CDL的原理及其在影视制作中的应用

2020-04-29顾晓娟

现代电影技术 2020年3期

刘涵顾晓娟

(北京电影学院中国电影高新技术研究院，北京100088)

1引言

电影作为声画的艺术，画面是传达艺术想法最直接的要素，而影像色彩是电影叙事的重要手段。在传统的胶片电影时代，一部电影的影像色彩主要是由摄影指导和后期配光师来决定的，创作者在前期拍摄阶段无法马上看到最终的影像呈现结果。随着数字电影技术发展至今，数字电影所见即所得的特性为影视工作者带来了更大的创作空间，主创人员在现场就能够对最终的影像色彩风格进行把控。

一部电影的完成离不开无数后期工作者的努力，将主创人员在前期拍摄时对影像色彩风格的想法准确、高效地传递给后期制作人员以使得最终的影像呈现贴近于前期创作者的初衷，是当代影视工作者需要追求的目标，也是CDL诞生的意义。

本文对CDL的工作原理进行了总结，通过数学推导分析了CDL对线性影像和对数影像的不同调整作用，并对CDL和LUT的不同特性和用途进行了比较。最后，对CDL在影视制作流程中的应用进行了总结。

2 什么是CDL

2.1 CDL的诞生

电影摄影指导作为影像的创作者，不仅要决定摄影构图、灯光以及摄影机运动，还要对整个影像色彩风格进行把控。进入数字电影时代后，随着摄影机技术的进步，为了能够记录并保留更多的影像信息，各大厂商纷纷推出了各自的RAW文件记录格式，这意味着摄影师在拍摄时对摄影机内部做的任何非光学调节都将作为元数据存储，而不能直接改变摄影机存储的影像，最终的影像色彩风格是由后期调色师对源素材进行色彩调整决定的。多年来，摄影指导只能在拍摄工作结束后通过拍摄笔记、现场照片等方式与调色师进行沟通，这种沟通方式往往不能让调色师准确、直观地理解摄影指导的创作意图，工作效率也极其低下。

美国电影摄影师协会(ASC)作为一个旨在促进电影摄影艺术的机构，为了让摄影指导对影像色彩风格的创作意图更准确、高效地传递给后期制作部门，于2007年制定了一种新的色彩交换格式——CDL(Color Decision List)，全称为ASC CDL，中文直译为色彩决策表。CDL可以在不同厂商生产的设备和软件之间交换基本的RGB颜色校正信息。无论在哪种调色系统中应用CDL，都能够以相同的处理算法得到同样的影像结果，正是这一特性使得CDL成为传递创作者色彩意图的桥梁。

2.2 CDL的工作原理

类似于记录每个镜头出入点等编辑信息的剪辑决策表EDL，CDL记录的是每一个镜头画面的调色信息。CDL的传递函数由四个基本函数组成，其中前三个基本函数slope(斜率)、offset(偏移)和power(指数)分别作用于R、G、B三个颜色通道，可以用9个参数来描述。第四个基本函数Saturation能够同时作用于RGB三个色彩通道，用于调整影像的整体饱和度，用第10个参数描述。这10个参数决定了CDL的四个基本函数如何作用于影像的RGB值。以下为CDL各个基本函数的计算原理，这里我们令input为输入信号，output为输出信号：

(1) slope

图1 slope函数的计算原理

图2 offset函数的计算原理

output=input*slope，如图1所示，slope参数在不改变黑电平的情况下影响函数的斜率，slope参数的值为大于或等于0的数，默认值为1。

图3 power函数的计算原理

(2) offset

output=input+offset，如图2所示，offset参数影响函数的上下平移，offset参数的值可以为正数也可以为负数，默认值为0。

(3) power

output=input^power，如图3所示，power参数的值为大于0的数，默认值为1。

以上三个基本函数共同构成的计算公式为：output=(input*slope+offset)^power。

从该公式就可以看出这三个基本传递函数的计算顺序： slope、offset、power(也可缩写为SOP)。saturastion在这三个函数之后参与计算。

(4) saturation

saturation函数同时作用于RGB三个颜色通道，它采用Rec.709加权法对各个颜色分量进行计算。

3 CDL对线性影像和对数影像的调整对比

现如今影视制作环节中主流的高质量影像文件格式采用的大多是线性编码和对数编码方式，我们可以将这两种编码方式的影像分别称为线性影像和对数影像。线性影像记录的是真实场景的光照信息，影像的码值和真实场景亮度呈线性比例关系；而对数影像的码值和真实场景亮度呈对数关系。视效制作中常用到的OpenEXR文件采用的就是线性编码方式，各大摄影机厂商制定的各种log模式以及胶片扫描的cineon文件采用的就是对数编码方式。

相同的CDL参数作用在不同编码方式的影像上起到的调整效果是不同的。本文主要就CDL各个参数对以上两种编码方式的影像起到的调整作用进行对比分析。

令x为线性影像的单通道码值，x为对数影像的单通道码值，I为场景单通道亮度，I为最终显示亮度。线性影像、对数影像单通道码值与真实场景亮度有如下关系：

x～I

(1)

x～klogI+a

(2)

其中k、a为常数，～表示左右两式成比例关系。

在实际制作中，我们都会将线性影像和对数影像通过色彩管理映射到最终的显示设备上，以还原真实的场景。为了便于描述，我们假定最终的系统gamma为1，如图4所示。

图4 显示器亮度还原过程

从图中可以看出，最终的显示亮度I和真实场景亮度I成线性比例关系：

I～I

(3)

由(1)、(2)、(3)式我们可以得到：

(4)

显示亮度I决定了影像亮度、对比度(影像对比度指的是影像画面中两个不同部位的明暗比)，因此我们可以通过影像码值的改变判断CDL对影像的作用效果。通过上文分析，我们可以推导出CDL参数作用于对数影像和线性影像前后的亮度及对比度公式，如表1所示(其中x是影像中任意像素点的码值，x和x指的是影像中任意两个像素点的码值，s、o、p指的是CDL的slope、offset、power参数值，k、a为常数)。

从表1我们就可以看出，CDL对线性影像和对数影像的作用效果是不同的。图5和图6分别为CDL对线性影像和对数影像的调整前后对比图(影像调整后都经过了色域映射)。

图5 CDL对线性影像的调整对比

图6 CDL对对数影像的调整对比

对于线性影像，slope能够调整各颜色通道的亮度，而不改变对比度，如图5(b)；对于对数影像，slope能够同时调整各颜色通道的亮度和对比度，如图6(b)。

对于线性影像，offset能够同时调整各颜色通道的亮度和对比度，如图5(c)；对于对数影像，offset能够调整各颜色通道的亮度，而不改变对比度，如图6(c)。

power能够同时调整线性影像和对数影像各颜色通道的亮度和对比度，但相同的power参数对他们的调整幅度是不同的，如图5(d)和图6(d)。

而saturation参数同时作用于线性影像和对数影像的RGB三个通道，改变影像的饱和度。

CDL的这10个调整参数就能够满足现场一级校色的需求，由于CDL只记录这10个调整参数的信息而不记录关于影像色彩空间等信息，因此在制作中使用CDL时要进行严格的色彩管理，以确保不同环节的制作人员在应用CDL后得到的结果是一致的。还有一点需要注意的是，CDL是不能记录关于选区、遮罩等二级校色信息的。

4 CDL的交换格式

图7 封装CDL信息的CMX EDL格式文本信息

图8 CDL XML格式文本信息

CDL有多种交换格式，这些格式可以分为两类：一类是封装进现有的文件格式，包括ALE、CMX EDL、FlEx文件格式；另一类是根据XML规范创建新的XML文件，常见的有CDL XML和CCC XML这两种，前者是CDL的基本形式，只包含一组颜色调整信息，而后者可包含多组颜色调整信息，通常和CMX EDL一起使用。这些交换格式都存储了CDL的10个调色参数。图7和图8分别是CMX EDL和CDL XML的文本信息，可以看出，在EDL文件中，镜头编辑信息下方的ASC_SOP和ASC_SAT就是该镜头的基本颜色校正信息。而CDL XML文件则是根据XML规范把这10个参数的信息进行了数据封装。

5 CDL与LUT的区别

在影视制作中，我们经常会用到LUT(Look Up Table，颜色查找表)文件，LUT同样能够记录调色前后的色彩变化。LUT和CDL的根本不同就是，LUT记录的只是颜色查找表信息，而CDL记录的是色彩调整信息(SOP和saturation)。LUT和CDL的不同工作原理决定了它们在影视制作中的不同用途。

CDL的主要用途就是用于记录创作者对影像的基本校色工作。前期创作人员将CDL文件交接给后期部门后，后期制作人员不仅可以看到前期的色彩调整结果，还可以得到具体的调色操作，并且能够在前期工作的基础上做进一步的色彩调整。对影像应用CDL时，调色系统会基于其内部的浮点数精度算法对影像进行计算处理，而不会造成影像信息的损失。CDL还有一个优点就是前文已经提到过的，它可以封装进EDL、ALE文件交换格式中，能够存储多个镜头的色彩调整信息。这样调色系统就可以根据各个镜头的元数据信息套回其对应的色彩调整信息。这对于一部成百上千个镜头的影片是非常有意义的。

虽然对影像的色彩调整结果同样可以导出为LUT文件，但在应用LUT后，制作人员只能看到调色后的画面，而不能得到前期创作人员具体的调色操作。并且，由于LUT自身的精度有限，对影像应用LUT会造成影像色彩信息的损失。但是LUT也有其优势，相较于CDL，LUT可以记录更多一级校色工具的调色结果，例如Lift、Gamma、Gain、曲线等。使用LUT能满足我们对影像更多的创造性操作，像我们平时使用的技术LUT、校准LUT、风格化LUT的功能，都是CDL无法完成的。

因此，在记录和传递前期创作者色彩意图的工作流程中，往往会将CDL和LUT结合起来使用。

6 CDL在影视制作中的应用

CDL在影视制作中的主要应用就是记录现场拍摄时摄影指导和导演的影像色彩创作意图，并传递给剪辑、调色、视效等后期制作部门。本节首先对CDL在影视制作中的工作流程进行概述，然后基于几款制作软件简述CDL在影视制作中的应用。

6.1 CDL在影视制作中的工作流程概述

CDL在影视制作中的工作流程如图9所示。通常由现场调色师根据摄影指导和导演对影调、色调的要求对摄影机输出的视频信号进行现场调色，然后将调色结果导出为CDL等文件交付给DMT(Data Management Technician)，DMT将CDL文件应用到原始素材制作数字样片以便于剪辑，并将CDL文件传递给DI部门；这样，在剪辑完成后，视效部门以及后期调色部门就可以利用现场拍摄时的CDL文件在前期工作基础之上完成最后的影片创作。

图9 CDL在影视制作中的工作流程

6.2 CDL在现场调色中的产生

近几年来，现场调色师这一工种在国内影视剧组中开始逐渐普及。现场调色师的首要任务就是根据摄影指导和导演对影调的要求，对现场拍摄时摄影机输出的视频信号进行实时的调色处理，并将实时调色画面传递给拍摄现场的各个部门。这样各个部门就可以快速领会摄影指导及导演的创作意图，并提出有效的解决方案，这大大提高了现场拍摄效率。

现场调色师在现场拍摄中基于ASC CDL调色控件进行现场调色，并将调色工作通过CDL文件传递给后期部门，这样后期工作人员就能够基于前期工作完成影片的最终制作。图10为Pomfort公司的LiveGrade pro的ASC CDL校色模块，现场调色师可以轻松地调整CDL的10个色彩调整参数，并能够根据具体拍摄场景选择LiveGrade 的不同调色模式进行现场调色工作。在完成调色工作后，现场调色师需要将拍摄时使用的调色预设以文件形式导出。

图10 LiveGrade pro中的ASC CDL校色模块

6.3 CDL在数字样片制作中的应用

在每天的拍摄任务结束后，DMT 需要对当天的拍摄数据进行备份及安全管理，同时还需要将原始RAW素材进行转码及信息烧录，也就是数字样片(Dailies)制作。在制作数字样片时，DMT需要根据现场调色师提供的调色报告及CDL、LUT文件等色彩信息，将每个镜头对应的调色预设应用到原始镜头素材中，这样后期剪辑师以及其他制作人员就能够通过数字样片直接地看到前期的调色结果。

图11 Davinci Resolve中导入CDL

图11为Davinci Resolve中导入CDL的方法，在Davinci Resolve调色界面的Stills静帧面板中单击右键，选择导入，然后选择现场调色师提供的CDL文件就可以将ASC CDL调色预设导入进Stills库中，最后就可以将CDL应用到对应的镜头中了。

6.4 CDL在后期调色中的应用

后期调色师的工作决定了最终的影像色彩风格，CDL让后期调色师能够在前期现场调色师的工作基础之上，遵循摄影指导及导演的创作思路完成最终的色彩创作。当今主流的调色系统Davinci Resolve、Baselight、Mistika都能够支持CDL的使用。

剪辑师完成定剪后，通过AAF、XML、EDL将剪辑时间线信息传递给后期调色师，后期调色师可以结合DIT部门提供的EDL及CCC文件，利用Davinci Resolve的Remote grading功能自动套回所有定剪镜头的现场调色信息。

6.5 CDL在视效制作中的应用

CDL同样能够帮助视效制作，合成师可以在视效合成软件中使用DI部门提供的CDL文件，这不仅能让合成师作为镜头参考，还能够让合成师直接在CDL的校色基础上进行合成，从而提升合成师的工作效率。如图12所示，视效合成软件Nuke里面的OCIOCDLTransform节点就可以直接加载.cc或.ccc文件。