每档的色阶数减少（每档内细腻的层次变化减少）。

18%灰卡应该在ALEXA 的REC709里的什么位置？

18%灰在REC 709标准下大约是38%，不过需要注意的是，对于数字摄影机，每一档所拥有的色阶数是不一样的，因此并没有固定的公式供你准确地判断上两档或下两档的具体位置。不过可以参考下面这个表格。

随着曝光索引（EI）值的变化，它们会有1-3%的偏移。另外，不同的镜头和对焦距离也会轻微地影响具体的电平值。

ALEXA在记录电平值时所使用的标准和扩展标准

根据SMPTE

274M 8.7标准，ALEXA在10bit模式下的RGB色彩模式下使用64-940，在YCbCr中的Y使用64-960，Cb和Cr使用64-960。

根据SMPTE 274M 8.12标准（扩展范围），在RGB和YCbCr中使用4-1019的值。

色温

与拥有基准感光度不同，ALEXA并没有所谓的基准色温值，但有最佳画质色温值（5600k），当然，由于ALEXA用于非常低的噪点水平，当色温值在3200k到5600k变化时，它的噪点变化会非常不明显。因此考虑色温时可忽略其对画质的影响。

详细地说，胶片为了达到某一特定的色温值，需要用化学方式平衡三个感色层的感色能力。对于一款指定的胶片，它的色温是固定的。

对于数字摄影机，当一束光线射入时，它会经过红外截止滤镜（IR）、低通（low pass）、紫外截止滤镜（uv）、光电池、拜尔滤色镜（Bayer）、图像后处理这几个过程。除此之外，摄影机还要解决高敏感度、高动态范围和低噪声的问题。这些是衡量一个数字摄像机感光元件的好坏的标准。

由于无法给每个色温固定一块传感器，也没法改变传感器本身的感色能力，在数字后处理的部分，摄影机则必须平衡对R、G、B三个电平的增益水平，以达到特定的色温。

由于色温不是偏红就是偏蓝，ALEXA给R、B不同的系数，以达到指定得色温值。若加上CC偏移值，则ALEXA给R、G、B三个值不同的系数。

有意思的是，尽管在5000K时偏红与偏蓝的量是相等的，但在算术上，依然是5600K时拥有最低的噪点水平。

照片风格

在升级到4.0的固件以后，可以使用一个基于苹果系统的软件——ARRI Look Creator.来创建自定义的照片风格（ARRI Look Files）。照片风格（ARRI Look Files）是基于XML文件的，它能让你修改曲线、颜色偏移等。

在创建完照片风格后，你可以通过SD卡将文件导入到ALEXA里面。你可以单独地设定每个输出端所应用的色彩模式与照片风格。比如你在SxS卡里记录LOG C文件，但在监视器输出时应用照片风格。

不过，一旦你在输出时使用了照片风格，色彩信息就会被记录下来，在ARRIRAW文件里也会镶入照片风格。

叶子板

电子式与机械式叶子板

只有ALEXA Studio 拥有机械式叶子板。对于没有机械式叶子板的ALEXA，它采用顺序扫描的方式记录信息（类似于电视扫描），虽然它的扫描速度非常快，但还是有可能造成“果冻效应”（快速移动摄像机时拍摄的画面是倾斜的）以及闪光灯只在一半的画面里出现等问题。

ALEXA Studio可采用电子叶子板或机械叶子板。在机械叶子板的模式下，当叶子板处在张开位置时，整个CMOS曝光，得到的信息以原始电荷的方式保存，叶子板遮挡CMOS时，再读取刚刚的电荷信息。这样就能得到跟传统胶片摄像机一样的曝光方法。

不管用哪种方式的叶子板，ALEXA建议你选择与胶片摄像机时代一样的快门速度，相同的快门速度拥有几乎一模一样的画面效果。

叶子板与寻像器的频闪

当使用机械式叶子板，如果你关闭了寻像器的平滑模式（Smooth mode），在设置比如每秒24格这样的低帧率时，很容易会观察到有闪烁感。先进的EVF-1取景器会让这一闪烁显得更为明显。但好处是当进行平移或者跟踪一个移动的物体时，摄影师能观察到可接受得最大移动速度（而不使人晕眩或者感到有钝挫感）。并且由于在寻像器里看到的频闪感是最强烈的，在监视器和投影上频闪感会减弱，因此这可以“最糟糕的情况”的参照。

在开启寻像器的平滑模式（Smooth mode）后，传感器会以设定值的两倍进行拍摄同时叶子板的开口角也会是原来的两倍，比如原来是24fps和180度的开口角，此时会变为48fps和358度（由于机械设计问题，最大只能到358度而不是360度，不过他们的区别很小）。

由于你每秒看到的画面变多了，因此频闪效果会消失，图像在寻像器里显得更平滑。当图像进行处理时，他们会被混合和记录下来，因此你拍摄的图像依然是24fps/180°。不过由于他需要双倍的处理，因此平滑模式只能在最大帧率的一半以及最大开口角的一半下开启。同时他会需要额外7W的电量。

镜头支持

1.

所有的标准PL接口镜头

2.

除ALEXA studio外，支持Optimo DP 变焦镜头

3.

允许使用1.3倍或2倍的变形宽银幕镜头

4.

对于ALEXA 和ALEXA plus，建议使用16:9模式拍摄，使用1.3倍变形镜会获得更好的影像质量和更低的噪点

5.

对于ALEXA M 和ALEXA Studio，建议使用4:3的模式用2倍变形镜拍摄

6.

ALEXA 和ALEXA Plus，你可以购买软件许可让你在寻像器和监视器上看到经过变形校正的图像，ALEXA studio 自带变形校正功能

镜头数据系统

通过显示相关的镜头与摄像机数据，镜头数据系统(Lens

Data System)能极大地节省拍摄时间与金钱。典型的镜头数据系统由ARRI摄影机、镜头数据显示器、支持镜头数据系统的镜头三部分组成。

它能够实时显示景深范围显示，并能将摄影机与镜头的相关信息传输到焦点员的镜头数据显示器上，焦点员可以通过这些信息来更好地控制摄像机。另外，它还有有外置距离测量仪接口，可以更方便地量度距离。

内置滤光镜

在传感器前面，内置一组低通滤光镜，包括：光学低通滤镜、红外切割滤镜、紫外切割滤镜。

光学低通滤镜是由高性能的晶体制造而成，它能够阻挡高频图像信号。高频信号在传感器捕捉下容易形成摩尔纹。低通滤镜平衡感光对象的空间频率、传感器的像素大小以及向下取样算法（down-sampling

algorithm）。通过低通滤镜，能在2K与HD模式下形成自然而超级锐利的图像。

红外与紫外滤镜让特定波长的光通过，避免多余的光影响成像。其中红外滤镜是根据摄像机传感器特制的，因此不需要在镜头前在外加红外滤镜。

外置滤光镜

1.

在摄影机前不宜使用传统的单独ND减光镜，因为这种滤光镜会削弱大部分的可见光，但对红外光的削弱却较弱，这会影响数字摄影机的成像，导致在合成纤维物上有偏红或偏棕色的情况。

2.

推荐使用内建红外截止滤波的ND减光镜。

3.

建议使用ND 0.9以下的滤光镜。

4.

不建议使用彩色色温校正镜及CC滤色镜，因为他们会削弱光线，改变光谱成分，使噪点增加。同时特定的滤光镜对应特定的感光特性曲线，而传感器的感光反应与胶片不同，因此很可能起不到一样的效果。

5.

建议使用数字内置的白平衡功能以及CC滤色偏移。

电源

ALEXA能够接受10.5-34 V D直流电，ALEXA本身的工作电压是24V，使用24V能达到最有效的电池效率。

尽管使用12V和30V的电池能工作，但因为12V的电压很容易过低使机器停止工作，而30V的电压很容易超过34V的上限，因此不推荐使用。

ALEXA机器以及寻像器的功率大约为85W，因此电源应当提供90W以上的输出功率。如果要外接设备，则最好有100W以上的功率输出。

由于电量监控装置会显著地减少电池寿命，因此ALEXA不提供电量监控功能。

显示器输出（MON OUT）与记录输出（REC OUT）

显示器输出MON OUT 只能选择4:2:2 (单链路 1.5G) @ 23.976, 24, 25, 29.97 和30 fps。但显示器输出能加上宽高比参考线、摄像机信息、额外的画面信息，但这些信息是不需要在记录输出里出现的。如果你把这些信息都关掉，显示器输出（MON OUT）与记录输出（REC OUT）拥有一样的影像质量。

无线遥控

对于ALEXA（非Plus），可以通过“RS-4 switch”或者无线遥控系统（Wireless Remote System (WRS)）来进行无线遥控。当使用无线遥控系统时，UMC-3A

或者 UMC-3 模块必须加载到ALEXA机身上，以便无线主机（Wireless Main Unit，WMU-3）或无线协作单元（Wireless Compact Unit， WCU-3）能够遥控ALEXA的录制功能。

无线协作单元（Wireless Compact Unit， WCU-3），使用(0.80m/2.6ft) K-UMC3-ALEXA, K2.65239.0.缆绳连接，他能够提供遥控录制以及基本信息的遥控显示。

对于无线主机（Wireless Main Unit，WMU-3），K-UMC3-RS (KC-98S, K2.65014.0, 0.53m/1.7 feet)，则只能提供遥控录制的开关，而没有基本信息的遥控显示。

注意，当遥控模块正在录制时，他们会亮起绿色的LED灯，当他们待机时则不会亮灯，这一点不同于ALEXA本身（待机时绿灯，录制时红灯）。

对于ALEXA Plus，遥控单元已被内置在里面，因此无需使用无线主机（Wireless Main Unit，WMU-3）或无线协作单元（Wireless Compact Unit， WCU-3）。

另外有遥控控制单元单独出售，他能够遥控设定ALEXA 和 ALEXA Plus的所有设定。

耳机

请不要在正在录制的时候插上耳机，因为突如其来的静电很可能会使录音短暂地中断（会自动恢复），导致部分音频丢失，因此ARRI建议你在不录制的时候插上监听耳机。

时间码

显示器上的时间码会因为机器的自我检查而有所延迟，但实际的时间码会是准确的。

高空飞行的问题

理论上，长时间在高空飞行拍摄会造成玻璃变透明变脆而容易损坏，但造成这种危害需要数年乃至数十年的时间。

同时，对于传感器而已，暴露在高空中也可能因为电离粒子打击传感器而造成像素点的损坏。不过，从来没有摄像机发生过这种事故。因此摄影师Stephen Stough,认为并不需要为短时间高空拍摄时对摄影机作任何额外的保护。

温度与风扇噪声

在过热或者过冷时机器需要一定的时间来回复到正常的温度，35度（在热带模式下40度），因此在过冷环境下你需要等几分钟才能正式录制。

使用热带模式只会改变机器内部的冷凝设置，不会影响图像质量和机器噪音。

在普通模式下，当环境温度低于30度时，风扇的噪音将保持在20分贝左右，当机器温度超过30度并不断上升时， ALEXA会缓慢增加风扇的转速，从而产生更大的噪音。

如果在极端热的地方（超过30度）拍摄，又需要进行同期录音，可以选择“录制时低噪音”（REC LOW）模式，ALEXA会在待机和回放时用最大速度的转速来运行风扇预冷，并在录制时尽可能长时间地降低风扇转速，不过如果在录制期间依然达到了最高限制温度，风扇依然会提高转速。

ALEXA的设计允许你在零下20度的时候进行拍摄，但在比这更低的温度下，人呼吸时所产生的气体会凝结在取景器上甚至在上面结冰，因此建议使用能加热的寻像器眼罩。同时，在极端寒冷的时候保持电池的温度很重要，因为在低温环境下电池会耗得极快。

下雨与水下拍摄

由于在ALEXA上覆盖塑料等防水物品会把风扇挡住，从而影响散热。因此如需长时间在雨中环境使用，推荐使用ALEXA特制的防雨罩

(ALEXA Rain Protector ARP-1, K2.72026.0)。

而在防水罩中进行水下拍摄时，一般来说水温即可使机器保持适合的问题，如果水温太热，可以把温度模式调整为热带模式。

①

在ALEXA比较早的说明书里是写十三档，但当RED公司推出新一代RED摄像机后，ALEXA将网站的说明改成了十三档半，而如今在ALEXA的官网上，显示的是十四档

主要参考文档：

ALEXA常见问题回答

http://www.arri.com/camera/digital_cameras/learn/alexa_faq.html

Log C与REC 709

http://www.arri.com/camera/digital_cameras/learn/log_c_and_rec_709_video.html

ALEXA的颜色编码

http://www.arri.com/camera/digital_cameras/learn/alexa_color_processing.html

ALEXA manual 4.0

http://www.arri.de/?eID=registration&file_uid=7883

ALEXA SUP 5.0 User Manual

http://www.arri.com/?eID=registration&file_uid=8078

ALEXA FAQs SUP 5.0 FAQs

http://www.arri.com/?eID=registration&file_uid=8150

REC 709

http://en.wikipedia.org/wiki/Rec._709

ALEXA技术概览

http://www.arri.com/camera/digital_cameras/technology/technology_overview.html

还有其他比较琐碎的资料分布在

http://www.arri.com/camera/digital_cameras

2012/1/5