电影片尾滚动字幕闪烁与抖动现象成因研究

马绪怡 朱宏宣

北京电影学院中国电影高新技术研究院，北京 100088

1 电影片尾滚动字幕概述

电影片尾字幕（End Credits）是出现在影片结束部分的字幕，用来展示参与影片生产的全部演职人员、制作公司、发行公司、赞助商、使用的音乐及其版权、免责声明以及技术标志等内容，样式通常是将字幕内容叠加在纯色背景、静态画面背景或动态影像背景之上，以翻页形式或以滚动形式呈现，并伴有声音或音乐。其中，以滚动形式显示的片尾字幕被称为片尾滚动字幕（Credit Roll）。

20 世纪70 年代之前，电影片尾字幕的内容较少甚至没有，样式通常是翻页形式。20 世纪70 年代之后，电影片尾字幕的内容开始逐渐增多，样式也从以翻页形式为主发展为以滚动形式为主。在之后的发展中，电影片尾字幕包含的内容不仅限于演职人员，也包括了其它与影片生产、制作、发行有关的人员、公司等，甚至插图、花絮、彩蛋等。

尽管滚动形式比翻页形式在相同时间内能够承载更多的内容，但随着内容的不断增加，电影片尾字幕的时长也被不断刷新，例如：2016 年《刺客信条》的片尾字幕长达15 分钟，占据整片大约13%的片长。内容增多、时长增长迫使许多影片在片尾字幕的设计制作方面也做了特殊的创作和处理，使之避免枯燥并尽量与影片的风格融为一体。即便如此，出于制作成本、制作难度等方面的考虑，大部分影片的片尾字幕仍以最基础的黑底白字、垂直方向移动的滚动字幕为主。

在数字技术出现之前，滚动字幕需要通过手工方式制作。首先由制作者先将字幕内容绘制到一张长长的纸、塑料或其他材料上面，然后将这张绘制好的字幕在专用的动画台（Animation Stand）上卷展移动，然后使用固定在动画台上方的摄影机拍摄，就得到了一个透明的滚动字幕片，然后再根据需要将这个透明的滚动字幕片与其它胶片一起叠印到新的胶片上。在数字技术出现之后，滚动字幕则完全通过计算机图像处理软件进行制作。

虽然不同时期、不同技术、不同复杂度的滚动字幕在制作方法上会有区别，但所有滚动字幕的制作过程基本上都是按照图案文字排版、制作滚动效果、合成背景影像等步骤完成的。

2 滚动字幕存在的技术问题

通过数字技术制作的滚动字幕，经常会出现闪烁（Jitter）或者抖动（Stutter）的现象。闪烁是指滚动字幕在行进中产生的具有周期性的忽明忽暗的变化。抖动是指滚动字幕在行进中产生不平滑的时断时续的运动。这两种现象可能单独在字幕中出现——闪烁但不抖动或抖动但不闪烁，也可能同时在字幕中出现——既闪烁又抖动，但不论是哪种情况，都会使观众在观看滚动字幕时产生不舒适的感受。

闪烁现象和抖动现象出现的原因各不相同，但都是由于制作方法或参数设置不当产生的技术问题，可以通过制作方法的改进或参数设置的调整来避免。接下来，分别对这两种现象出现的原因进行分析。

3 滚动字幕闪烁现象分析

观察出现闪烁现象的滚动字幕，能够明显地看到在字幕的移动过程中，同一个字符在每一帧都呈现出不同的形态细节。

图1 展示的是一个滚动字幕连续四帧画面的局部，以字符“G”的上边缘为例会发现：

图1 同一字体在连续四帧画面的表现

第一帧画面中，字符的上边缘占据了三行像素的高度，中间一行的亮度大于上下两行的亮度，且上面一行的亮度略低于下面一行的亮度。

第二帧画面中，字符的上边缘占据了三行像素的高度，中间一行的亮度大于上下两行的亮度，且上面一行的亮度略高于下面一行的亮度。

第三帧画面中，字符的上边缘占据了三行像素的高度，中间一行的亮度大于上下两行的亮度，且上面一行的亮度明显高于下面一行的亮度。

第四帧画面中，字符的上边缘占据了两行像素的范围，下面一行的亮度大于上面一行的亮度。

这四帧画面只是这个滚动字幕中的一个小片段，在完整的滚动字幕中，每一帧画面的每个字符的形态细节都存在类似的差异，而且经过若干帧之后，这种差异的变化规律又会出现重复。当播放这个滚动字幕时，字符形态细节的差异就会连续地显现出来，字符就会呈现出一种时粗时细、忽明忽暗的周期性变化，即闪烁现象。

由此可见，导致滚动字幕出现闪烁现象的原因是由于每一帧中字符形态细节的不一致。而导致字符形态细节不一致的原因则是由于滚动字幕每一帧的步进距离不是完整像素高度倍数而造成的子像素渲染结果不一致。

数字图像的最小单位是像素，任何数字图像都是由一个个方形像素构成。如图2所示，如果直接按照像素的构成显示字符，字符就会产生锯齿状的线条，为了让字符看起来更平滑，就需要采用抗锯齿（Anti-aliasing）技术，最常用的技术是子像素渲染（Sub-pixel Rendering），通过围绕中心渲染出额外的像素来减少锯齿的程度。

图2 锯齿与抗锯齿的细节比较

在滚动字幕中，如果每一帧的步进距离是完整像素高度的倍数，那么每一帧中字符的子像素渲染结果就是一致的，连续运动时就不会出现闪烁。反之，如果每一帧的步进距离不是完整像素高度的倍数，那么每一帧中字符的子像素渲染结果都不一致，就会出现每一帧画面的每个字符的形态细节都存在差异的情况，连续运动时就会出现闪烁。

每一帧的步进距离不是完整像素高度倍数，主要由于在制作过程中出现了以下一种或几种情况：

（1）在字幕制作时没有设定正确的滚动速度。如果仅设定了滚动字幕的起止点位置和时长，没有计算或没有明确指定每一帧的步进距离为整像素高度的倍数，就会导致非整像素移动。例如：在制作时，指定了一个滚动字幕的起点位置为100 像素，终点位置为10,000 像素，时长为3 分钟，那么这个滚动字幕每一帧的步进距离为个像素。

（2）在字幕制作后改变过滚动速度。制作渲染输出后的滚动字幕，如果改变其滚动速度将会使原有整像素移动变成非整像素移动，再次产生子像素渲染的问题。例如：一个滚动字幕在制作时设定的时长为3 分钟，每一帧的步进距离为2 个像素，字幕加入到影片后，如果将字幕的时长从3 分钟缩减到2.5 分钟，则这个滚动字幕每一帧的步进距离就从2个像素变为个像素。

（3）在字幕制作后改变过画幅的大小。制作渲染输出后的滚动字幕，如果改变其画幅大小将会使原有整像素移动变成非整像素移动，再次产生子像素渲染的问题。例如：一个滚动字幕在制作时设定的分辨率为1920×1080，每一帧的步进距离为2 个像素，而影片的分辨率为1998×1080，字幕加入到影片后，如果将字幕的分辨率从1920×1080 缩放到1998×1080，则这个滚动字幕每一帧的步进距离就从2 个像素变为个像素。

4 滚动字幕抖动现象分析

如图3 所示，观察出现抖动现象的滚动字幕，会发现在字幕的移动过程中，同一个字符在每一帧都呈现出相同的形态细节，由此可以首先确定滚动字幕的抖动与其是否整像素移动无关。

图3 同一个字符在每一帧都呈现出相同的形态细节

通过进一步分析可知，产生抖动的原因是由于字幕在单位时间的变化量超出了人眼运动知觉的阈限。为了确定影响滚动字幕产生抖动感的因素及其程度，我们进行了一系列实验。实验采用标准的数字电影放映环境，通过程序生成的方式（下文中有原理介绍）制作滚动字幕并封装成DCP，使用2K 数字电影放映机，在高度为2.5 米的银幕放映，并在距离银幕5～10 米范围进行观测评价。实验表明，影响抖动感的因素来自多方面，包括：字符样式、帧速率、字幕移动速度等。

首先，字符样式在一定程度上影响抖动感。在其它实验条件相同的情况下，字符样式与抖动感觉的关系如下：

（1）字体越细，抖动感越明显；字体越粗，抖动感越不明显。

（2）字号越小，抖动感越明显；字号越大，抖动感越不明显。

（3）亮度越高，抖动感越明显；亮度越低，抖动感越不明显。

排除字符样式的影响，帧速率是影响抖动感的最主要因素。在其它实验条件相同的情况下：帧速率越低，抖动感越明显；帧速率越高，抖动感越不明显。例如，在距银幕7.5 米①处，以24FPS、60FPS 和120FPS 三种帧速率，比较不同单帧步进距离的滚动字幕，得到以下结果，见表1。

表1 不同帧速率下滚动字幕的抖动感

通过上面的实验结果可以看到，当帧速率为60FPS 或120FPS 时，任何移动速度的滚动字幕都不会产生抖动感。根据φ 运动理论，当刺激出现的时距低于30ms，人眼难以区分刺激出现的先后[1]。反映在帧速率上，当帧速率大于1000/30，即33.33FPS时，两帧画面之间的时距就会小于30ms，人眼就会将离散运动理解为连续的运动。

当帧速率为24FPS 时，滚动字幕抖动感受字幕移动速度和观看距离的影响。根据心理学研究，当刺激出现的空间差异不超过15 分时，短程似动起作用，人眼感觉到的似动就如同真动[2]。反映到每一帧的步进距离上，即＜tan 15'，经过整理得到：其中，n 为滚动字幕每一帧的步进距离（单位是像素），L 为观看距离，R 为银幕垂直分辨率，H 为屏幕垂直高度。

由于观众在影院观看影片的距离是不同的，对于同一个滚动字幕，不同观看距离上的观众观看字幕时的抖动感也不同。因此，在帧速率为24FPS 的滚动字幕中，当观看距离大于1 倍银幕高度的情况下，如果每一帧的步进距离小于4.71 个像素，则滚动字幕在连续运动时就不会出现抖动现象。为避免出现闪烁现象，滚动字幕每一帧的步进距离可取1至4个，甚至5个像素。

需要说明的是，在数字技术出现之前，滚动字幕也可能存在抖动情况，但由于在那个时期字幕的滚动速度相对较慢，另外胶片的拍摄原理导致字幕存在一定的运动模糊，因此极少发现抖动情况。

5 滚动字幕推荐制作方案

为了能够在最终的影片中获得技术合格、质量过关的滚动字幕，需要在整个电影的后期制作过程中，从制作方法、内容设计、技术环境等方面充分考虑滚动字幕的制作。

5.1 制作方法方面

（1）在字幕制作时，应准确计算并正确设定滚动字幕的移动速度，确保每一帧的步进距离是完整像素高度的倍数，避免闪烁现象的出现。如果采用设定了滚动字幕的起止点位置和时长的方式制作滚动字幕，则可以先计算字幕总的移动距离与时长的比值，再将这个比值设定为最接近的整数值，最后通过调整时长来实现每一帧的步进距离是完整像素高度的倍数。例如在前面的例子中，出现闪烁现象的滚动字幕每一帧的步进距离为2.2917 个像素，则可以将这个值设定为2 个像素，然后将时长调整为3 分26秒6 帧，便可以获得以每一帧2 个像素移动的滚动字幕。如果采用程序生成的方式制作滚动字幕，则可以较好地避免闪烁现象的出现，只需在步进参数的位置输入整数值即可。例如在Adobe After Effects中，通过表达式：[x 轴的起始位置,y 轴起始位置+time*(帧速率)*(n)]，其中“n”为每一帧移动的像素数。当n 取值为“-2”时，便可以获得以每一帧向上运动2个像素的滚动字幕。如果时长不能满足字幕既定的时长，则可以考虑采用不同的速度区间，将部分字幕的步进距离设置为2个像素，将部分字幕的步进距离设置为3个像素。

（2）在字幕制作时，将滚动字幕的移动速度控制在合理的范围。根据前面的实验可知，在24FPS 的帧速率下，要想避免字幕的抖动，滚动字幕每一帧的步进距离应控制在5个像素以下。

（3）在字幕制作时，应选择正确的滚动字幕的分辨率和帧速率。如果影片需要发行不同分辨率和帧速率的版本，应酌情制作相应版本的字幕。

（4）字幕文件应采用无压缩或无帧间压缩的视频格式，避免由于压缩导致的字幕模糊。避免使用运动模糊来试图减少抖动和闪烁，这种做法只会让字幕变得更加不清晰。

（5）在后续的制作中，避免再次对滚动字幕的滚动速度和画幅比例进行调整。

5.2 内容设计方面

（1）根据制作要求，可以适当降低字幕亮度，减少与背景之间的反差，降低抖动感。

（2）避免使用特别细的字体，降低抖动感。

（3）充分利用空间，通过多列方式显示字幕，来减少字幕总体高度，降低字幕移动速度。

5.3 制作技术方面

（1）滚动字幕的审看需要使用专业监看设备，不能完全依赖显示器。如果显示器的刷新率与滚动字幕的帧速率不符，由此造成的闪烁感和抖动感与专业监看设备效果不同，容易产生误导。

（2）电影片尾滚动字幕需要在大尺寸银幕上检验，避免字幕在较大显示面积下产生的抖动。

（3）在任何制作环节，要确保项目工程和监看设备的分辨率设置正确，避免由于分辨率的差异产生的画幅缩放，导致滚动字幕在显示环节由于子像素渲染所导致的闪烁现象。

6 总结

片尾字幕虽然不是一部电影中最为重要的部分，但其表达的内容和其承载的作用在电影中是不可或缺的，一个良好的滚动字幕不仅让观众能够舒适地观赏，同时也是影片质量在细节方面的体现。滚动字幕根据难度的不同有多种制作方法和途径。但只要依据本文推荐的制作方案，就可以根据不同的制作条件采用不同的方式获得一个技术良好的片尾滚动字幕。

作者贡献声明：

马绪怡：负责研究材料准备，研究设计以及研究报告的撰写，全文文字贡献50%；

朱宏宣：负责研究设计改进，撰写和修订全文，全文文字贡献50%。

注释

①当银幕高度为2.5米，银幕宽度为5.975米，观看视角为45°时，观看距离为7.2米，为了便于计算，设定观看距离为7.5米。