超高清4K電視節目拍攝探討

吳永波

(中儀英斯泰克進出口公司，北京　100025)

?

超高清4K電視節目拍攝探討

吳永波

(中儀英斯泰克進出口公司，北京100025)

摘要:針對超高清4K電視節目的拍攝，結合當前的超高清攝影攝像設備類型，在綜合考慮電視節目畫面的拍攝環境及使用需求，對攝像師日常拍攝中涉及到的問題及關注的重點等進行了闡述，通過對日常工作經驗的積累總結提出了相應的指導建議，對超高清4K電視節目拍攝設備選型及使用操作具有指導意義。

關鍵詞:4K；超高清；設備；拍攝

12K與4K對比

隨著大屏顯示技術的發展，人們對畫面的質量需求越來越高，標清分辨率的畫面已經明顯不能滿足日常電視的娛樂需要，因此高清分辨率以及超高清分辨率的電視節目內容需求越來越多[1]。

當前的視頻節目制作領域，常常會提到高清以及超高清的概念，這些都是電視畫面分辨率的概念；同時還會經常提到2K和4K，嚴格來說這些是電影畫面的概念，現在的電子拍攝設備中這幾種分辨率通常會共存，來滿足不同的節目制作需要。電影與電視2K和4K分辨率對比見表1和圖1。

表1電影與電視2K和4K對比

24K節目制作設備現狀

一直以來4K分辨率的畫面基本上僅限于電影領域，隨著近幾年的發展，4K開始從電影走向電視，電視節目制作者開始使用4K分辨率的設備拍攝畫面，制作畫面質量更高的電視節目。

從拍攝畫面效果來分，當前的4K拍攝設備可以分成兩類，一類是電影類4K視頻拍攝設備，而另一類則是電視類4K視頻拍攝設備。電影畫面和電視畫面最主要的區別在于景深感，電影畫面的景深較小，適合于專題片紀錄片、音樂會、綜藝娛樂創作類節目制作等；而電視畫面的景深范圍則較大，適合拍攝體育、新聞、綜藝娛樂等紀實類節目。

2.1電影類4K拍攝設備

為了得到膠片的電影感畫面效果，電影電子拍攝設備使用大靶面的成像器件。當前多數電影類4K拍攝設備都使用了類似35 mm膠片大小的成像靶面，這樣就能得到35 mm膠片的畫面景深感。

電影類拍攝設備最早也是從2K或者高清開始的，并不是大靶面就一定是4K的分辨率，像索尼最早出現的PMW-FS3，NEX-FS100等，都是使用了超35 mm靶面，拍攝電視高清畫面的設備。各廠家超35 mm成像器件主要產品見表2[2-3]。

表2各廠家超35 mm成像器件主要產品

這類拍攝設備使用了大靶面，由于空間的限制，只能使用一片成像靶面，而筆者接觸到的傳統電視節目制作拍攝設備以三片成像靶面居多。靶面的數量會影響到實際拍攝的畫面像素數量和分辨率。對于三片成像靶面的設備來說，物理像素數量就是分辨率；對于單片的4K拍攝設備來說，使用的是4K物理像素數量，4K的像素數量包含了R，G和B的像素，但是單單R或者G或者B的像素數量都沒有達到4K的數量，因此達不到真正的4K分辨率。目前市面上單片成像靶面的成像器件使用拜耳濾色片的居多，這樣分辨率最多是像素數量的2/3。

電影類拍攝設備最早都是考慮電影鏡頭的使用，高端設備主要使用PL卡口，中低端設備會使用各廠家接口，比如E卡口，EF卡口等等，因此使用電影鏡頭和相機鏡頭居多，對于電視臺來說，傳統的電視鏡頭使用就會受到限制，下文中還會提到。

由于使用大靶面成像，畫面景深很淺，使得在畫面拍攝時焦點很難把控。因此，一般情況下使用這類電影類拍攝設備進行畫面拍攝時增加了跟焦輔助設備，增大聚焦行程，以便攝像師能聚焦準確。

2.2電視類4K拍攝設備

電影類的拍攝設備拍攝的畫面景深很淺，但是電視畫面的效果通常是較大的景深范圍，因此電視類的4K拍攝設備以小成像靶面為主。傳統的電視節目制作設備的成像靶面以2/3 in(1 in=2.54 cm)居多，如果使用3片4K像素的靶面進行畫面光電轉換，對于成像器件的制作有更高的要求。2015年開始出現了2/3 in靶面成像的4K節目拍攝設備，見表3[3-4]。

從各廠家對外公開的信息中可以看出，并不是所有的2/3 in靶面上都是4K的像素數量，而且有些廠家產品彩頁中的信息不完善，有些產品晚些才能上市。

表32/3 in B4卡口超高清4K攝像機

以上這些攝像機使用的都是2/3 in的靶面，同時使用了B4鏡頭接口，所以電視臺里原有的高清鏡頭都可以使用，同時拍攝的畫面和之前的電視節目畫面感覺是類似的。這種4K畫面的拍攝設備及相應的使用方式是電視攝像人員所熟悉的，這樣就提高了工作效率。

如果從節目制作角度來分類的話，可以分成系統節目制作4K攝像機和便攜式4K攝像機。電視類的4K拍攝設備幾乎都是系統節目制作設備，電影類的4K拍攝設備像索尼的PMW-F55/F65(圖2)，廠家通過一些輔助的配件也能實現系統攝像機的功能，但是之前提到的景深淺的原因，在畫面聚焦時對攝像師的要求會更高；同時還要考慮到適用鏡頭的問題，加上LA-FZB2之后可以裝接B4卡口鏡頭。

3超高清4K電視節目拍攝探討

電視行業的發展一直追求著完美的畫面和聲音質量，現代電子技術的發展促進了電視節目由標清過渡到高清，進而再向超高清電視節目制作邁進(圖3)。電視節目指電視臺通過載有聲音、圖像的信號傳播作品的節目。電視節目制作主要分成3個過程：創意與選題、拍攝、后期制作。對于創意和選題來說，超高清4K和之前的高清、標清差別不大；對于超高清4K電視節目的拍攝來說，在當前硬件設備的條件下，是需要值得探討的，進而會影響到后期的節目制作過程，所以以下內容將聚焦于超高清4K電視節目的拍攝過程。

通常情況下，超高清4K的畫面比高清2K的畫面會清晰很多，從圖3中也能計算到，一個超高清4K的畫面包含了4個高清的畫面。對于超高清電視畫面來說，不僅僅是畫面分辨率的提高，2012年8月國際電聯無線電通信部門就發布了《超高清電視系統節目制作和國際交換的參數數值ITU-RBT.2020建議書》，并于2014年6月更新為《超高清電視系統節目制作和國際交換的參數數值ITU-R BT.2020-1建議書》。在建議書中提到了畫面的空間分辨率即分辨率，時間分辨率即掃描刷新頻率，系統比色法即色彩空間范圍，以及信號格式和數字表現等[5]，見表4。

針對當前超高清4K拍攝設備及國際通用的超高清節目制作參數，結合近幾年各電視臺在超高清4K電視節目制作中的經驗，在超高清4K電視節目拍攝制作時以下問題值得探討交流。

3.1畫面聚焦

對于電視臺的攝像人員來說，由標清到高清設備升級之后，聚焦就是畫面拍攝時首要關注的問題，在超高清4K設備使用時，焦點問題仍然是最重要的。上文中提到的電影類4K節目制作設備中，使用的超35 mm的大靶面，使得畫面的景深變得更淺，同等條件下比較超35 mm成像器件的景深是2/3 in成像器件的1/2.5，因此焦點就更難把握了。對于使用2/3 in靶面的超高清設備來說，同等條件下和2/3 in靶面的的高清設備來比，像素點變小，導致彌散圓變小，最終超高清4K設備的景深也變小了，所以畫面聚焦一定要引起足夠的重視。

表4標清、高清以及超高清節目制作交換參數比較

當前的設備中都提供了多種輔助聚焦的方式，最常見的就是峰值功能，還有放大聚焦以及畫面中心區域聚焦顯示等等，攝像師一定要用好這些輔助聚焦功能，僅憑一個小小的液晶屏很難去把控畫面的焦點。

在考慮畫面聚焦的同時，還要考慮到鏡頭的問題。電視節目的拍攝要滿足使用設備進行快速、便捷和高質量畫面的電視制作需求，電影類4K拍攝設備使用了大靶面，鏡頭接口以PL卡口居多，PL卡口的鏡頭多是定焦頭，因此在進行系統電視節目制作畫面拍攝時需要對鏡頭加裝伺服包，或者使用鏡頭轉接環加裝B4卡口2/3 in的鏡頭，盡可能使用變焦鏡頭。對于使用2/3 in成像靶面的超高清系統攝像機來說，鏡頭不是問題了，都是B4卡口，攝像控制好畫面聚焦就行了。

3.2畫面曝光

畫面曝光是要考慮的第二個問題。之前在高清和標清畫面拍攝時，運用好設備中的光圈、增益、快門和ND，使得畫面的主題曝光正常，保證畫面信號電平符合要求。在超高清4K電視節目拍攝中，也是一樣的，運用好設備中的多種參數。隨著電子技術的發展，提高了當前大靶面電影類4K節目制作設備的寬容度。在畫面曝光上，傳統的電視節目制作達到5～6檔的光圈范圍，以索尼的PXW-FS7為例，設備的寬容度達到14檔光圈，所以從畫面曝光上來看，進行畫面拍攝時可操作的空間就更多了。設備中也提供了輔助曝光功能，最常見的就是斑馬紋，如圖4所示，還有直方圖等等，盡量使用這些輔助功能。

要想實現設備的高寬容度，各廠家在設備選單中都增加了對數LOG伽馬曲線，之前常見的電視節目制作中使用的是電視伽瑪曲線(圖5)。在超高清4K節目拍攝時使用對數伽瑪曲線之后，設備實現高寬容度畫面，可以記錄更多的畫面層次信息，尤其是高光部分。隨之出現的問題是使用對數LOG伽馬拍攝的原始畫面發灰，如圖6所示，感覺不通透，使得畫面曝光控制存在一定的困難。這種情況下盡量使用輔助曝光功能，在顯示屏監看畫面時可以選擇顯示器MLUT功能，尤其是系統電視節目制作中，后端技術人員和導演需要看到轉換后的畫面，前端攝像師也需要看到MLUT之后的畫面，現在的設備可以提供多出口輸出MLUT的畫面，圖4就是在圖6拍攝時在顯示器上加載了MLUT之后得到的畫面效果。圖7可以看出通過使用對數伽馬(中間圖)拍攝，經過LUT處理之后(右側圖)，畫面的層次細節信息比使用電視伽瑪(左側圖)拍攝豐富多了。索尼PXW-FS7中加載MLUT選單開關如圖8所示。

在光圈控制曝光時可以考慮采用向右曝光的原則，因為設備的寬容度很高，在成品的電視節目中使用不到這么多的寬容度范圍，因此曝光時可以盡量地讓光圈稍大一些，使得信號的整體電平高些，這樣畫面暗部的細節信息也會更多些，然后后期再去調整畫面選擇使用。

3.3畫面色彩

在超高清4K電視節目制作中一定要注意色彩空間的變化，從圖9的色域圖中可以看到，超高清電視使用的BT2020的色域空間比高清電視使用的BT709要大的多，因此在實際畫面拍攝時需要注意一些問題。

超高清4K色域范圍寬，在拍攝時畫面的色彩飽和度就會降低，同時能夠表現出相鄰顏色的差別，也就是俗話說的色彩比較厚。在設備拍攝端涉及到色域空間問題，同樣在畫面還原顯示端也涉及顯示色域空間問題，拍攝色域和顯示色域同大或者同小，畫面的色彩飽和度都不會變化；拍攝色域和顯示色域不同時，畫面的色彩飽和度會發生變化。用超高清4K的色域拍攝的畫面在高清BT709色域的設備上還原時，色彩飽和度會增加。

通常情況下，在進行系統電視節目制作時，使用波形監視器的矢量圖來監看畫面的色彩和飽和度，現在又增加了空間范圍的問題，會影響到色彩飽和度。現在一些新的波形監視器上已經增加了色域范圍的監控功能(圖10)，這對超高清4K現場電視節目制作是有很大幫助的。索尼PXW-FS7中色彩空間的選擇如圖11所示。

3.4畫面清晰度

按照超高清電視節目制作交換參數，畫面要達到4K標準，使用的成像靶面需要有4K數量的物理像素，理論上要R、G、B三路信號都要有4K的物理像素，使分辨率能達到2 000電視線，當前的設備中，達不到R、G、B分別有4K物理像素靶面的成像器件都會影響到4K分辨率的實現。目前測試的數據還不完善，當前測試過的索尼HDC-4 300可以達到2 000電視線。當然現在還處于超高清電視節目制作的開始階段，隨著技術的發展，硬件設備和性能都還會顯著提高。

3.5超高清4K設備的拍攝使用模式

像上文中提到的，當前超高清4K節目制作設備以電影類大靶面成像設備為主，這些設備都是定位于電影畫面效果的拍攝，所以在使用這類設備進行超高清4K電視節目制作時需要注意拍攝模式問題。下面以索尼的PXW-FS7和PMW-F55為例進行簡要的說明[6-7](圖12)。

在進行電視節目拍攝時，拍攝模式如同設定拍攝格式、編解碼方式一樣重要。在基本設定選單中有自定義和CINEEI兩種模式，其中自定義模式為普通電視拍攝方式，色彩空間使用電視709色域空間范圍，可以使用控制曝光方式，色溫可以調整，伽馬除了可以使用電視伽馬之外也可以使用對數LOG伽馬。畫面能夠實現高分辨率，高寬容度，但是不能實現色彩寬色域范圍。

在CINEEI拍攝模式下，為電影拍攝模式，常用的電視拍攝中常用的曝光控制，色溫調整等都將不起作用。在這種拍攝模式下，色彩空間使用寬色域范圍，同時伽馬也自動匹配使用對數LOG伽馬。畫面可以實現高分辨率，高寬容度和色彩寬色域范圍。

除了以上提到的這些問題之外，還要考慮當前超高清4K拍攝設備制作電視節目與高清電視節目并存的問題，4K設備使用中需要注意的問題等等，由于篇幅限制這里就不再贅述。

以上是根據當前超高清4K拍攝設備以及在前一段時間設備使用過程中的問題進行的總結與分析，希望能對日后超高清4K電視節目制作有所幫助。隨著技術的發展和完善，真正的高質量的超高清4K電視節目將豐富人們的娛樂生活。

參考文獻：

[1]ITU-RBT.2020.超高清電視系統節目制作和國際交換的參數數值[S].2012.

[2]徐軍.4K超高清電視發展趨勢研究報告[J].中國數字電視，2013(10)：24-29.

[3]SONY.PXW-FS7[EB/OL].[2015-06-20].http://pro.sony.com.cn/.

[4]SONY.PMW-F55[EB/OL].[2015-06-20].http://pro.sony.com.cn/.

[5]PANASONIC.AK-UC3000[EB/OL].[2015-06-21].http://pro-av.panasonic.net/.

[6]HITACHI.SK-UHD4000[EB/OL].[2015-06-21].http://www.hitachi-kokusai.co.jp.

[7]SONY.HDC-4300[EB/OL].[2015-06-21].http://pro.sony.com.cn/.

Ultra HD 4K TV program shooting

WU Yongbo

(InstrimpexINSTECImport&ExportCo.,Beijing100025,China)

Key words:4K;Ultra HD;equipment;shooting

Abstract:For the shooting of ultra high definition 4K television program, combined with the type of ultra high definition camera equipment ，the paper describes the problem and the focus on the daily shooting of the camera, and puts forward some suggestions on the selection and operation of the ultra high definition 4K TV program.

中圖分類號：TN948.4

文獻標志碼：B

DOI：10.16280/j.videoe.2016.01.022

作者簡介：

吳永波，碩士，主要研究方向為廣播電視中心技術。

責任編輯：閆雯雯

收稿日期：2015-07-15

文獻引用格式：吳永波.超高清4K電視節目拍攝探討[J].電視技術，2016,40(1)：111-116.

WU Y B.Ultra HD 4K TV program shooting[J].Video engineering,2016,40(1)：111-116.