電影片尾滾動字幕閃爍與抖動現(xiàn)象成因研究

馬緒怡 朱宏宣

北京電影學(xué)院中國電影高新技術(shù)研究院，北京 100088

1 電影片尾滾動字幕概述

電影片尾字幕（End Credits）是出現(xiàn)在影片結(jié)束部分的字幕，用來展示參與影片生產(chǎn)的全部演職人員、制作公司、發(fā)行公司、贊助商、使用的音樂及其版權(quán)、免責(zé)聲明以及技術(shù)標(biāo)志等內(nèi)容，樣式通常是將字幕內(nèi)容疊加在純色背景、靜態(tài)畫面背景或動態(tài)影像背景之上，以翻頁形式或以滾動形式呈現(xiàn)，并伴有聲音或音樂。其中，以滾動形式顯示的片尾字幕被稱為片尾滾動字幕（Credit Roll）。

20 世紀(jì)70 年代之前，電影片尾字幕的內(nèi)容較少甚至沒有，樣式通常是翻頁形式。20 世紀(jì)70 年代之后，電影片尾字幕的內(nèi)容開始逐漸增多，樣式也從以翻頁形式為主發(fā)展為以滾動形式為主。在之后的發(fā)展中，電影片尾字幕包含的內(nèi)容不僅限于演職人員，也包括了其它與影片生產(chǎn)、制作、發(fā)行有關(guān)的人員、公司等，甚至插圖、花絮、彩蛋等。

盡管滾動形式比翻頁形式在相同時(shí)間內(nèi)能夠承載更多的內(nèi)容，但隨著內(nèi)容的不斷增加，電影片尾字幕的時(shí)長也被不斷刷新，例如：2016 年《刺客信條》的片尾字幕長達(dá)15 分鐘，占據(jù)整片大約13%的片長。內(nèi)容增多、時(shí)長增長迫使許多影片在片尾字幕的設(shè)計(jì)制作方面也做了特殊的創(chuàng)作和處理，使之避免枯燥并盡量與影片的風(fēng)格融為一體。即便如此，出于制作成本、制作難度等方面的考慮，大部分影片的片尾字幕仍以最基礎(chǔ)的黑底白字、垂直方向移動的滾動字幕為主。

在數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)之前，滾動字幕需要通過手工方式制作。首先由制作者先將字幕內(nèi)容繪制到一張長長的紙、塑料或其他材料上面，然后將這張繪制好的字幕在專用的動畫臺（Animation Stand）上卷展移動，然后使用固定在動畫臺上方的攝影機(jī)拍攝，就得到了一個(gè)透明的滾動字幕片，然后再根據(jù)需要將這個(gè)透明的滾動字幕片與其它膠片一起疊印到新的膠片上。在數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)之后，滾動字幕則完全通過計(jì)算機(jī)圖像處理軟件進(jìn)行制作。

雖然不同時(shí)期、不同技術(shù)、不同復(fù)雜度的滾動字幕在制作方法上會有區(qū)別，但所有滾動字幕的制作過程基本上都是按照圖案文字排版、制作滾動效果、合成背景影像等步驟完成的。

2 滾動字幕存在的技術(shù)問題

通過數(shù)字技術(shù)制作的滾動字幕，經(jīng)常會出現(xiàn)閃爍（Jitter）或者抖動（Stutter）的現(xiàn)象。閃爍是指滾動字幕在行進(jìn)中產(chǎn)生的具有周期性的忽明忽暗的變化。抖動是指滾動字幕在行進(jìn)中產(chǎn)生不平滑的時(shí)斷時(shí)續(xù)的運(yùn)動。這兩種現(xiàn)象可能單獨(dú)在字幕中出現(xiàn)——閃爍但不抖動或抖動但不閃爍，也可能同時(shí)在字幕中出現(xiàn)——既閃爍又抖動，但不論是哪種情況，都會使觀眾在觀看滾動字幕時(shí)產(chǎn)生不舒適的感受。

閃爍現(xiàn)象和抖動現(xiàn)象出現(xiàn)的原因各不相同，但都是由于制作方法或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)產(chǎn)生的技術(shù)問題，可以通過制作方法的改進(jìn)或參數(shù)設(shè)置的調(diào)整來避免。接下來，分別對這兩種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析。

3 滾動字幕閃爍現(xiàn)象分析

觀察出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象的滾動字幕，能夠明顯地看到在字幕的移動過程中，同一個(gè)字符在每一幀都呈現(xiàn)出不同的形態(tài)細(xì)節(jié)。

圖1 展示的是一個(gè)滾動字幕連續(xù)四幀畫面的局部，以字符“G”的上邊緣為例會發(fā)現(xiàn)：

圖1 同一字體在連續(xù)四幀畫面的表現(xiàn)

第一幀畫面中，字符的上邊緣占據(jù)了三行像素的高度，中間一行的亮度大于上下兩行的亮度，且上面一行的亮度略低于下面一行的亮度。

第二幀畫面中，字符的上邊緣占據(jù)了三行像素的高度，中間一行的亮度大于上下兩行的亮度，且上面一行的亮度略高于下面一行的亮度。

第三幀畫面中，字符的上邊緣占據(jù)了三行像素的高度，中間一行的亮度大于上下兩行的亮度，且上面一行的亮度明顯高于下面一行的亮度。

第四幀畫面中，字符的上邊緣占據(jù)了兩行像素的范圍，下面一行的亮度大于上面一行的亮度。

這四幀畫面只是這個(gè)滾動字幕中的一個(gè)小片段，在完整的滾動字幕中，每一幀畫面的每個(gè)字符的形態(tài)細(xì)節(jié)都存在類似的差異，而且經(jīng)過若干幀之后，這種差異的變化規(guī)律又會出現(xiàn)重復(fù)。當(dāng)播放這個(gè)滾動字幕時(shí)，字符形態(tài)細(xì)節(jié)的差異就會連續(xù)地顯現(xiàn)出來，字符就會呈現(xiàn)出一種時(shí)粗時(shí)細(xì)、忽明忽暗的周期性變化，即閃爍現(xiàn)象。

由此可見，導(dǎo)致滾動字幕出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象的原因是由于每一幀中字符形態(tài)細(xì)節(jié)的不一致。而導(dǎo)致字符形態(tài)細(xì)節(jié)不一致的原因則是由于滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離不是完整像素高度倍數(shù)而造成的子像素渲染結(jié)果不一致。

數(shù)字圖像的最小單位是像素，任何數(shù)字圖像都是由一個(gè)個(gè)方形像素構(gòu)成。如圖2所示，如果直接按照像素的構(gòu)成顯示字符，字符就會產(chǎn)生鋸齒狀的線條，為了讓字符看起來更平滑，就需要采用抗鋸齒（Anti-aliasing）技術(shù)，最常用的技術(shù)是子像素渲染（Sub-pixel Rendering），通過圍繞中心渲染出額外的像素來減少鋸齒的程度。

圖2 鋸齒與抗鋸齒的細(xì)節(jié)比較

在滾動字幕中，如果每一幀的步進(jìn)距離是完整像素高度的倍數(shù)，那么每一幀中字符的子像素渲染結(jié)果就是一致的，連續(xù)運(yùn)動時(shí)就不會出現(xiàn)閃爍。反之，如果每一幀的步進(jìn)距離不是完整像素高度的倍數(shù)，那么每一幀中字符的子像素渲染結(jié)果都不一致，就會出現(xiàn)每一幀畫面的每個(gè)字符的形態(tài)細(xì)節(jié)都存在差異的情況，連續(xù)運(yùn)動時(shí)就會出現(xiàn)閃爍。

每一幀的步進(jìn)距離不是完整像素高度倍數(shù)，主要由于在制作過程中出現(xiàn)了以下一種或幾種情況：

（1）在字幕制作時(shí)沒有設(shè)定正確的滾動速度。如果僅設(shè)定了滾動字幕的起止點(diǎn)位置和時(shí)長，沒有計(jì)算或沒有明確指定每一幀的步進(jìn)距離為整像素高度的倍數(shù)，就會導(dǎo)致非整像素移動。例如：在制作時(shí)，指定了一個(gè)滾動字幕的起點(diǎn)位置為100 像素，終點(diǎn)位置為10,000 像素，時(shí)長為3 分鐘，那么這個(gè)滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離為個(gè)像素。

（2）在字幕制作后改變過滾動速度。制作渲染輸出后的滾動字幕，如果改變其滾動速度將會使原有整像素移動變成非整像素移動，再次產(chǎn)生子像素渲染的問題。例如：一個(gè)滾動字幕在制作時(shí)設(shè)定的時(shí)長為3 分鐘，每一幀的步進(jìn)距離為2 個(gè)像素，字幕加入到影片后，如果將字幕的時(shí)長從3 分鐘縮減到2.5 分鐘，則這個(gè)滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離就從2個(gè)像素變?yōu)閭€(gè)像素。

（3）在字幕制作后改變過畫幅的大小。制作渲染輸出后的滾動字幕，如果改變其畫幅大小將會使原有整像素移動變成非整像素移動，再次產(chǎn)生子像素渲染的問題。例如：一個(gè)滾動字幕在制作時(shí)設(shè)定的分辨率為1920×1080，每一幀的步進(jìn)距離為2 個(gè)像素，而影片的分辨率為1998×1080，字幕加入到影片后，如果將字幕的分辨率從1920×1080 縮放到1998×1080，則這個(gè)滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離就從2 個(gè)像素變?yōu)閭€(gè)像素。

4 滾動字幕抖動現(xiàn)象分析

如圖3 所示，觀察出現(xiàn)抖動現(xiàn)象的滾動字幕，會發(fā)現(xiàn)在字幕的移動過程中，同一個(gè)字符在每一幀都呈現(xiàn)出相同的形態(tài)細(xì)節(jié)，由此可以首先確定滾動字幕的抖動與其是否整像素移動無關(guān)。

圖3 同一個(gè)字符在每一幀都呈現(xiàn)出相同的形態(tài)細(xì)節(jié)

通過進(jìn)一步分析可知，產(chǎn)生抖動的原因是由于字幕在單位時(shí)間的變化量超出了人眼運(yùn)動知覺的閾限。為了確定影響滾動字幕產(chǎn)生抖動感的因素及其程度，我們進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電影放映環(huán)境，通過程序生成的方式（下文中有原理介紹）制作滾動字幕并封裝成DCP，使用2K 數(shù)字電影放映機(jī)，在高度為2.5 米的銀幕放映，并在距離銀幕5～10 米范圍進(jìn)行觀測評價(jià)。實(shí)驗(yàn)表明，影響抖動感的因素來自多方面，包括：字符樣式、幀速率、字幕移動速度等。

首先，字符樣式在一定程度上影響抖動感。在其它實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，字符樣式與抖動感覺的關(guān)系如下：

（1）字體越細(xì)，抖動感越明顯；字體越粗，抖動感越不明顯。

（2）字號越小，抖動感越明顯；字號越大，抖動感越不明顯。

（3）亮度越高，抖動感越明顯；亮度越低，抖動感越不明顯。

排除字符樣式的影響，幀速率是影響抖動感的最主要因素。在其它實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下：幀速率越低，抖動感越明顯；幀速率越高，抖動感越不明顯。例如，在距銀幕7.5 米①處，以24FPS、60FPS 和120FPS 三種幀速率，比較不同單幀步進(jìn)距離的滾動字幕，得到以下結(jié)果，見表1。

表1 不同幀速率下滾動字幕的抖動感

通過上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，當(dāng)幀速率為60FPS 或120FPS 時(shí)，任何移動速度的滾動字幕都不會產(chǎn)生抖動感。根據(jù)φ 運(yùn)動理論，當(dāng)刺激出現(xiàn)的時(shí)距低于30ms，人眼難以區(qū)分刺激出現(xiàn)的先后[1]。反映在幀速率上，當(dāng)幀速率大于1000/30，即33.33FPS時(shí)，兩幀畫面之間的時(shí)距就會小于30ms，人眼就會將離散運(yùn)動理解為連續(xù)的運(yùn)動。

當(dāng)幀速率為24FPS 時(shí)，滾動字幕抖動感受字幕移動速度和觀看距離的影響。根據(jù)心理學(xué)研究，當(dāng)刺激出現(xiàn)的空間差異不超過15 分時(shí)，短程似動起作用，人眼感覺到的似動就如同真動[2]。反映到每一幀的步進(jìn)距離上，即＜tan 15'，經(jīng)過整理得到：其中，n 為滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離（單位是像素），L 為觀看距離，R 為銀幕垂直分辨率，H 為屏幕垂直高度。

由于觀眾在影院觀看影片的距離是不同的，對于同一個(gè)滾動字幕，不同觀看距離上的觀眾觀看字幕時(shí)的抖動感也不同。因此，在幀速率為24FPS 的滾動字幕中，當(dāng)觀看距離大于1 倍銀幕高度的情況下，如果每一幀的步進(jìn)距離小于4.71 個(gè)像素，則滾動字幕在連續(xù)運(yùn)動時(shí)就不會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離可取1至4個(gè)，甚至5個(gè)像素。

需要說明的是，在數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)之前，滾動字幕也可能存在抖動情況，但由于在那個(gè)時(shí)期字幕的滾動速度相對較慢，另外膠片的拍攝原理導(dǎo)致字幕存在一定的運(yùn)動模糊，因此極少發(fā)現(xiàn)抖動情況。

5 滾動字幕推薦制作方案

為了能夠在最終的影片中獲得技術(shù)合格、質(zhì)量過關(guān)的滾動字幕，需要在整個(gè)電影的后期制作過程中，從制作方法、內(nèi)容設(shè)計(jì)、技術(shù)環(huán)境等方面充分考慮滾動字幕的制作。

5.1 制作方法方面

（1）在字幕制作時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算并正確設(shè)定滾動字幕的移動速度，確保每一幀的步進(jìn)距離是完整像素高度的倍數(shù)，避免閃爍現(xiàn)象的出現(xiàn)。如果采用設(shè)定了滾動字幕的起止點(diǎn)位置和時(shí)長的方式制作滾動字幕，則可以先計(jì)算字幕總的移動距離與時(shí)長的比值，再將這個(gè)比值設(shè)定為最接近的整數(shù)值，最后通過調(diào)整時(shí)長來實(shí)現(xiàn)每一幀的步進(jìn)距離是完整像素高度的倍數(shù)。例如在前面的例子中，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象的滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離為2.2917 個(gè)像素，則可以將這個(gè)值設(shè)定為2 個(gè)像素，然后將時(shí)長調(diào)整為3 分26秒6 幀，便可以獲得以每一幀2 個(gè)像素移動的滾動字幕。如果采用程序生成的方式制作滾動字幕，則可以較好地避免閃爍現(xiàn)象的出現(xiàn)，只需在步進(jìn)參數(shù)的位置輸入整數(shù)值即可。例如在Adobe After Effects中，通過表達(dá)式：[x 軸的起始位置,y 軸起始位置+time*(幀速率)*(n)]，其中“n”為每一幀移動的像素?cái)?shù)。當(dāng)n 取值為“-2”時(shí)，便可以獲得以每一幀向上運(yùn)動2個(gè)像素的滾動字幕。如果時(shí)長不能滿足字幕既定的時(shí)長，則可以考慮采用不同的速度區(qū)間，將部分字幕的步進(jìn)距離設(shè)置為2個(gè)像素，將部分字幕的步進(jìn)距離設(shè)置為3個(gè)像素。

（2）在字幕制作時(shí)，將滾動字幕的移動速度控制在合理的范圍。根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)可知，在24FPS 的幀速率下，要想避免字幕的抖動，滾動字幕每一幀的步進(jìn)距離應(yīng)控制在5個(gè)像素以下。

（3）在字幕制作時(shí)，應(yīng)選擇正確的滾動字幕的分辨率和幀速率。如果影片需要發(fā)行不同分辨率和幀速率的版本，應(yīng)酌情制作相應(yīng)版本的字幕。

（4）字幕文件應(yīng)采用無壓縮或無幀間壓縮的視頻格式，避免由于壓縮導(dǎo)致的字幕模糊。避免使用運(yùn)動模糊來試圖減少抖動和閃爍，這種做法只會讓字幕變得更加不清晰。

（5）在后續(xù)的制作中，避免再次對滾動字幕的滾動速度和畫幅比例進(jìn)行調(diào)整。

5.2 內(nèi)容設(shè)計(jì)方面

（1）根據(jù)制作要求，可以適當(dāng)降低字幕亮度，減少與背景之間的反差，降低抖動感。

（2）避免使用特別細(xì)的字體，降低抖動感。

（3）充分利用空間，通過多列方式顯示字幕，來減少字幕總體高度，降低字幕移動速度。

5.3 制作技術(shù)方面

（1）滾動字幕的審看需要使用專業(yè)監(jiān)看設(shè)備，不能完全依賴顯示器。如果顯示器的刷新率與滾動字幕的幀速率不符，由此造成的閃爍感和抖動感與專業(yè)監(jiān)看設(shè)備效果不同，容易產(chǎn)生誤導(dǎo)。

（2）電影片尾滾動字幕需要在大尺寸銀幕上檢驗(yàn)，避免字幕在較大顯示面積下產(chǎn)生的抖動。

（3）在任何制作環(huán)節(jié)，要確保項(xiàng)目工程和監(jiān)看設(shè)備的分辨率設(shè)置正確，避免由于分辨率的差異產(chǎn)生的畫幅縮放，導(dǎo)致滾動字幕在顯示環(huán)節(jié)由于子像素渲染所導(dǎo)致的閃爍現(xiàn)象。

6 總結(jié)

片尾字幕雖然不是一部電影中最為重要的部分，但其表達(dá)的內(nèi)容和其承載的作用在電影中是不可或缺的，一個(gè)良好的滾動字幕不僅讓觀眾能夠舒適地觀賞，同時(shí)也是影片質(zhì)量在細(xì)節(jié)方面的體現(xiàn)。滾動字幕根據(jù)難度的不同有多種制作方法和途徑。但只要依據(jù)本文推薦的制作方案，就可以根據(jù)不同的制作條件采用不同的方式獲得一個(gè)技術(shù)良好的片尾滾動字幕。

作者貢獻(xiàn)聲明：

馬緒怡：負(fù)責(zé)研究材料準(zhǔn)備，研究設(shè)計(jì)以及研究報(bào)告的撰寫，全文文字貢獻(xiàn)50%；

朱宏宣：負(fù)責(zé)研究設(shè)計(jì)改進(jìn)，撰寫和修訂全文，全文文字貢獻(xiàn)50%。

注釋

①當(dāng)銀幕高度為2.5米，銀幕寬度為5.975米，觀看視角為45°時(shí)，觀看距離為7.2米，為了便于計(jì)算，設(shè)定觀看距離為7.5米。