影院数字放映设备配置规划设计初探

•背景与意义

随着电影胶转数进程的加速推进和数字放映设备应用的逐步推广，有越来越多的数字放映设备安装到电影院和非影院应用场合，由此提出了一个新的设计问题，即数字放映设备的优化配置设计问题。所涉及的问题是：如何根据已有影院（现场）的物理数据，设计一种比较适合影院使用需求的数字放映设备配置方案，或者为新建影院，在影院设计阶段，给设计人员提出设备配置的建议和影厅座位数配置、放映机安装机位等建议，使其设计实现的方案达到合理优化，即在达到保证放映指标的前提下，运营成本的最小化。

要达到优化的设计，需要收集一系列的数据，且需要一系列的计算、比较和选择过程。因为设计方案的确定受多种因素影响，例如，对不同影片格式需要不同投射比的镜头，2D、3D放映对放映设备光输出（亮度）的需求不同，而且不同的3D放映系统对光的利用率也不尽相同，银幕类型（白幕/金属幕，等高/等宽）、银幕的尺寸大小和增益、允许灯的光衰减量、放映窗玻璃光损、色彩校正光损，放映机和耗材（氙灯、冷却液等）的价格，设备耗电量，甚至不同影厅的座位数等，都可能对放映机的选型及氙灯功率的选择有一定影响。经过一系列的计算、比较和选择，一旦得到合理的设计方案，便可以使影院运营时，既可以保证了影像质量，又可以充分降低运营成本，科学合理地使用资源，从而达到影院利润的最大化。因此，为影院进行数字放映设备优化配置设计是一件非常有意义的工作。

本文就讨论为影院设计配置数字放映设备的相关问题，希望能起到抛砖引玉的作用。

•相关概念

在为影院进行数字电影放映设备配置设计之前，首先应该了解以下几个相关概念。

1．数字影片内容的宽高比（ARc）（Aspect Ratioof Content——ARc）：DCI规范要求数字电影影片内容（数字电影发行母板

（Digital Cinema Distribution Master --- DCDM）与放映出的影像要完全一致，见下表：

DCI规范要求的DCDM数字影片格式（2D、3D）宽高比

早期的数字电影格式（1.3K）内容宽高比与影像宽高比时不一致的，靠加变形镜头压扩获得电影影像。

2．银幕宽高比（ARs）：银幕宽与高之比,它应该与影片内容宽高比相适应；

ARs= SW / SH

SW--- 银幕的水平宽度（m）

SH--- 银幕的垂直高度（m）

3．成像器件的宽高比（ARd）（Aspect Ratio ofDevice ——ARd）：成像器件（例如,DMD芯片）的水平与垂直像素数之比；

例如，1.3k 技术数字放映机, ARd = 1280/1024 = 1.25

例如，2k 技术数字放映机, ARd = 2048/1080 = 1.896 ≈1.9

4．照度（E）、亮度（L）照度是指光照射的强度，单位：Lux，亮度是指单位面积上反射光的强度，单位：FL，cd/ m2（Nit）。

例如，14 FL = 47.97 cd/m2=150.3 lux（银幕增益β=1时）

亮度L与银幕增益有关，成正比，增益越大亮度越大。

5．光通量（luminous flux）和放映机的光输出（Ф）光通量是指光源发射出的光能量或光的流动速率，放映机的光输出是指放映机所能投放出的最大光通量，它们的单位都是流明（lm）。

1 流明= lux ×m2

6. 银幕的增益（Gain of Screen）或反射系数（Reflection factor ——β）:例如：标准白板的增益是β=1。

7．放映距离（PD）(Project Distance ——PD)：从数字放映机的镜头成像面到银幕中心面的直线距离,单位：米（m）。

8．数字放映机主镜头的投射比（TRp）（Throw ratio ofProjection ——TRp ）：它与镜头聚焦长度（Focal length）有关；

因此，银幕尺寸一定、放映距离一定时，要选配主镜头投射比来适应银幕的尺寸。

9．银幕的面积A= SW×SH，单位：m2

10．光损与光衰（D）光损指光在传输过程的衰减量,光衰指随使用时间光强度的衰减量，用百分数表示。

二．计算原理

影院的数字放映设备配置主要设计问题，是选择什么银幕？配置多大光输出的放映机？配置多大功率的氙灯？选定何种投射比的镜头，预计运营成本（消耗费用）是多少？

所涉及的计算问题主要是镜头的计算、光亮度的计算和运营成本的估算。

1．镜头的计算

所需镜头的投射比与银幕大小、影片格式、成像器件的宽高比和放映距离PD有关。一个镜头需要满足多种变焦比,以适应不同应用情况，如，宽银幕、遮幅、非影院应用HDTV、PC、DVD等。

投距与银幕大小的基本关系是：

PD = ARd x SH x TRp

所以：一只镜头的投射比应该即满足宽银幕又满足遮幅的需要。

PD

遮幅TR_flat =--------------

SHf xARd

宽银幕TR_scope= PD / SWs

其关系如图1所示。

如果考虑兼容初期的影片格式（1.3K和MPEG2）以及非影院应用，则需要进行一些修正，才能较好的适应需求。

所以，要选定的镜头投射比TR应该覆盖（TR_scope，TR_flat），即：

TR_scope < TR < TR_flat

Lens scatter: 镜头散射曲线，Projection Distance：投射距离，Screen Width：银幕宽度，

lens calculated: 所计算的镜头

图1 幕宽、距离与投射比的关系

举例说明：

放映机投射距离：PD = 25 m

遮幅Flat: SW = 10.75 m SHf = 5.8 m TR_flat = PD / SHf x ARd = 2.27

宽银幕Scope: SW =13.85 m SHs = 5.8 m TR_scope = PD / SWs = 1.81

因此可选择镜头：投射比为1.6-2.5