電視綜藝節目的4K超高清拍攝探討

羅洪峰

【摘 要】 結合4K超高清技術的特點，探討在現階段綜藝類節目進行4K超高清拍攝中攝像機的選型、拍攝方法及后期制作的 匹配等方面的實踐，以實現更清晰、更真實的現場還原能力，提升畫面表現力和藝術創作力。

【關鍵詞】 4K超高清技術；電視綜藝節目；高動態范圍；高幀率；拍攝；攝像機

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.06.013

Discussion on 4K Ultra HD Shooting of TV Variety Show

LUO Hong-feng

（Radio and Television Shanghai， Shanghai 200041， China）

【Abstract】Combined with the characteristics of 4K ultra HD technology， the author discusses the practice of the selection of camera， the method of shooting and the matching of post production in the 4K ultra HD shooting at the present stage， in order to realize a clearer and more real scene reduction ability， improve the ability of the image and the artistic creation.

【Key Words】4K Ultra HD technology； TV variety show； high dynamic range； high frame rate； shooting； video camera

1 4K 超高清技術發展背景

中國電視4K超高清技術的發展伴隨于終端電視機市場的顯示技術的發展，倒逼前端內容制作的拍攝質量同步提升，同時也對傳輸鏈路提出了新的要求。2017年開始，廣東省對超高清產業投入了巨大的人力、物力，由政府主導推動4K產業發展，開通了第一個4K播出頻道；同時，中央電視臺開始嘗試在有線電視機頂盒的央視專區上線央視春晚4K節目的點播。2018年3月，從CCBN展會上的展示及會議內容可以明顯感受到，4K技術的發展受到業界重視，并且眾多有條件的省市電視臺紛紛提速對4K制播業務的布局，除電視臺外還有各類視頻網站和互聯網電視企業，也對4K技術積極應戰。隨著寬帶中國戰略和5G技術的發展，通過網絡播放超高清節目變得水到渠成。不管從市場角度還是創新角度，內容產業的4K技術訴求變得越來越緊迫。

上海東方傳媒集團有限公司在2016年底建造了國內最大的4K轉播車，積極籌備4K實驗頻道，做了大量的測試，東方衛視著手儲備一定的4K節目內容，在有條件的情況下盡量保留最初拍攝的原始4K素材，便于后續超高清內容的制作和素材積累。

本文探討在現階段綜藝節目中嘗試采用4K超高清技術拍攝、制作實現更清晰、更真實的現場還原能力。

2 4K超高清技術制作的優勢

從專業技術角度講，所謂的4K超高清技術，除了分辨率提升外還有其他4個維度的擴展，即寬色域（REC.2020）、高動態范圍（HDR）、高幀率（HFR）、高量化精度，如圖1所示。

（1）4K技術表現最明顯之處在于，顯示分辨率的提升，使得畫面更加精細。影響畫面的精細度有兩個關鍵因素，畫面的有效像素和垂直分辨率。畫面的有效像素越高，在相同尺寸畫面上的晶格就越小，像素越精細。由于人眼對于影像的垂直分辨率相當敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨識越多的細節與層次。

（2）色彩層次與細節的增強，使得畫面還原度更高。從標清到高清顯示系統的轉變，實際上主要是分辨率方面的升級，在色彩方面并沒有太過明顯的提升。進入4K超高清技術時代，畫面的變化除分辨率出現飛躍式的提升外，色彩方面的變化尤其引人注目。這一部分體現在ITU-R（國際電信聯盟無線電通信組）最新頒布的BT.2020超高清色域標準之中。

（3）4K視頻系統的圖像信號編碼精度是10 bit，甚至是12 bit?，F階段高清或全高清系統通常采用的是8 bit圖像信號編碼，因此，無論是灰階層次過渡還是色深的層次表現，都比高清系統有較大的提升。

在圖像質量的5個基本要素中，分辨率、量化精度和色域其實更多的是處理制作層面的提升，真正與拍攝相關并且對內容產生重大影響的是HDR和HFR，這兩個要素可以大大提升畫面的動態范圍和運動表現力，與HDR電視配合能夠更真實地還原現場，并呈現更微小的細節。

據市場調查機構IHS Markit預測，至2019年符合超高清聯盟驗收標準的HDR電視的出貨有望從2016的290萬臺激增3 260萬臺；ABI Research也預測，到2020年將有70%的4K超高清電視機支持高動態范圍、高幀率和沉浸式音頻等新技術。因此，在實際拍攝中，需要對這兩種技術進行重點研究，了解這兩個技術的特點和應用環境，拍出高清SDR（標準動態范圍）無法實現的效果。

3 綜藝節目4K超高清制作的應用基礎

3.1 綜藝節目的場景分類

目前國內的綜藝節目，從拍攝場景區分可分為兩大類，棚內拍攝和戶外拍攝。棚內拍攝屬于傳統型的制作方式，從模擬到高清時代，基本原則可以沿用，但隨著清晰度的提升，對電視制作相關的燈光、舞美、道具甚至化妝等工種都提出了新的要求，不過棚內的拍攝條件相對可控，即便升級到4K制作，也可以根據4K拍攝的環境要求，調整相應的光比和舞美效果。戶外拍攝的真人秀類節目，為追求真實性，偏向于紀錄片形式，由于其內容形式的開放性，存在諸多不可控的因素，會影響到4K拍攝效果。

3.2 采用高動態范圍拍攝的優勢場景

日本NHK在超高清技術領域走在了前面，在奧運會上嘗試了8K技術和22.1聲道音頻技術的直播，并總結出了凸顯HDR超高清拍攝優勢的場景：

（1）戶外大自然景色，高亮度場景，如艷陽天、下雪天；

（2）高光比的場景，有顯著陰影的場景（見圖2），體育場有陰陽間隔的場地；

（3）音樂會，特別是使用激光、聚光燈的音樂現場演出；

（4）對大屏幕或投影亮度有一定要求，可對人物面光造成影響的場合；

（5）賽車比賽，特別是拍攝賽道，以及車身反光部位的細節；

（6）日落場景；

（7）室內外窗戶透拍及夜景翻拍。

戶外拍攝經常會遇到上述的一些場景，尤其是跟拍真人秀的攝像機對便攜性和移動性有極高的要求，相比演播室訊道攝像機，拍攝時就會犧牲一定的畫面質量，在對動態范圍要求較高的場景尤其如此。如東方衛視的《極限挑戰》，由于其拍攝形式的開放性，以及事件發展的不確定性，即便事先勘察了大致的行進路線，計劃了拍攝預案，在實際拍攝過程中會頻出突發狀況，因此，對攝像師的拍攝技術和臨場應變能力是“極限挑戰”。

而采用HDR拍攝，攝像師不用過多擔心光圈和畫面明暗的影響，可以把精力更多地集中在站位和構圖方面。

3.3 采用高幀率拍攝的優勢場景

HFR拍攝也能提供更具沖擊力的畫面表現形式，李安的《比利林恩》120幀/4K/3D 的制式拍攝，猶如實境體驗，炸彈爆炸的全過程，泥土好像在身前飛散，給觀眾帶來了極度清晰和真實的視覺感受，整個影片比正常的24幀電影放慢了節奏。

當然從電視綜藝節目的角度，不需要全程120幀拍攝，在棚內或戶外的某些競技類節目中，如舞蹈雜技、體育賽事類節目等，可以采用4K高幀率拍攝（見圖3）。目前的超高速攝像機可以實現4K、1 000幀左右的高速拍攝，然后通過專業的4K服務器進行慢動作重放。目前的常規4K手持單機也可以做到240幀的升格拍攝，如果在高速拍攝時不想影響景深（打開光圈），必須有相應倍數的光照來照亮場景或拍攝對象，如100 f/s下拍攝場景需要四倍光照能達到正確曝光，200 f/s下拍攝場景需要8倍的光量能達到正確曝光，并且僅在正常25 f/s的幀速率播放下。這對演播室拍攝環境或者晚上的戶外拍攝可能要求較高，但白天正常光照下的真人秀拍攝，正好可以讓這一技術一展身手。

因此，不論是棚內綜藝還是戶外真人秀綜藝，都具備超高清拍攝的基礎和應用場景，當然需要其他工種的相互銜接，滿足拍攝條件，使畫面更具表現力。

4 現有條件下4K超高清綜藝節目的制作

4.1 4K超高清攝像機選型

人眼的光亮范圍相當于攝像機的40檔光圈，常規SDR拍攝時可實現10檔光圈，遠小于人眼可調節的范圍，即便是人眼沒有瞳孔變化時的典型范圍也在16.7檔。目前，4K超高清攝像機光圈的寬容度可做到12檔～16檔，接近人眼沒有瞳孔變化時的動態范圍。在攝像機選擇時，HDR的主流標準目前有兩種，一種是杜比推薦的PQ曲線，還有一種是BBC（英國廣播公司）和NHK（日本放送協會）聯合推出的更適合電視快速制作的HLG曲線，其動態范圍和電平比如圖4所示。

《極限挑戰》節目SDR版和4K超高清版選用的各類攝像機見表1。

為了給后期提供更為廣闊的調色空間，前期盡可能保留信息量更大的HDR原始素材，根據戶外真人秀的拍攝特點和實際場景，主要拍攝機位選擇了4K攝像機機型。以索尼Z280為例，可以同時記錄4K HDR版和SDR HD版兩種素材，以HDR拍攝為主，設置好與SDR版的對應關系，既可作為備份素材，也可作為高清剪輯使用。根據技術部門的主客觀評價，由4K HDR下變換到SDR HD的畫面質量要遠高于現階段X280高清拍攝的質量，從圖5的對比中可以清晰地看出，4K超高清畫面的信息量要更豐富。

Z280作為一款4K超高清手持式攝錄一體機，3片1/2 4K成像器，10 bit 4：2：2編碼，支持HLG/BT.2020，便捷HDR制作，4K高清雙版本同時錄制（見圖6），適合戶外真人秀類節目的拍攝特點。攝像機可選擇相應的SLOG3、HLG或PQ、C-LOG等不同HDR標準，前提是要適配后期設備進行HDR調色和剪輯。

4.2 使用更為便捷的HLG HDR拍攝

在Z280上可以選擇HLG標準進行HDR拍攝（見圖7），并可開啟柱狀圖和動態范圍高亮閾值的實時顯示（見圖8）來幫助攝像師掌控整個取景范圍內的亮度動態范圍。

相對于室外的不可控環境，棚內綜藝節目的拍攝可以針對4K超高清技術特性進行更合理的人為設計，尤其是在燈光、舞美道具和服裝化妝層面。傳統高清節目拍攝，為了照顧電視播出效果，在整體設計時常規的燈光光比為3：1左右，大屏幕最高亮度也不會超過500 nit，舞美道具盡量避免使用高亮度的燈帶和燈箱，服裝也盡量避免使用白黑對比強烈和反光的面料，這些限制顯然限制了藝術創作的空間。

如果使用HDR拍攝，按照最低HLG 1 200%的動態范圍為標準進行設計，光比可以實現6：1左右，大屏可以實現1 000 nit左右的顯示，而對服化道的解放就更明顯。但是在燈光設計時，需要注意環境光提升之后的面光補償。

圖9是SDR和HDR拍攝效果的對比，可以看出HLG圖像在高光和暗部細節都表現得很好，顏色層次更加豐富，更加接近于人眼所見的色彩。相對比于PQ/S-LOG3母版的高質量HDR視頻制作流程，HLG的HDR拍攝為沒有時間進行精細后期調色的節目提供了很大的便利，更適合拍攝快餐型綜藝。

棚內4K拍攝的攝像機的選擇相對比較廣泛，幾大攝像機廠商都推出了各自的4K HDR攝像機。雖然在具體參數和指標上有一定區別，但其提高拍攝動態范圍的根本目的是一致的，其制作流程也基本相同（見圖10）。

4.3 使用升格拍攝

除了高動態范圍的拍攝外，升格也是4K超高清拍攝的重要手段，拍攝時需要注意以下三個因素。

（1）幀速率：正確展現動作時需要的幀速率以及在播放時希望動作持續的時間。

（2）快門速度：多嘗試不同快門速度，找到預期效果的一種。

（3）燈光：盡量無頻閃。

高幀率拍攝時，若是在戶外的日光下，補償曝光時間的問題要少得多；若是在室內的人工照明下，幀速率加倍時必須小心調動燈光，同時還要解決光源的頻閃問題，甚至需要專業的降頻閃設備。在滿足光照強度的前提下，4K高幀率拍攝在低速播放時能展現高速運動的清晰細節和軌跡。

4.4 4K超高清素材管理

海量素材管理是超高清拍攝不得不面對的現實問題，4K素材的數據量至少是高清素材的4倍，按照目前綜藝節目平均20信道的制作規模，采用目前較為常用的XAVC 4K 50 p編碼，全信道4K錄制一天（按10小時計）的數據量大約在40 TB；如果采用蘋果PRORESS HQ 50 p的4K編碼，數據量更高達160 TB左右，后期的存儲至少是PB級的。

目前大部分后期制作公司都需要擴容，同時對素材的定期存檔也提出了新的要求。真人秀節目選用的機型，如PXW-Z280采用了4：2：2 10 bit編解碼器，可以機內錄制XAVC Intra/Long和MPEG HD422，也支持MPEG HD和DVCAM格式記錄，記錄介質為SXS或SD卡，一張256 GB的SXS卡錄制4K大約2小時。所以，現場需要有DIT（Digital Imaging Tcehnician，數字影像工程師） 進行及時的素材拷貝，或者攝像師自備2 TB的存儲硬盤進行素材備份（見圖11）。

在素材預覽方面，可以使用索尼Content Manager，將XAVC 4K 4 096×2 160素材轉換為低碼率，方便檢索和瀏覽。

普通質量4K節目制作，可以用相對較低的資源進行4K后期制作，采用壓縮比率較高的壓縮視頻文件，這樣在存儲容量、帶寬占用、處理速度上對硬件的要求較低，例如采用4K XAVC編碼的4K后期節目制作。而高質量4K節目制作，追求高清晰度，一般采用高畫質的RAW格式，即前期拍攝時采用ARRI（ARI）RAW格式，需要很大的存儲量，如Apple ProRes 4444編碼器的QuickTime格式，1小時RAW原始素材為：6 840 GB/h（1.9 GB/s），1小時的渲染后無壓縮的素材為：18 TB/h（6 840×2.6）。因此，現階段還不適合作為多通道綜藝節目的選擇。

4.5 4K超高清素材的傳輸

除存儲問題外，后期制作還要考慮4K素材的傳輸問題。4K項目在硬盤的存儲量、制作中數據交互傳輸等方面的技術要求都比2K項目成倍提高，比如：2K實時讀取要求持續帶寬為370 MB/s，4K實時讀取要求持續帶寬為1 480 MB/s（1.5 G/s）。

如果用萬兆網路傳輸，播放時長1 s的制作成品需要6倍的時間完成傳輸。因此，在滿足節目要求的基礎上，盡量采用低碼率制作，以制作提高效率。

4.6 4K超高清的編輯處理

在前期錄制時，注意統一時間碼生成完全一致的高低碼兩個版本，后期采用套剪的方法實現4K輸出。當然，4K的特效生成需要花費成倍的時間，目前可以嘗試云渲染等技術幫助提升效率。

HLG帶來入門級、便宜、簡單、快速、普及性高的HDR解決方案。目前，業界主流后期非編軟件（DaVinci Resolve、Adobe Premiere CC、Final cut X、EDIUS pro）都支持HLG HDR的編輯，拍攝完的視頻素材可以像SDR視頻素材一樣進行編輯。其實理論上，所有的內部線性處理的非線性剪輯軟件，都可以直接進行HLG HDR節目的編輯，但如果在文件化處理的流程中沒有對HLG HDR文件的元數據進行兼容性匹配，可能會導致在節目交換以及SDR/HDR素材混編時發生一些難以預料的結果。如果需要進一步的視覺效果處理，主流的調色和特效軟件如達芬奇等也已經支持了HLG（見表2）。至于節目制作過程中必須的最終效果監視，可以使用專業HDR監視器。后期還需要有4K HDR解碼盒用來檢驗最終家庭HDR電視的呈現效果。

5 總結

4K超高清節目制作是一個系統工程，需要考慮從攝像機到電視機每一個環節（包括前期制作、節目錄制、電視轉播等的4K HDR內容傳輸到家庭的接收端等多個環節），才能為消費者提供高質量的超高清觀賞體驗。本文僅從綜藝節目的超高清拍攝角度進行探討，通過對目前4K超高清技術的發展研究，結合4K超高清技術的特點，探討現階段綜藝類節目進行4K超高清拍攝時攝影機選型、拍攝方法及后期制作的匹配等方面的實踐，從而實現更清晰、更真實的現場還原能力，提升畫面表現力和藝術創作力。以期能起到拋磚引玉的作用，有更多行業先鋒參與探討實踐。

（編輯 杜 青）