从数字放映系统的演变看数字影院技术的发展趋势（一）

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从数字放映系统的演变看数字影院技术的发展趋势（一）

　　【摘要】本文从数字放映系统设备和架构的演变过程，回顾数字影院放映技术的主要发展历程，分析了数字放映系统的体系架构、放映平台的变迁和技术特点，说明数字放映技术的不断创新给电影行业带来革命性的影响，并介绍了目前数字影院放映技术的最新进展，展望新技术在电影行业的应用前景。

　　【关键词】数字影院 数字放映系统 体系架构 DCI规范 发展趋势

　　当您耳闻目睹2015年度国内电影票房已超过440亿，国内数字影院银幕已超过三万五千多块时，影院所使用的放映设备已不是胶片放映机和胶片而全是数字放映系统和数字片源，放映光源已有很多从氙灯更新为激光光源，还有太多层出不穷的技术名词术语，如DLP、DMD、DCI、DCP、3D、4D、HFR、IMAX、CGS，TMS、NOC、RGB、ALPD，HDR、3P、6P等等，新技术应用已应接不暇，这时您有没有想过这些新技术是如何发展到今天的样子，数字影院放映系统是怎样演变而来的？数字放映技术都经历了哪些主要历程？今后将要如何发展？

　　本文就试对数字放映系统技术演变过程进行回顾和解析，并对数字影院技术的发展趋势进行展望。

　　1 数字影院放映系统的演变概要

　　从1998年数字影院放映设备开始研发，数字影院新技术不断涌现并持续创新，使数字影院放映系统技术水平逐步提高和完善，就像数码相机取代胶卷相机一样，渐渐地数字放映机把有一百多年历史的胶片放映机送进了博物馆。图1是博物馆中的胶片放映机。

　　自从数字电影问世以后，数字影院放映系统经历了起步期、观望期、技术规范形成期、设备技术成型知识普及期、技术改进优化期和高速发展期、技术突破和更新换代期。与此相对应的，数字放映机和影院服务器及其配套设备也经历了研发、应用、改进、创新、逐步完善和优化提高的发展演变过程。

　　

　　

　　图1 博物馆中的胶片放映机

　　起步期：2000年-2002年，数字影院原型机到第一台1.3K影院放映设备雏形问世，并小范围影院试用；

　　观望期：2003年-2005年，1.3K放映设备到第一台2K数字放映机的问世和影院应用，并得到影院业主联盟测试和使用，由于技术概念新，加之没有相应技术规范依据，数字放映处于试验性观望期；

　　技术规范形成期：2005年-2006年，DCI数字影院系统技术规范1.0发布，各数字影院设备厂商跟随，开发生产顺应DCI技术规范的产品；

　　设备技术成型知识普及期：2007年-2009年，以顺应DCI规范1.0的第一代放映机为标志的数字放映系统开始部署，数字影院技术知识逐步普及；

　　技术改进优化和高速发展期：2009年-2012年，以顺应DCI规范1.2的第二代放映机为标志的数字放映系统大面积部署，全面胶转数转化；

　　技术突破更新换代期：2013年-现在，以高品质影音、激光放映机和媒体一体放映机为代表的第三代数字放映系统逐步推向市场并被市场认可，高品质影厅部署和旧机光源更新成为发展趋势。

　　从电影技术发展过程上看，数字影院放映机从分辨率、对比度、光输出的提高到光路效率的逐步提高，机器结构的改变，从分立式到模块化设计和体积的逐步缩小，在集成度大大提高的同时，信号处理带宽在大幅提高，增快了信号处理速度，以及支持4K、高帧率等。影院媒体服务器从分立式的到嵌入式一体机结构的变化，使之支持品质更高的影像高技术格式，且安全加密技术的逐步完善，内容管理从本地存储到集中与分布存储结构上的优化，影院放映管理，从TMS、LMS到TLMS影院片库管理系统操控方式上变化，更加方便影院日常操作和设备管理，音频处理支持方面，从支持5.1、7.1、到11.1，13.1，3D沉浸式音响，从二维环绕到三维度全方位提升了观众身临其境的感受。

　　在电影技术发展过程中，虽然也有对数字放映质量的质疑和对胶片放映质量的留恋，但随着数字放映技术的改进提高，胶片的优势已不复存在，终于以令人惊讶的速度走到了尽头。数字放映不仅仅是从胶片到数字的技术转换，而且是从数字2D影音到数字3D和4D影音意境扩展、从标普帧率（24帧）到高帧率、高品质影音呈现的革命性演进，这使电影技术提升到一个崭新的阶段，全面改变了传统的电影欣赏方式。数字电影展现给广大观众是目前最高质量的影像和声音还原效果，它以其在拍摄、制作、发行、传输与放映上的强大优势，迅速地发展，从而彻底改变了电影行业的发展轨迹，与此同时数字影院技术知识得到了广泛的普及和应用。

　　2 数字电影放映机的发展演变概要

　　2002年6月，一种新的电影放映概念，悄然进入了中国。第一台数字放映机（DP50）在中影集团华龙公司安装，用于数字节目的后期制作。从此，数字电影在中国逐步发展起来。

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　2.1 数字电影放映机的演变

　　数字放映技术的研发开始于1998年。初期的数字放映机（第0代）是基于传统胶片放映机灯箱设计的。其架构是在传统胶片放映机的灯箱前加上数字放映机头的DLP（数字光处理）投影系统，其成像器件是美国德州仪器公司（TI）的DLP CinemaTM DMD数字微镜器件，氙灯发出的光经过光路集光折射，影像通过电子图像信号处理送到光引擎——三片DLP CinemaTM DMD （影院级）芯片(M25：1.1" /M10：0.9"（英寸），分辨率1280×1024)调制成像，宽高比1.25∶1，最后经过主镜头和变形镜头将1.85∶1或2.35∶1的影像投放到银幕上。这一代数字机被称为1.3K数字影院放映机，DMD是影院级“黑金属芯片”，其对比度和色彩深度都比普通投影机用DMD芯片高。DMD微镜偏转角±10°，对比度为1350∶1,最终的光输出大约为6000 - 13000流明。

　　由于沿用传统胶片放映机灯箱设计，影院放映人员比较容易接受，但是其光效比较低，平均光路光效为 1－2流明/瓦，机器体积庞大，非常笨重。图2为最初数字放映机的摸样。

　　随着芯片技术的进一步发展，新型2K放映机2003年底问世，采用TI公司的DC2K DLP CinemaTM DMD芯片，使影像分辨率和对比度得到了很大的提高，放映机厂家在光路设计上采用了高亮度投影机的平台，从光效和体积上得到了很大的改进，这一代数字机被称为Series I（简称S I）第一代2K数字放映机。目前还有影院仍在使用2K一代机，其DMD 芯片有1.2" （英寸）和0.98" （英寸）两种，是TI公司分别于2003年和2007年发布的。较之1.3 K芯片，DC2K DMD芯片增大了DMD微镜偏转角，为±12，使其对比度达到2000∶1以上，原始分辨率也达到了2K（2048×1080）。2K放映机的光效也提高一个台阶，光输出可达到30000流明，可处理色彩深度达15位×3。而且对安全加/解密的支持，从支持CineLink I到支持CineLink II，从而满足了数字影院对内容安全防护的严格要求。

　　

　　（a）TI DLP数字光处理原理和影院放映机原型机

　　

　　（b）典型的1.3K数字影院放映机DP50

　　

　　（c）第一台2K数字影院放映机DP100

　　图2 最初数字放映机的摸样

　　德州仪器公司TI在2009年的Showest展会上正式发布了其第二代的DLP数字电影平台DLP Cinema® Series II (简称SII或系列2)。SII是全新的高度集成的系统架构，支持所有上一代S I平台的功能，同时增强了系统的信号处理能力，并在应用上顺应DCI所制定的《DCI数字电影系统技术规范 1.2 》。这给数字电影放映设备带来了核心部件的革新，并为今后电影放映影像分辨率向4K的升级铺平道路。2011年初，基于DLP Cinema® 1.38" （英寸）DMD 芯片的4K数字放映机诞生，分辨率达到了4K（4096×2160），使数字放映技术迈上了新的台阶。另外为了适应更多小银幕的需求，基于DLP Cinema®0.69"DMD芯片的小2K的放映机，在2012年底应运而出，使DLP家族更全面覆盖了从低端到高端的全范围需求。

　　典型的一代、二代放映机外形如图3所示。

　　

　　（a） Barco DLP数字放映机

　　

　　（b）Christie DLP数字放映机

　　

　　（c）NEC DLP数字放映机

　　

　　（d）Sony 基于反射式液晶的数字放映机

　　图3 典型一代、二代放映机的外形

　　而世界上基于TI DLP Cinema®DMD技术的数字电影放映机厂商——Barco、Christie和NEC，以及影院服务器厂家，也纷纷依托各自的技术优势不断地改良设计，提高性能，降低成本，为市场提供功能更强、更经济、更可靠的数字电影放映系统，也带动了多种3D设备、影院自动化设备和影院管理系统技术的发展。Sony也推出了基于反射式液晶的放映机。

　　更令人振奋的是，2014年3月， Barco推出了新一代“灵睿”系列放映机，实现了带媒体处理功能的真正一体放映机，在2014年底正式推出RGB激光光源6万流明激光放映机，基于荧光粉技术的激光光源产品也相继推出，光源寿命达30000小时，对比度超过2600∶1。

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　　2.2 放映机演变的主要表现

　　放映机的演变主要表现在：

　　2.2.1 外形变化 初期的数字放映机是在传统胶片放映机灯箱结构上加上数字信号处理数字头，体积庞大，相当笨重，第一代2K放映机，借鉴投影机的光路设计，使光效提高，结构更加紧凑，缩小了体积。第二代放映机，在TI SII平台上，提高了信号处理部分的带宽和集成度，机器外形变化不大，但后来推出的小2K机，机器外形进一步缩小。从外置影院服务器结构到在放映机上嵌入式媒体服务器，使放映设备一体化，称为第三代放映机。另外，激光光源放映有在放映主机外加上了内置或外置光源和制冷设备等形式，有不同的外形设计。

　　2.2.2 性能提升 在放映机的进化过程中，通过体系架构的改进，大大提升了产品性能，二代机信号处理支持更高的带宽，空间分辨率-成像芯片分辨率从2K到4K，使影像的清晰度得到了提升，时间分辨率从标普帧率到高帧率，使运动影像的清晰度得到进一步提升。

　　2.2.3 可靠性提升 放映机灯电源从单电源模块到多冗余电源模块，有效地降低了由于灯电源故障而停映的风险；灯冗余设计使单灯出问题不会影响放映；硬盘冗余设计使单硬盘故障不会引起放映中断。

　　2.2.4 内容安全防护严密 除了电子锁的安全授权机制外，还有一代机TI接口板Gore升级（将信号处理电路全部封闭防护），二代机的解码LD的有源电路封闭防护，以及IMB /IMS /ICMP的解码电路封闭防护，安全级别不断提高，满足DCI 规范FIPS140-2对内容安全的要求，有效地保护了内容的安全。

　　2.2.5 恒定光输出改善放映质量 从常规模式到恒定光输出模式，使银幕亮度保持恒定，不随氙灯运行时间加长光输出的衰减引起银幕亮度变化而改变，同时也保证等高幕亮度不随画幅宽窄切换而变化。

　　2.2.6 影像质量的提升 从手动镜头加变形镜头到电动单镜头，一键操作可切换画面，缩放尺寸，使等高幕影像遮幅和宽银幕都可充分使用DMD的最大分辨率，不损失额外像素和光输出，提升了影像质量。

　　2.2.7 远程支持 从基于点对点的调制解调器（Modem）的远程接入方式，发展到基于互联网连接网络运营中心（NOC）的全面监控和自动预警提醒，使放映设备的运行与管理更加便捷，使故障处理更加主动和快速。

　　2.2.8 影院媒体服务器 从只能接受HD SDI（A、B线）信号格式，到对4K和高帧率的支持，从只支持5.1 / 7.1 声音解码到可以进行11.1 3D沉浸音和全景声音响，对声音的支持也在不断演进。

　　2.2.9 放映系统操作界面及自动化 从放映灯光轴手动调整到电动调整，从人工手工播放操作，到自动排程播放，以及自动幕帘切换和影厅灯光自动控制。手动控制单厅节目播放，到集中排程播放全自动化无人值守机房。

　　2.2.10 节目管理方面 从无共享片库单机节目载入播放，到带集中片库加分布存储的影院片库管理系统TLMS。

　　2.2.11 光源的革新 从使用早期胶片机时代的碳弧灯、普通短弧氙灯到适合数字机使用的超短弧氙灯，提高了光效率，目前使用激光光源替代传统的氙灯，带来影像质量提升并更环保节能，已成为大趋势。

　　2.3 主流放映机类型及主要技术指标

　　

　　（本表来源于《电影放映员》［M］中国电影出版社 2014-6）（未完待续）

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不错！辛苦了，好文章，我学习了啊

山寨

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