前期拍攝的HDR現場制作對畫面細節和層次的提升

□ 吳茸茸

前期拍攝的HDR現場制作對畫面細節和層次的提升

□ 吳茸茸

一、背景

在實際錄制節目的現場，以廣西電視臺300演播室為例，負責多檔廣西電視臺王牌節目的錄制，我們發現攝像機只要拍攝大全景或者廣角的景別，對比人眼看到場景的還原的效果差距是比較大的，比如人眼看到的畫面是圖1，色彩更細膩，細節更清楚，層次更分明，而實際錄制出現的效果是圖2，畫面效果色彩不夠豐富，物體細節和暗部層次明顯丟失，甚至識別不出來是何物。

圖1

圖2

二、目前畫質技術的提升方式

鑒于目前現場制作節目畫面出現的局限性，結合當前對電視畫面畫質的提升，我們從兩個方面思考畫質的提升技術。

從像素上考慮，樸素的觀點是圖3，像素從FULL HD（1920×1080）過渡到 4K HD（4096×2160）到未來的 8K HD（7680×4320），畫面的細膩度隨著像素的提升而提升，展現的細節將呈倍數的擴大（圖3）。由于8K HD的標準還在討論中，主流的4K HD是由2005年數字電影倡導聯盟（DCI）制定的新一代高分辨率數字電影機的標準，尤其在體育比賽、音樂演唱會和舞臺劇制作上，4K在畫質、動態范圍、邊緣解析力景深控制等維度擁有強大優勢（圖3、圖4）。

圖3

圖4

如何讓畫面層次更加豐富，展示畫面更多內容？如果加載HDR技術（HIGH-DYNAMIC RANGE的簡稱），將使畫質能還原到接近人眼還原的級別，通過擴展色域、增加幀頻，加持軟件+硬件+算法的方案增加周邊設備對4KHD視頻信號畫面進行增強，實現畫面從暗部到亮部層次更細膩，顏色過渡更平穩，還原出更接近人眼動態范圍所及的圖像，進而帶給觀眾更生動逼真的觀看體驗。

三、流程上實現HDR的難點

如何實現HDR？我們從技術和實現兩個維度對目前的狀況進行闡述。HDR技術原則上要求無限接近人眼的色彩還原度，要達到兩個標準：一是更加廣闊的色域，二是更加高的對比度。

色域，指給定的視覺媒介所能表達的顏色范圍，指定R、G、B三個主色的色彩飽和度和鮮艷度，以及能從這些主色中分離出來的所有顏色。目前的電視節目絕大多數采用ITU-R BT.709的標準進行錄制和播放（圖3左），要求用更廣闊的色域，目前的可行方案是用BT.2020（圖3右）的標準代替709色域范圍，這是一個三維坐標系（圖5所示），過去我們忽略了亮度對色彩的表現，誤以為色域只在二維坐標系中展現，但實際上如果提升擴展亮度范圍，整個色彩的三維空間將呈幾何倍數放大，同時，同一種顏色在不同的亮度等級下給觀眾的主觀色彩感受并不相同，由此可知，HDR技術的關鍵之一還是增加亮度。

圖5

在硬件上，從片源、編碼、壓縮、傳輸、顯示終端整個流程，實現就不容易，目前來說，BT.2020補充色溫是靘藍色區域，這個顏色對正常繪圖來說不是一個專業的而且重要的顏色，需要在專業監視器和激光顯示器上實現顯示。LED的光譜不是連續的，某些波長的光源難以找到合適的材料或者成本極高，所以必須找到經濟實惠、壽命有保證的LED材料，如藍色發光二極管（2014年諾貝爾物理學獎）。目前3種主流實現方式：

1.升級和使用色域更廣的白色LED或者LED燈組；

2.使用白色LED+純色LED補充色域；

3.使用熒光粉補充色域。

對于對比度，在軟件上需要新的編碼標準來實現，目前有通過調整GAMMA曲線的方式，要求在整個流程鏈條中，片源、編解碼、顯示到終端設備廠，從各個影視公司、DV設備商、發行商和網絡平臺都需要統一相關協議。

在硬件上，要達到更高的對比度，俗話說就是亮場更加亮，暗場更加暗，做到亮場更亮，HDR技術要求達到800-1000NIT，必須控制溫度和負載均衡才能保證硬件的壽命。目前的材料中LED壽命和溫度指數相關，散熱必須設計好，主流LED廠商工藝基本相同；OLED材料通過使用OLED+RGB的濾光片來實現，直接使用RGB三色，OLED材料壽命比較難保證。至于暗場方面，OLED動態特性可以實現每一顆都可以單獨關閉，實現純黑，也就是對比度可以達到無窮。而關于LED材料的方案，比如，1080P的液晶面板下再鋪一層1080P的單色液晶面板進行背光，這種方案費用高，不實用，另外有區域背光技術方案，利用人眼對光線的感知其實分辨率并不高的特性，不需要將背光分成1920*1080那么多區域，大約10*10的區域，從100個區域的背光值根據畫面單獨調節是性價比高的做法。用LCD+背光的方式，動態對比度可以提升到100000∶1的級別。

四、前端現場場景拍攝制作

在電視制作的現場場景的前期拍攝中引入HDR的技術，流程（圖6）如下：

圖6

可以從流程中（圖6左）看出，在前端拍攝中引入HDR拍攝，在拍攝技術上還是有些特點，在拍攝籌劃階段，選擇變焦鏡頭，趨向選擇長焦鏡頭，比如19-90MM，14-35MM，85-300MM 電影變焦鏡頭，107倍長焦箱式鏡頭等，攝像機拍攝模式選擇調整色域為BT.2020，感光指數EI設置為800，伽馬曲線為S-LOG3的攝像機，為后期剪輯在素材中保留更多的層次并防止噪點，讓暗部寬容度更大一些，保留暗部細節，格式上如果是4K，分辨率設定為3840*2160P，50P拍攝幀頻，同時，如果攝像機機型不一致，可通過調整調整色彩矩陣實現色彩一致性。

拍攝多應用于體育館、演唱會和舞臺的場景，在拍攝方法上對構圖、跟焦、對焦有嚴格要求，比如：需要大光圈拍攝低照度的場景，經常進行長焦拍攝，一是通過光圈的控制從而控制景深范圍，二是通過機位移動調整機位距離，盡可能離拍攝主體更近一些，以獲得足夠的近景與特寫效果。

在現場制作切換中（圖6中），改變節奏快、變化多、特殊機位多的切換習慣，多切換大全景和特寫鏡頭，加大停留時間，強化HDR效果。

在現場制作節目中通過攝像機實景拍攝加外圍設備來進行編輯和控制（圖6右），在現場切換臺后引入一個轉換器（圖7），該切換器能實現實時多種輸出轉換需求。比如可以實現分辨率、HDRSDR、色域、伽馬曲線等4種方式的轉換。

圖7

（一）分辨率轉換：

1920*1080轉換為3840*2160(4K)

（二）HDR/SDR的轉換：

4K SDR轉換4K HDR

4K SDR/4K HDR轉換HD SDR/HD HDR

HD SDR轉換HD HDR

（三）色彩空間轉換：

ITU-R BT.709轉換BT.2020

4OETE轉換

BT709轉換S-LOG3

（四）伽馬曲線：

S-LOG3轉換HIG/PQ(ST2084)

需要注意的是，整個流程需要專業的HDR監視器監看，同時整個制作現場必須使用單一一致的格式。

五、總結

在直播錄制制作節目現場，前期拍攝引入HDR制作，對現場大全景、廣角鏡頭、VR全景360°拍攝，演唱會、舞臺劇、模擬場景等大面積的黑色暗色，體育直播大全景的畫面，能清晰呈現最亮到最暗的層次細節，以及更廣闊的色彩空間。另外，前期加持HDR技術輔助拍攝素材，為后期剪輯人員提高剪輯效率，增加了后期編輯畫面更廣闊的可拓展空間，電視也可以給觀眾呈現電影般細致震撼的觀看效果。同時，除了廣播電視行業，它也可以運用到影院、教育、醫療、娛樂等領域。

（作者單位：廣西電視臺）