CDL的原理及其在影視制作中的應用

劉 涵 顧曉娟

(北京電影學院 中國電影高新技術研究院，北京100088)

1引言

電影作為聲畫的藝術，畫面是傳達藝術想法最直接的要素，而影像色彩是電影敘事的重要手段。在傳統(tǒng)的膠片電影時代，一部電影的影像色彩主要是由攝影指導和后期配光師來決定的，創(chuàng)作者在前期拍攝階段無法馬上看到最終的影像呈現(xiàn)結果。隨著數(shù)字電影技術發(fā)展至今，數(shù)字電影所見即所得的特性為影視工作者帶來了更大的創(chuàng)作空間，主創(chuàng)人員在現(xiàn)場就能夠對最終的影像色彩風格進行把控。

一部電影的完成離不開無數(shù)后期工作者的努力，將主創(chuàng)人員在前期拍攝時對影像色彩風格的想法準確、高效地傳遞給后期制作人員以使得最終的影像呈現(xiàn)貼近于前期創(chuàng)作者的初衷，是當代影視工作者需要追求的目標，也是CDL誕生的意義。

本文對CDL的工作原理進行了總結，通過數(shù)學推導分析了CDL對線性影像和對數(shù)影像的不同調整作用，并對CDL和LUT的不同特性和用途進行了比較。最后，對CDL在影視制作流程中的應用進行了總結。

2 什么是CDL

2.1 CDL的誕生

電影攝影指導作為影像的創(chuàng)作者，不僅要決定攝影構圖、燈光以及攝影機運動，還要對整個影像色彩風格進行把控。進入數(shù)字電影時代后，隨著攝影機技術的進步，為了能夠記錄并保留更多的影像信息，各大廠商紛紛推出了各自的RAW文件記錄格式，這意味著攝影師在拍攝時對攝影機內部做的任何非光學調節(jié)都將作為元數(shù)據存儲，而不能直接改變攝影機存儲的影像，最終的影像色彩風格是由后期調色師對源素材進行色彩調整決定的。多年來，攝影指導只能在拍攝工作結束后通過拍攝筆記、現(xiàn)場照片等方式與調色師進行溝通，這種溝通方式往往不能讓調色師準確、直觀地理解攝影指導的創(chuàng)作意圖，工作效率也極其低下。

美國電影攝影師協(xié)會(ASC)作為一個旨在促進電影攝影藝術的機構，為了讓攝影指導對影像色彩風格的創(chuàng)作意圖更準確、高效地傳遞給后期制作部門，于2007年制定了一種新的色彩交換格式——CDL(Color Decision List)，全稱為ASC CDL，中文直譯為色彩決策表。CDL可以在不同廠商生產的設備和軟件之間交換基本的RGB顏色校正信息。無論在哪種調色系統(tǒng)中應用CDL，都能夠以相同的處理算法得到同樣的影像結果，正是這一特性使得CDL成為傳遞創(chuàng)作者色彩意圖的橋梁。

2.2 CDL的工作原理

類似于記錄每個鏡頭出入點等編輯信息的剪輯決策表EDL，CDL記錄的是每一個鏡頭畫面的調色信息。CDL的傳遞函數(shù)由四個基本函數(shù)組成，其中前三個基本函數(shù)slope(斜率)、offset(偏移)和power(指數(shù))分別作用于R、G、B三個顏色通道，可以用9個參數(shù)來描述。第四個基本函數(shù)Saturation能夠同時作用于RGB三個色彩通道，用于調整影像的整體飽和度，用第10個參數(shù)描述。這10個參數(shù)決定了CDL的四個基本函數(shù)如何作用于影像的RGB值。以下為CDL各個基本函數(shù)的計算原理，這里我們令input為輸入信號，output為輸出信號：

(1) slope

圖1 slope函數(shù)的計算原理

圖2 offset函數(shù)的計算原理

output=input*slope，如圖1所示，slope參數(shù)在不改變黑電平的情況下影響函數(shù)的斜率，slope參數(shù)的值為大于或等于0的數(shù)，默認值為1。

圖3 power函數(shù)的計算原理

(2) offset

output=input+offset，如圖2所示，offset參數(shù)影響函數(shù)的上下平移，offset參數(shù)的值可以為正數(shù)也可以為負數(shù)，默認值為0。

(3) power

output=input^power，如圖3所示，power參數(shù)的值為大于0的數(shù)，默認值為1。

以上三個基本函數(shù)共同構成的計算公式為：output=(input*slope+offset)^power。

從該公式就可以看出這三個基本傳遞函數(shù)的計算順序： slope、offset、power(也可縮寫為SOP)。saturastion在這三個函數(shù)之后參與計算。

(4) saturation

saturation函數(shù)同時作用于RGB三個顏色通道，它采用Rec.709加權法對各個顏色分量進行計算。

3 CDL對線性影像和對數(shù)影像的調整對比

現(xiàn)如今影視制作環(huán)節(jié)中主流的高質量影像文件格式采用的大多是線性編碼和對數(shù)編碼方式，我們可以將這兩種編碼方式的影像分別稱為線性影像和對數(shù)影像。線性影像記錄的是真實場景的光照信息，影像的碼值和真實場景亮度呈線性比例關系；而對數(shù)影像的碼值和真實場景亮度呈對數(shù)關系。視效制作中常用到的OpenEXR文件采用的就是線性編碼方式，各大攝影機廠商制定的各種log模式以及膠片掃描的cineon文件采用的就是對數(shù)編碼方式。

相同的CDL參數(shù)作用在不同編碼方式的影像上起到的調整效果是不同的。本文主要就CDL各個參數(shù)對以上兩種編碼方式的影像起到的調整作用進行對比分析。

令x為線性影像的單通道碼值，x為對數(shù)影像的單通道碼值，I為場景單通道亮度，I為最終顯示亮度。線性影像、對數(shù)影像單通道碼值與真實場景亮度有如下關系：

x～I

(1)

x～klogI+a

(2)

其中k、a為常數(shù)，～表示左右兩式成比例關系。

在實際制作中，我們都會將線性影像和對數(shù)影像通過色彩管理映射到最終的顯示設備上，以還原真實的場景。為了便于描述，我們假定最終的系統(tǒng)gamma為1，如圖4所示。

圖4 顯示器亮度還原過程

從圖中可以看出，最終的顯示亮度I和真實場景亮度I成線性比例關系：

I～I

(3)

由(1)、(2)、(3)式我們可以得到：

(4)

顯示亮度I決定了影像亮度、對比度(影像對比度指的是影像畫面中兩個不同部位的明暗比)，因此我們可以通過影像碼值的改變判斷CDL對影像的作用效果。通過上文分析，我們可以推導出CDL參數(shù)作用于對數(shù)影像和線性影像前后的亮度及對比度公式，如表1所示(其中x是影像中任意像素點的碼值，x和x指的是影像中任意兩個像素點的碼值，s、o、p指的是CDL的slope、offset、power參數(shù)值，k、a為常數(shù))。

從表1我們就可以看出，CDL對線性影像和對數(shù)影像的作用效果是不同的。圖5和圖6分別為CDL對線性影像和對數(shù)影像的調整前后對比圖(影像調整后都經過了色域映射)。

圖5 CDL對線性影像的調整對比

圖6 CDL對對數(shù)影像的調整對比

對于線性影像，slope能夠調整各顏色通道的亮度，而不改變對比度，如圖5(b)；對于對數(shù)影像，slope能夠同時調整各顏色通道的亮度和對比度，如圖6(b)。

對于線性影像，offset能夠同時調整各顏色通道的亮度和對比度，如圖5(c)；對于對數(shù)影像，offset能夠調整各顏色通道的亮度，而不改變對比度，如圖6(c)。

power能夠同時調整線性影像和對數(shù)影像各顏色通道的亮度和對比度，但相同的power參數(shù)對他們的調整幅度是不同的，如圖5(d)和圖6(d)。

而saturation參數(shù)同時作用于線性影像和對數(shù)影像的RGB三個通道，改變影像的飽和度。

CDL的這10個調整參數(shù)就能夠滿足現(xiàn)場一級校色的需求，由于CDL只記錄這10個調整參數(shù)的信息而不記錄關于影像色彩空間等信息，因此在制作中使用CDL時要進行嚴格的色彩管理，以確保不同環(huán)節(jié)的制作人員在應用CDL后得到的結果是一致的。還有一點需要注意的是，CDL是不能記錄關于選區(qū)、遮罩等二級校色信息的。

4 CDL的交換格式

圖7 封裝CDL信息的CMX EDL格式文本信息

圖8 CDL XML格式文本信息

CDL有多種交換格式，這些格式可以分為兩類：一類是封裝進現(xiàn)有的文件格式，包括ALE、CMX EDL、FlEx文件格式；另一類是根據XML規(guī)范創(chuàng)建新的XML文件，常見的有CDL XML和CCC XML這兩種，前者是CDL的基本形式，只包含一組顏色調整信息，而后者可包含多組顏色調整信息，通常和CMX EDL一起使用。這些交換格式都存儲了CDL的10個調色參數(shù)。圖7和圖8分別是CMX EDL和CDL XML的文本信息，可以看出，在EDL文件中，鏡頭編輯信息下方的ASC_SOP和ASC_SAT就是該鏡頭的基本顏色校正信息。而CDL XML文件則是根據XML規(guī)范把這10個參數(shù)的信息進行了數(shù)據封裝。

5 CDL與LUT的區(qū)別

在影視制作中，我們經常會用到LUT(Look Up Table，顏色查找表)文件，LUT同樣能夠記錄調色前后的色彩變化。LUT和CDL的根本不同就是，LUT記錄的只是顏色查找表信息，而CDL記錄的是色彩調整信息(SOP和saturation)。LUT和CDL的不同工作原理決定了它們在影視制作中的不同用途。

CDL的主要用途就是用于記錄創(chuàng)作者對影像的基本校色工作。前期創(chuàng)作人員將CDL文件交接給后期部門后，后期制作人員不僅可以看到前期的色彩調整結果，還可以得到具體的調色操作，并且能夠在前期工作的基礎上做進一步的色彩調整。對影像應用CDL時，調色系統(tǒng)會基于其內部的浮點數(shù)精度算法對影像進行計算處理，而不會造成影像信息的損失。CDL還有一個優(yōu)點就是前文已經提到過的，它可以封裝進EDL、ALE文件交換格式中，能夠存儲多個鏡頭的色彩調整信息。這樣調色系統(tǒng)就可以根據各個鏡頭的元數(shù)據信息套回其對應的色彩調整信息。這對于一部成百上千個鏡頭的影片是非常有意義的。

雖然對影像的色彩調整結果同樣可以導出為LUT文件，但在應用LUT后，制作人員只能看到調色后的畫面，而不能得到前期創(chuàng)作人員具體的調色操作。并且，由于LUT自身的精度有限，對影像應用LUT會造成影像色彩信息的損失。但是LUT也有其優(yōu)勢，相較于CDL，LUT可以記錄更多一級校色工具的調色結果，例如Lift、Gamma、Gain、曲線等。使用LUT能滿足我們對影像更多的創(chuàng)造性操作，像我們平時使用的技術LUT、校準LUT、風格化LUT的功能，都是CDL無法完成的。

因此，在記錄和傳遞前期創(chuàng)作者色彩意圖的工作流程中，往往會將CDL和LUT結合起來使用。

6 CDL在影視制作中的應用

CDL在影視制作中的主要應用就是記錄現(xiàn)場拍攝時攝影指導和導演的影像色彩創(chuàng)作意圖，并傳遞給剪輯、調色、視效等后期制作部門。本節(jié)首先對CDL在影視制作中的工作流程進行概述，然后基于幾款制作軟件簡述CDL在影視制作中的應用。

6.1 CDL在影視制作中的工作流程概述

CDL在影視制作中的工作流程如圖9所示。通常由現(xiàn)場調色師根據攝影指導和導演對影調、色調的要求對攝影機輸出的視頻信號進行現(xiàn)場調色，然后將調色結果導出為CDL等文件交付給DMT(Data Management Technician)，DMT將CDL文件應用到原始素材制作數(shù)字樣片以便于剪輯，并將CDL文件傳遞給DI部門；這樣，在剪輯完成后，視效部門以及后期調色部門就可以利用現(xiàn)場拍攝時的CDL文件在前期工作基礎之上完成最后的影片創(chuàng)作。

圖9 CDL在影視制作中的工作流程

6.2 CDL在現(xiàn)場調色中的產生

近幾年來，現(xiàn)場調色師這一工種在國內影視劇組中開始逐漸普及?，F(xiàn)場調色師的首要任務就是根據攝影指導和導演對影調的要求，對現(xiàn)場拍攝時攝影機輸出的視頻信號進行實時的調色處理，并將實時調色畫面?zhèn)鬟f給拍攝現(xiàn)場的各個部門。這樣各個部門就可以快速領會攝影指導及導演的創(chuàng)作意圖，并提出有效的解決方案，這大大提高了現(xiàn)場拍攝效率。

現(xiàn)場調色師在現(xiàn)場拍攝中基于ASC CDL調色控件進行現(xiàn)場調色，并將調色工作通過CDL文件傳遞給后期部門，這樣后期工作人員就能夠基于前期工作完成影片的最終制作。圖10為Pomfort公司的LiveGrade pro的ASC CDL校色模塊，現(xiàn)場調色師可以輕松地調整CDL的10個色彩調整參數(shù)，并能夠根據具體拍攝場景選擇LiveGrade 的不同調色模式進行現(xiàn)場調色工作。在完成調色工作后，現(xiàn)場調色師需要將拍攝時使用的調色預設以文件形式導出。

圖10 LiveGrade pro中的ASC CDL校色模塊

6.3 CDL在數(shù)字樣片制作中的應用

在每天的拍攝任務結束后，DMT 需要對當天的拍攝數(shù)據進行備份及安全管理，同時還需要將原始RAW素材進行轉碼及信息燒錄，也就是數(shù)字樣片(Dailies)制作。在制作數(shù)字樣片時，DMT需要根據現(xiàn)場調色師提供的調色報告及CDL、LUT文件等色彩信息，將每個鏡頭對應的調色預設應用到原始鏡頭素材中，這樣后期剪輯師以及其他制作人員就能夠通過數(shù)字樣片直接地看到前期的調色結果。

圖11 Davinci Resolve中導入CDL

圖11為Davinci Resolve中導入CDL的方法，在Davinci Resolve調色界面的Stills靜幀面板中單擊右鍵，選擇導入，然后選擇現(xiàn)場調色師提供的CDL文件就可以將ASC CDL調色預設導入進Stills庫中，最后就可以將CDL應用到對應的鏡頭中了。

6.4 CDL在后期調色中的應用

后期調色師的工作決定了最終的影像色彩風格，CDL讓后期調色師能夠在前期現(xiàn)場調色師的工作基礎之上，遵循攝影指導及導演的創(chuàng)作思路完成最終的色彩創(chuàng)作。當今主流的調色系統(tǒng)Davinci Resolve、Baselight、Mistika都能夠支持CDL的使用。

剪輯師完成定剪后，通過AAF、XML、EDL將剪輯時間線信息傳遞給后期調色師，后期調色師可以結合DIT部門提供的EDL及CCC文件，利用Davinci Resolve的Remote grading功能自動套回所有定剪鏡頭的現(xiàn)場調色信息。

6.5 CDL在視效制作中的應用

CDL同樣能夠幫助視效制作，合成師可以在視效合成軟件中使用DI部門提供的CDL文件，這不僅能讓合成師作為鏡頭參考，還能夠讓合成師直接在CDL的校色基礎上進行合成，從而提升合成師的工作效率。如圖12所示，視效合成軟件Nuke里面的OCIOCDLTransform節(jié)點就可以直接加載.cc或.ccc文件。

圖12 Nuke的OCIOCDLTransform節(jié)點

7總結與展望

本文對CDL的原理進行了總結，分析了CDL對線性影像和對數(shù)影像的不同作用效果，對CDL和LUT的不同特性及用途進行了比較，并結合實際制作，對CDL在前期拍攝的產生，以及CDL在數(shù)字樣片制作、后期調色和視效制作中的應用進行了舉例說明。由于篇幅有限，CDL在制作軟件中的具體操作步驟無法詳述。

CDL在影視制作中已經發(fā)展了近十年了，幾乎所有的專業(yè)影視制作軟件都已經能夠兼容它。CDL在國外影視制作流程中的應用已經趨于成熟，而在國內的影視制作中還沒有形成一套標準化體系。筆者相信，隨著國內影視產業(yè)的發(fā)展，將會有更多的影視工作者對CDL在影視制作中的應用價值予以重視。