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Raw、Log、Rec.709有什麼區別？

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後期愛好者,談不上專業,但非常想多了解理論知識。以上3種也百度過就是沒有系統的回答。哪位大神能詳細解釋下,或者推薦一些關於後期,色彩原理的書籍自己查閱。感激不盡。

謝邀。我不想裝逼說我中文不好，但是我接觸這些知識信息的時候全是英文，我實在不知道中文的術語怎麼對照，請大家萬分見諒！

好吧，來回答一下很多朋友問的問題「什麼是uncompressed video, Raw和Log」？

這些都是行業中各種相機在拍攝時提供的錄製格式，還包括外加recorder錄製的格式。所以很多人都暈頭轉向了。

最近有人問我拍Log格式是不是就像拍Raw格式，簡單滴來說呢，yes, and no.

這個回答很籠統，拍攝raw格式其實和raw很不一樣，但是在應用上的功能很相似。

要完全回答它們的區別，首先要了解各種攝像機的背景知識。

首先得明白，ARRI ALEXA相機是唯一一種可以從Log的格式種輸出Raw信息、無壓縮視頻的相機。所以我會一直用ARRI的相機舉例比較。


Raw

拍攝Raw格式也只是在Red One幾年前出來的時候流行起來，Red公司儘管不是第一家提倡Raw格式（以前ARRI和DALSA的相機都能輸出感光器信息），但是它們把這個idea變得十分流行。所以這個功勞得給RED。


So，什麼是Raw？簡而言之就是在感光器運作生成圖像之前的數據信息。例如ALEXA，顏色是通過wavelength通過濾鏡然後生成紅、綠、藍。生成顏色的樣式（最常見的Bayer Pattern）photosites是由柯達的Dr. Bryce E. Bayer發明的。Raw的意義就在於代表了photosites的點數據。因為一個pixel只有一種color value，所以Raw是沒有辦法用監視器看得見。平常監視器能看見東西，是因為一個pixel包含了full color和明暗信息，視頻會告訴監視器明亮度和顏色。但這不代表Raw就不是視頻，Raw是需要convert（轉換）成視頻才能看見和使用。這就是我們電影製作後期的整個de-Bayer流程。也決定了最後你的圖像的明暗和顏色。 Raw的轉換流程會非常耗時，但是有些軟體也會讓這個過程不那麼omg。拍攝Raw的優勢在於在拍攝時不會有任何的視頻處理（像普通的視頻都會經過不同程度的壓縮，在你拍攝時就發生在相機的sensor里了），sensor輸出的就是整個sensor在你操作相機時看到的東西——沒有白平衡、ISO或者其它任何的顏色調整，整一個高逼格，後期空間非常大。

其實每個相機在拍攝時都有Raw這個過程，但是感測器的數據通常都在拍攝時會轉換為視頻輸出信號，但是不是每個相機都會讓你記錄或者輸出感測器拍攝過程。

像Red的相機專門輸出Raw數據。索尼的新機從F65起也開始可以選擇錄製Raw數據輸出還是高清視頻，ARRI ALEXA輸出Raw數據over an SDI connection（同時錄製視頻）。這些相機在監視器上面都進行著轉化Raw數據（所以你在拍攝時才會在監視器上看得見），而ALEXA附加了同步輸出Raw數據的功能。


那麼，如果Raw是sensor上面原汁原味出來的數據，那麼uncompressed又是指蝦米咧？


Uncompressed（無壓縮）

Raw數據並不是無壓縮，相反Raw數據是經常被壓縮過的。Red相機錄製的是REDCODE，然後你可以選擇3:1 - 18:1的壓縮率。同樣，Sony F65在F65RAW模式下有3:1 and 6:1的壓縮比的選項。Raw數據信息和視頻壓縮是相似的方式，而成像壓縮方面也是和壓縮視頻一樣，會有畫質損失。到底成像和壓縮比之間的關係很難視覺上面觀察出來，但是低壓縮比會被認為畫質損失比較小。同樣道理，ALEXA也支持錄製uncompressed Raw data，通常都需要外接recorder。這個是現在最最接近原生態的無壓縮數據信號。


那麼，uncompressed video（無壓縮視頻）又是指蝦米咧？
uncompressed一出，通常暗示著「哇，高端無壓原生態＝畫質好」。這很容易讓無壓縮視頻飛上枝頭變鳳凰。像之前說的，視頻是由Raw數據輸出的信號，或者3－CCD圖形block，只要變成了「信號」，這個過程已經伴隨了各種損失。（信號需要傳遞、翻譯、bla bla bla，複雜的過程，各種損－ －）Raw數據通常都有很高的顏色位深（bit depth），12或者16 bit，但是視頻通常只有8或者10bit。在所謂的RGB 4:4:4視頻中，每個pixel（啊！像素！！）都包含了顏色和明亮的信息，通常都是16 bit depth. 所以視頻從4:4:4到4:2:2，要壓縮首先壓的就是位深，然後是顏色信息。這些都是在相機里拍攝的時候就發生的壓縮（沒拍的時候也有，因為它一直就在相機里啊哈哈哈哈哈哈）。所以在專業的攝像機中，一個標準的HD-SDI輸出信號會被認為無壓縮；然而呢，假如一個HD-SDI信號輸出1920 x 1080, 10 bit 4:2:2呢？HD-SDI還是無壓縮的意思嘛？Well，無壓縮在「no block, wavelet or temporal-based compression applied」的定義上還是成立的。所以我們要是叫它無壓縮 10-bit 4:2:2視頻，總比那啥啊「顏色和位深都壓過了」視頻好聽不是么？

然後回到ALEXA，ALEXA可以輸出uncompressed video 10-bit 4:2:2 (Single-Link HD-SDI) or 10-bit 4:4:4 (Dual-Link HD-SDI)。怪事發生鳥！這個相機本身自己就可以錄12-bit 4:4:4 ProRes，但是HD-SDI只能支持10-bit，那麼其實ARRI輸出的位深比HD-SDI高，但是為了輸出uncompressed video，只能把位深降到SDI支持的水準上??（感覺要變成ALEXA軟文了）

Log
新的索尼、佳能和ARRI相機都有錄製Log模式。當在錄製Log的模式下，圖像的對比度會降低，顏色的飽和度也會降低，但是你在監視器上是能看到圖像的。Log錄製格式也是視頻的一種方式，pixel也顯示著顏色和明亮度的信息。Log不是Raw，是視頻(video)，是一種特殊的錄製方式讓你感測器的能力範圍最大化的方式。

Log最早來源於柯達Cineon掃描膠片系統，系統通過Log這種方式去scan film，然後可以對應最原片的density（中文實在不知道怎麼說了??我想說的意思是The system scanned film into a Log format that corresponded to the density of the original film）。然後這種方式是膠片轉數碼儲存最優化的方式。因為這種數字信息有非常多的灰度，非常低的對比，所以你看監視器的時候需要顏色和對比校對。


索尼、佳能和阿萊利用掃描膠片時用的Log方式應用到它們相機的sensor上，它們在製作的時候input了一個Log gamma曲線去記錄最大化的sensor information。Sony的叫S-Log, 佳能的叫Cannon Log，阿萊叫LogC。它們每一種相機都有自己研發製造的Log系統，但是作用都是一樣的。因為Log是視頻圖像，所以像白平衡啊ISO啊已經打進去了。這種視頻數據需要翻譯後才能看見成像的樣子（不那麼灰、正常的樣子），所以lookup table(LUT)和Rec 709噹噹噹噹登場了。最標準風格的LUT（把Log翻譯成HD高清視頻的樣子）就是 Rec 709。
那麼ALEXA把Raw數據轉換成LogC視頻，然後這些信息都可以通過HD-SDI記錄，LUT可以應用預覽，也可以即時錄製進去。因為這樣，所以一條鏈子：從Raw到LogC視頻或者到高清視頻的過程全部都可以記錄下來。所以問拍"Log是不是就像拍Raw？"這個問題的答案毅然是「yes and no」，但是希望大家明白其中這個複雜的過程。

總結
Raw不是Log因為Log是視頻的格式，Raw本身就不是視頻。Raw數據沒有視頻生成的過程的baked in，然後必須後期進行轉換才能看見。Log本身就是視頻，有白平衡啊感光度的baked in。它們根本不是一個物種，但是它們都是源於「截取最大化的sensor信息」被設計出來，Raw是粗暴滴把整個sensor能提供的一切都錄製下來，Log是一種特殊設計的曲線把sensor的tonal range最大化。

儘管它們的格式不一樣，但都是一樣的基本應用。Raw和Log都可以是無壓縮，但視機器和recording device而定。

暈了沒？哈哈??

08/15/2016 更新
公眾號：熊貓潘
專賣和電影製作有關的一切乾貨，全部原創，歡迎關注。

@Xuexue Pan 的回答已足夠翔實，那麼，我就做一些補充好了。

  1. 嚴格來說，只有Rec709定義了RGB的基色和標準白的色坐標，也即定義了顏色空間，而RAW、Log只是泛泛的說法，如果不加以具體化，並不能指代任何顏色空間。
  2. 現代的CCD/CMOS圖像感測器的光電轉換特性基本可以看作線性，接下來的量化也是線性過程。但人眼對亮度變化的響應是非線性的，接近於冪函數，稱作明度。類似的，人耳對聲壓變化的響應也是非線性的，稱作響度。人眼的這一特性稱作韋伯定律。
  3. 線性量化最為簡單，CD使用的就是16bit線性編碼，有些攝影機的RAW文件是線性編碼，而有些使用非線性。如Sony F65的RAW為16bit線性編碼，而Arri RAW則使用12bit Log編碼。換言之，可以簡單理解為：16bit線性編碼可以表示的亮度級，用12bit Log編碼就可以表示，從而節省了存儲及傳輸資源。這正是韋伯定律的應用。
  4. 攝影機膠片（負片）對照度的響應（密度）也是非線性的，可以用對數函數（log）來表示。因此，數字攝影機的Log是在模擬膠片的這種特性。而Rec709為電視系統所用，由於歷史原因，電視攝像機對亮度的響應也為非線性，是一個冪函數，又稱作伽瑪（gamma）。
  5. 對於當前的電視、電影來說，無論是gamma，還是log，都可以看作是節約比特數資源的一種方法。對於同樣的比特數，如果我們比較線性、gamma與log三種特性，會發現用來描述暗部的量化級數逐漸增多，留給高光的量化資源依次減少。根據韋伯定律，人眼對暗部細節更敏感。實際上，最接近韋伯定律的非線性響應最能節約資源。
  6. 更多信息，請關注以下參考資料。

參考資料
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Weber–Fechner_law
[2] http://www.arri.com/camera/alexa/learn/arriraw_faq/
[1] Poynton, Charles. Digital video and HD: Algorithms and Interfaces. Elsevier, 2012.
[2] https://pro.sony.com/bbsccms/assets/files/mkt/cinema/solutions/slog_manual.pdf

剛剛整理了一下Log的相關知識，這裡只談一下Log

Log一詞來源於單詞logarithm，也就是對數的英文前三個字母，高中時學的對數x=logaN就是這個。所以Log本質上是一條曲線，這條曲線對應了曝光值（橫軸，對數比例，exposure EV）與十位比特深度（縱軸，10bit code value) 的關係。

曝光值不用多說了地球人都知道，0時為18%灰，增進一檔兩倍曝光；比特深度需要具體解釋一下。

數字記錄格式中將每一個像素的亮度和色彩定義為計算機世界中最基本的單位：比特（bit，0和1）舉一個最簡單的例子，一張純黑的圖像（沒有灰色）主需要一個0（黑色）或一個1（白色）來表示圖像中的每一個像素。而在彩色圖像中，每一個像素都是三原色（計算機三原色，紅綠藍）的某種組合。每一個主色都有一個色彩通道，每個主色的比特深度就是每個通道所含的比特數量。

每個通道的比特容量越大，這個顏色的範圍就越精細，例如一個記錄著每個通道8個比特的系統，總共可以使用8個0和1，用來表示每個像素。這其中有28或256個不同的組合——主色有256種不同的強度數據。當三個主色在每個像素上合在一起是，他就能組合出2的8x3次方種，也就是16，777，216種不同的顏色。

在8比特錄像中這個數值從0到255，在10比特錄像中則是0到1023。兩種錄像中，0都表示某種顏色的極端，白色或是其他顏色，而255或1023表示這個顏色的最大值。

一個8比特灰度能非常平滑的顯示出所有我們肉眼能感受到的灰色漸變，但8比特的彩色圖像看上去就是生硬的色塊了——不同顏色間有清晰的分界線。

專業的錄像系統為了避免這種生硬的過度通常都是10比特記錄甚至12比特、14比特、16比特。

這是不同廠商各自的Log曲線對比圖（2014年8月22日數據），Arri稱為LogC，SONY有s-log,s-log3，佳能的則是Clog。

圖上直線的部分便是相機感測器無法記錄的亮度信息（過暗或過亮），曲線部分則是可以被感測器記錄到的部分，這個部分也是感測器的動態範圍了（dynamic range）。

值得注意的三點是：

  • 純黑並不是記錄為0，每個生產商的預設值都有不同，最高記錄深度也不是10比特的最高值1023。

  • 同樣不同Log演算法可以獲得最亮值（動態範圍的高光部分）也不同，如Arri的LogC能達到3500%，而佳能的Clog只能達到800%。

  • 不同演算法對於18%灰的預設值也有不同，所以同樣參數下曝光也有可能不同。

第二節：Log格式的起源


Log格式最早追溯到膠片時期的膠片光密度法，這種膠片成像原理最早由亨特（Hurter）和崔菲（Driffield）於1890年發明，所以叫HD曲線，簡稱為LogE。它繪製了曝光量（E）在橫軸上的對數分布，而光密度的變化量在縱軸上表達。

在現代數碼影像的運用上則是柯達首先發起的。

1990年柯達發明了一套基於數字電腦的膠片掃描系統Cineon System，為了最大化的獲取膠片上的光學信息。在當時這個超前的系統（由掃描儀、工作站軟體和記錄儀三個部分組成）均得了學院獎的科技進步獎（AMPAS Scientific and Technical Awards）。

儘管現在這個系統不再出售，但是它所留下來的10比特Log文件記錄設計成為了現在的數字攝影標準的基礎。

所以在目前，有著快一百年膠片研究經驗的Arri公司的LogC演算法是最受電影攝影師歡迎的Log。

第三節：我們為什麼需要Log格式


說到這裡你肯定要問了：為什麼一定要是對數？為什麼是Log？

答案很簡單：因為對數最符合人體的感知。

先舉個例子，假設我們有一盞燈，你會覺得是一個亮度單位，再點亮一盞，一會一下子就覺得，比剛才亮了一倍；但是這時候如果再點亮一盞，你並不會覺得亮度的改變有剛才一樣大了，也就是說，三盞燈的亮度和兩盞燈的亮度相比你並不會感覺到什麼。可如果總共亮起四盞燈，對比兩盞燈的亮度，就會像是兩盞燈和一盞燈的對比了。這是對數的變化。

再舉一個例子，如果我們有1000盞燈需要代表100個亮度單位，我們可以有兩個方案：

  • 用每十盞燈代表一個亮度單位的變化。

但是這樣的話，我們便無法細緻的感受到從0-10個亮度單位變化的差別了。

同樣我們也無法感受到99盞燈於10盞燈的區別。

  • 或者我們可以單一的用一盞燈代表一個亮度單位。

但是這樣的話，超過一百盞燈的亮度差別都不會有表示了。

總而言之，這種線性的換演算法則總是會有兩個缺陷：表現暗部的能力不足（A)和為了避免它的亮部細節丟失（B）。

而使用Log演算法則很好的解決了這個問題。形象點的說，Log所做的就是把暗部拉上去，亮部壓下來，來符合人眼的感知。如此一來，我們看到的畫面也就有了「更大」的動態範圍。

但事實上感測器的動態範圍並沒有變得更大。

下面是針對斜體字的補充

"Does a LOG camera have larger dynamic range?

Strictly speaking, no. Here is the correct answer. You should say a LOG camera is:" A camera, which enables the output of images expressed in a LOG gradation." As I have explained the above, LOG image is a mean of expression, which enables you to store a wide dynamic range image.
However, actual dynamic range depends on the kind of camera model.
lt is possible that even a camera which allows a user to choose a very wide dynamic range LOG format to actually have a quite small recordable dynamic range."

第四節：為什麼Log格式看起來這麼灰


這個其實很好理解，只需要明白兩個概念：場景對應圖像（Scene referred images）和輸出對應圖像（Output referred images）就可以了。

大部分圖像信號在被感光原件產生後都是場景對應圖像，在機內經過了某些處理後變成了輸出對應圖像。

就好比用膠片攝影，拍出來的負片就是場景對應圖像，沖印的過程就是某些處理，處理過後得到的正片便是輸出對應圖像。這個例子就是想讓你明白，Log文件作為場景對應圖像，被產生出來就不是為輸出監看使用的。

而對應Log文件的某些處理有LUT（look up table）載入，也可以是現場調色等。REC709等就是為此而生。

學院彩色編碼規範

首發於我的個人微信公眾號

http://weixin.qq.com/r/9UxhecDEAJ1-rYQa9xnn (二維碼自動識別)

給吃貨們一個解釋：

raw 就是各種生肉 帶著毛 滴著血 所以沒法吃。
log就是熟肉，灼了一道熱水熟了而已 可以吃 但不好吃。
REC. 709就是照著某本菜譜做的肉菜之一，能上桌吃了 最大眾的做法。還有各種五花八門的做法。

攝影師是屠戶 負責提供各種生肉，後期師傅是廚子，老闆是客戶，愛吃什麼他們說了算。

但上了桌的菜 是沒法再變回生肉的，切記。留的生raw在，不怕沒菜吃。

Raw是data：一堆待收拾的數據，處理後才看得到畫面，需要很大儲存空間。

Log是視頻格式：可以類比成濾鏡，保存下來還是視頻，但對比度低，顏色灰，給後期留下空間。較小儲存空間。


Rec709是HD視頻規格：it standarizes how HD looks on television。

（如有錯誤歡迎指正）

作者：孔維正超驗工作坊
鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/26626939
來源：知乎
著作權歸作者所有。商業轉載請聯繫作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。

作為人造的數碼感光元件來說，對於光線強弱的反應敏感程度往往呈現出線性態勢。而數碼感光元件較之於傳統膠片的劣勢就在於攝影機膠片（負片）對照度的響應（密度）是非線性的。這種非線性的函數被稱作log。Log格式最早追溯到膠片時期的膠片光密度法，這種膠片成像原理最早由亨特（Hurter）和崔菲（Driffield）於1890年發明，所以叫HD曲線，簡稱為LogE。它繪製了曝光量（E）在橫軸上的對數分布，而光密度的變化量在縱軸上表達。以下是柯達膠片的感光敏感度對數表。

像電視系統中的gamma這個詞一樣，在現代數碼影像的運用上，「log」這個詞其實可以被理解成一個模擬傳統膠片對明度響應的對數函數的表達方式。起源於柯達在1990年發明的一套一套基於數字電腦的膠片掃描系統Cineon System。儘管現在這個系統不再出售，但是它所留下來的10比特Log文件記錄設計成為了現在的數字攝影標準的基礎。

就像人類的視覺系統對於不同的光線條件合理分配圓錐細胞和桿狀細胞的活躍性比例一樣，對於當前的電視、電影來說，無論是gamma，還是log，都可以看作是合理分配感光原件上資源的一種方法。根據韋伯定律，人在越弱光的環境中人眼對暗部細節更敏感。所以，為了符合人類視覺系統的這一特性，數碼攝影機或者攝像機也設計了不盡相同的演算法來合理分配感光元件在不同光亮條件下對於明暗部分的不同敏感度。比如，Arri稱為LogC，SONY有s-log,s-log3，佳能的則是Clog。以下是不同廠商生產的攝影機的感光曲線圖，和Arri艾麗莎所設計的針對不同光線條件下的感光能力分配圖。

而Raw並非是一個視覺信號的概念，並且不是一個能被看得見的數碼格式。Raw指的是某個感光元件在激活的狀態下所記錄的所有內容。而這些內容是可以被某組對數函數解碼成為視覺信號的。而Log之所以重要，是在於它能夠將Raw的內容最大程度的記錄下來，並且符合人類視覺系統的特性。所以，我們看到的世界本身並非是世界的本來面目，而只是冰山一角。但是我們在不停地把這個世界拍成我們用眼睛看到的冰山一角。Log可以說是將機器看到的世界解碼成我們視覺系統想看到世界的樣子的一個程序性的解碼器。為什麼我們需要Log，需要Raw，是因為我們始終覺得世界符合我們對它的期待那就是美。所以看到什麼不重要，看到想看到的才重要。而看到想看到的世界，需要我們追求更高的技術和對自己更深的認知，才能看到期待中的世界，電影就是這樣被發明的。

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