4K超高清電視燈光制作的探索與思考

林培群，莊奕煌

（廣東廣播電視臺，廣東 廣州 510066）

4K超高清（UHD，Ultra High Definition）是廣電行業近兩年的“關鍵詞”。廣東廣播電視臺（簡稱“廣東臺”）4K超高清綜藝頻道于2018年10月16日開播，在一年多的時間里，廣東臺電視傳輸制作部升級改造了1 600 m2、800 m2、600 m2、400 m2四個具備4K超高清錄制能力的演播室，并錄制了《國樂大典》第一季及第二季、《最美嶺南春——廣東衛視春節晚會》、《木偶總動員》、原創音樂節目《美麗人聲》等多檔4K超高清節目。

本文著重探討4K超高清電視燈光“是什么、為什么、怎么做”的問題，并將筆者在工作過程中得到的感悟及經驗與業內同仁分享。

1 4K超高清電視畫面的特點及燈光需求

要理解4K超高清電視制作畫面的需求，首先應該了解4K超高清制作的特點。在人們的印象中，電視畫面由“高清”時代跨進“4K超高清”時代，最大的變化是電視畫面變得更加清晰。但在筆者看來，4K超高清時代來臨的意義，應該是一種“多維度”的提升，分別是空間分辨率、灰度分辨率、時間分辨率、彩色分辨率、寬容度動態范圍。

（1）空間分辨率的提升，使得圖像畫面分辨率從1 920×1 080到3 840×2 160（16∶9的4 096×2 160），意味著電視畫面清晰度大幅提高、細節更清楚。

（2）灰度分辨率從8 bit到10 bit，甚至12 bit。10 bit的色階為每個原色有1 024個灰度級別（8 bit為256個灰度級別），意味著色彩的位深和灰度的位深有了更好地呈現，電視畫面的暗部細膩有層次、亮部高亮絢麗更真實、色彩過渡層次更細膩。

圖1 Rec.709到Rec.2020

（3）幀速率從25 f/s到50 f/s，甚至100 f/s，畫面流暢度、刷新率等方面有很大的提升，解決了體育類和綜藝類節目拍攝對象的快速移動而造成的圖像畫面卡頓感和運動模糊的問題。當然，也對LED燈具的刷新頻率等方面提出新的要求。

（4）在色彩上，從Rec.709（高清色域范圍標準）到Rec.2020（4K色域范圍標準），增加一倍多。Rec.2020覆蓋75.8%的CIE1931色彩空間，Rec.709所占面積只覆蓋35.9%，如圖1所示。寬色域將帶來更多、更豐富的色彩，更加貼近真實。

（5）寬容度動態范圍的提升更是“神來之筆”，從SDR（標準動態范圍成像）到HDR（高動態范圍成像），改變了過去體現不了高亮、高亮部分沒有細節、亮暗不能兼得的情況。觀眾可以更加逼真地看到各種亮度細節，無論白天還是黑夜、高光還是暗部，各種層次都能純粹真實呈現。

廣東臺目前使用SONY的HLG-2100、HLG-LIVE BT2020，SONY的S-Log2、S-Log3，GV的HLG、PQ，ARRI的HLG等。HLG是BBC英國廣播電視臺和NHK日本放送協會聯合推出的HDR技術，它提供的動態范圍是1 200%（S-Log3提供的動態范圍已接近2 000%）（圖2）。

結合上述特點，筆者認為，一個完美的4K超高清電視畫面燈光效果應當滿足四個需求，即畫面需求、效果需求、感官體驗需求、照明需求。

（1）畫面表現力應當有豐富而清晰的層次和細節、較好的反差和顏色呈現、足夠的景深范圍、相對較大的明暗對比。

（2）效果應當滿足特寫看細節、中景看層次、全景看氣氛三種需求。

（3）感觀體驗應當提供沉浸式體驗。

（4）照明需求應當有合理的面光照度，以滿足4K超高清電視圖像的技術要求，同時注重光比控制，即人物光比小、人景光比大的布光手法、控制模式。

圖2 各種HDR模式曲線

2 4K超高清電視對燈光制作的要求及應對措施

4K超高清電視對燈光制作提出更高的要求，但在實際節目錄制過程中，由于拍攝設備和現場各種客觀條件的差異，很難達到理論的理想狀態。現場錄制時，燈光技術人員需要調整好畫面的各種關系。

2.1 燈光照度與畫面亮度

面光照度的需求與攝像機的靈敏度和光圈值的需求有很大的關系。由于在同樣尺寸大小的感光元器件上的像素數量增加了很多，導致靈敏度降低，同一光圈值下，得到同等亮度畫面的照度需求就大大提高。同時，由于長期觀看畫面明亮的Rec.709色域SDR畫面，造成電視觀眾主觀上更喜歡明亮的4K HDR畫面，而要想得到更明亮的4K HDR畫面，就需要有更明亮的現場或更大的光圈。由于HDR的存在，強光動態效果就變得不明顯；由于超高分辨率的存在，背景的虛化就會變難；由于面光高照度的存在，現場的藝術效果也有所減弱。

通過節目錄制畫面對比發現，高照度的畫面，畫面層次強，不易發灰，對焦容易，噪點少，但光束造型燈和背景色彩的表現力較弱；低照度的畫面，景深較淺，光束造型燈和背景色彩的表現力強一些，近景畫面較易發灰，對焦難度加大，噪點多。

為了解決4K電視畫面在低照度情況下容易虛焦、噪點多、景深淺的問題，同時又能體現燈光效果，為人物與景別提供較好的明暗對比，目前廣東臺大部分節目的面光照度控制在1 500 lx～1 800 lx，光圈控制在F4～F5.6。為避免高照度下畫面亮堂堂一片，人景層次不夠，建議逆光和側光加一定的顏色光（圖3）。

圖3 增加顏色光后的畫面效果

雖然HDR電視最大亮度體現能力確實比SDR高得多，但是筆者認為這個更高的高光點只能占據電視畫面中的小區域，而圖像畫面整體亮度應由平均亮度控制，最好的畫面是少量高光面積+大量暗部細節組成（圖4）。建議在面光充足的情況下，為滿足藝術效果，主要人物面部的膚色亮度值大約控制在50 nt～120 nt（SDR電視只能反映0.1 nt～100 nt的亮度范圍，而HDR電視的HLG圖像和PQ圖像可以達到1 000 nt。目前電視畫面呈現亮度標準為不超過203.2 nt，電平為525 mV）。

目前，廣東臺4K制作模式有純4K超高清節目制作輸出、純高清節目制作輸出、4K超高清與高清同播。這三種不同的模式對燈光的照度需求都不一樣。為此，筆者在不同模式及不同光圈下均對照度值做了測試。測試結果見表1～表4。

為保證4K超高清HDR變換同播高清SDR時畫面不會過曝，則需在標準HDR不同的曲線模式下，調整高清輸出的增益差（對應的增益差應在-6 dB～-9 dB之間為佳）。如通過增益差（-9 dB）來建立一個75%HDR（參考白對應亮度值為203 nt、HLG輸出為525 mV）和100%SDR（輸出為700 mV）的對應關系，就可以兼顧4K超高清HDR和高清SDR畫面（圖5）。

圖4 少量高光+大量暗部的畫面效果

圖5 兼顧4K超高清HDR和高清SDR畫面

2.2 人物光、光質、光比

4K超高清技術就像是個放大器，畫面更清晰、層次更細膩，當然瑕疵（人物的皮膚斑點、皺紋、發質等）也越來越容易暴露在觀眾面前，燈光的影子也越發明顯。為了更好地體現人物的細節，可以參照電影、廣告拍攝的光質需求，人物的面光∶逆光、側光∶面光（副光∶主光）需要控制在1∶1.5以內，同時要求光源色溫穩定，高顯色指數（Ra＞90、R9＞80為佳），光質柔和（降低畫面的明暗對比度，緩和目標的生硬度，沖淡陰影），LED燈具的刷新頻率高（＞20 kHz為佳）。

表1 純4K超高清節目制作輸出模式照度值（單位：lx）

表2 高清節目制作輸出模式照度值（單位：lx）

表3 4K超高清＋高清節目制作輸出模式照度值（單位：lx）

表4 標稱信號電平

布光方法：基礎光（蘋果光）+重點光——應用于新聞、專題等節目；三點布光法；一主光一輪廓光+兩輔助光。

2.3 畫面層次與景深問題

由于HDR的存在，電視畫面的亮部和暗部細節很多被保留下來，給人視覺感受是黑的地方黑不下去，想刻意隱去的東西也還是能看到。而超高分辨率的存在，使得近距離的背景虛化效果也會變難。景深淺、太多層次的畫面在體現“真實感”的同時，會使電視觀眾長期觀看時容易產生“疲勞感”，因此，畫面層次的取舍特別重要。

燈光技術人員可以運用基本的亮度關系和色彩對比關系來解決，通過明暗對比（切割燈具為光區的控制提供便利）、色彩對比（4K寬色域為色彩的對比提供較大的優勢）來實現層次的取舍和解決“景深淺”的問題（圖6）。當然，在有LED屏幕的錄制現場，景深問題就更加復雜，需要根據節目的制作風格、場景的效果需求進行一定平衡與取舍，建議LED屏幕的畫面亮度必須可控。

大家都知道，光比1:20是眩光的邊界，1:10雖然對比很強烈，但還看得見周圍的東西，可以形成比較強烈的對比。1:5通常是人們認為比較美的對比，不管是重點還是周圍的環境都能看得清楚。1:3能夠識別對比的邊界。筆者建議將新聞、專題演播室的燈光光比控制在1:3～1:5，而綜藝演播室的燈光光比應該控制在1:3～1:10。

2.4 色彩應用（與高清的兼容問題）

從目前節目制作的經驗來看，高清的畫面色域小、色彩層次少，反而容易拉開對比，畫面的色調偏純，更容易統一，視覺體驗較鮮亮。HDR的4K畫面，由于色彩層次多，亮暗部細節豐富，畫面看上去有些發灰，層次對比不夠鮮明，色彩平淡，更多的色彩也面臨取舍和統一的問題。

由于Rec.2020與Rec.709的色域范圍不同，在4K超高清變換成高清節目后，會出現較嚴重的亮度信號、色度信號溢出的現象。為了節目效果的完美呈現，在前期調試、拍攝、錄制、后期處理、播出各個過程中，實現最佳效果設置（包括舞臺燈光效果設置和攝像機調試、系統設置等）顯得十分關鍵，特別是色彩矩陣的應用、色彩飽和度的調節、灰度和黑平衡的控制。因此，視覺總監或視覺工程師的工作崗位也更加凸顯出重要性。建議前后期色彩調試由同一個人員或同一個團隊全部解決（圖7）。

2.5 噪點的平衡問題

圖6 畫面效果

圖7 前、后期調色的重要性

圖8 圖像畫面的背景

噪點包括色彩噪點和灰度噪點。動態范圍越寬，噪點越多。動態范圍越窄，噪點越少。為了減少噪點，建議背景的亮度控制在最大光圈以內（不加增益情況下），人物背景少用純黑色；寬色域的使用也需考慮高清畫面，光比不能太大（主要是最亮部與最暗部的光比）；同時減少煙霧的空間濃度。圖8所示是使用黑幕背景的圖像畫面，光色效果的產生最好有光幕襯托（圖像畫面的背景、氣氛、色彩、形態的呈現都依賴于光幕的層次關系）。

圖9 電視畫面

2.6 4K超高清與高清同播問題

4K超高清與高清同播，不同于高清與標清同播，難度和復雜度要高幾個量級。超高清與高清不只是清晰度的提升、量化深度的提高，還增加了HDR和Rec.2020寬色域的變化。超高清變換為高清，難點不只是HDR與SDR相互轉換，還有Rec.2020與Rec.709色域間的映射轉換，稍有不慎就會出現彩色失真等現象，特別是人眼敏感的人物膚色以及藍天、白云和場景的紅光等。

建議燈光技術人員在節目設計與制作中，首先對制作模式進行確定，從而確定基礎照明的亮度需求；制作期間，對人物膚色進行色差校正，解決現場燈光色彩在電視畫面的效果呈現；后期跟進調色環節，完善電視畫面（圖9）。

3 4K超高清節目制作流程的思考與感悟

4K超高清追求畫面更清晰、更細膩的意義在于，得到更完美的視覺體驗。而“體驗”是一種非常主觀的感受，僅憑更高的真實度而未經任何調試的畫面難以滿足觀眾的審美需求。客觀的事物往往美與丑并存，燈光設計師要做的就是“揚美抑丑”。

其次，電影對畫面色調風格的把控為4K超高清電視制作提供了很好的參考。更多的色彩和細節，只有經過“篩選”，才能優化出符合主題氣質的畫面調性。4K畫面所包含更多層次、更加細膩、寬色域的意義并不是要全部展現出來才好，而是意味著會給創作者更多的選擇權。

4K超高清節目制作不僅要符合制播的技術規范，還要發揮好4K超高清技術在藝術創作上的優勢。視覺質量的管控顯得更加重要，而且必然前置到每個關鍵生產節點上（如電視燈光設計師對藝術氛圍的把控和視頻技術的了解、電視畫面的構圖呈現、攝像機的技術信息和參數設定、4K超高清與高清變換的動態調節和色彩矩陣調節等）。這需要電視制作的技術創作人員從上至下（包括節目編導、攝像師、舞美燈光）重視對節目視覺質量的綜合控制與管理，需要節目制作人員對4K超高清節目制作規范的統一認知與共同遵守，這樣才能更好地使用超高清技術為電視節目的藝術創作提供更大的創新空間。