专业级4K超高清摄像机特性分析及后期制作实践

戴敏利，刘 畅，柯 健

(苏州市职业大学 计算机工程学院；江苏省现代企业信息化应用支撑软件工程技术研发中心，江苏 苏州 215104)

专业级4K超高清摄像机特性分析及后期制作实践

戴敏利，刘 畅，柯 健

(苏州市职业大学 计算机工程学院；江苏省现代企业信息化应用支撑软件工程技术研发中心，江苏 苏州 215104)

超高清技术在近几年得到了飞速的发展，成为影视领域倍受关注的新热点.研究超高清摄像机的分类，介绍当前主要的专业级4K超高清摄像机产品，分析这些产品的功能定位和技术特点，阐述超高清视频的后期制作流程.以PXW-Z100及BMPC 4K为例，介绍4K超高清内容的拍摄和后期制作，为4K超高清影视作品创作提供参考.

超高清；4K；超高清摄像机；后期制作；非线性编辑

目前，广播电视节目正处于标清逐步过渡到高清的时期，随着技术发展和市场需求的驱动，近两年超高清已经成为影视相关领域全新的热点.为了获得新的市场和利润增长点，无论是传统的电视制造厂商和广播电视系统供应商，还是善于“搅局”的互联网企业，都在积极推动超高清的发展与普及.目前超高清覆盖了从拍摄、记录、制作、传输到播放、显示等多个方面，影视制作领域正在步入一个新的发展阶段.当前超高清发展主要处于4K阶段，文中提到的超高清主要是指4K超高清.

在超高清摄像机方面，当前已经出现了面向不同用户群体的众多产品，其性能特点、价格、操作方式以及后期制作流程都存在较大的差异.摄像机的使用及后期制作流程，在很大程度上影响着超高清视频的制作.因此，选择合适的超高清摄像机完成画面拍摄，构建高效便捷的超高清制作平台和工作流程就显得十分重要.

1 超高清摄像机分类

近几年，在超高清拍摄设备上，传统的广电设备供应商如索尼、松下、JVC等都陆续推出了超高清摄像机产品，并在不断丰富自身的产品线.除此之外，很多非广电设备厂商也推出了众多的超高清摄像机产品，主要厂商有Red Digital Cinema Camera公司、CANON公司、Blackmagic Design公司、GoPro公司等.市面上的超高清摄像机产品覆盖了高中低端多个层次，基本能够满足当前4K超高清内容的拍摄需求.

超高清摄像机根据面向的领域不同，大概可以分为电影级、专业级和消费级三大类.电影级超高清摄像机功能强大，价格昂贵，使用较为繁琐.典型的产品包括索尼的F65、F55，Red Digital Cinema 公司的RED ONE、EPIC、SCARLET，松下的Varicam 35，CANON的EOS-C500，AJA CION Production Camera等.在超高清时代，数字电影和电视制作的界线越来越模糊，融合发展的趋势越来越明显.越来越多的制作者也选择这一类设备摄制高质量电视节目.专业级超高清摄像机主要面向专业创作人员，具有功能丰富，使用专业级格式记录，性价比较高的特点.典型的产品包括PXW-FS7K、NEX-FS700RH、PXW-Z100、URSA、 BMPC4K、EOS-1DC、EOS C300 Mark II、GH4等.消费级超高清摄像机主要面向家庭消费者，具有使用便捷、价格便宜的特点.典型产品包括FDR-AX1E、AX100E、DMC-FZ1000、GYHMQ10、GoPro Hero3等.

根据使用镜头的方式，超高清摄像机可以分为可换镜头式、一体式.可换镜头超高清摄像机能够根据拍摄内容及拍摄需求使用相应的镜头获得更好的拍摄效果.电影级的超高清摄像机都是可换镜头式的.专业级超高清摄像机中大部分都使用可换镜头系统，常见的机型包括PXW-FS7K、NEX-FS700RH、URSA、 BMPC4K、EOS-1DC、EOS C300 Mark II、GH4、GY-LS300等.一体式超高清摄像机通常拥有大变焦比镜头，操作比较便捷，符合传统高清摄像机的操作习惯.主要的机型包括PXW-Z100、FDRAX1E、AX100E、GY-HM200、GY-HM170等.

根据主要设计功能用途，超高清摄像机可以分为传统形式的摄像机、具备超高清视频拍摄能力的照相机和移动终端设备.根据传感器尺寸大小的不同，超高清摄像机可以分为大画幅和小画幅；根据视频记录方式的不同，超高清摄像机可以分为机内录制和外置记录仪录制.

2 专业级超高清摄像机

2.1 主要专业级超高清产品介绍

当前典型的专业级超高清产品中一部分为传统形式的摄像机，比如PXW-FS7K、NEX-FS700RH、PXW-Z100、URSA、 BMPC4K和EOS C300 Mark II，另一部分主要是具备超高清拍摄或者信号输出能力的数码相机，包括EOS-1DC、GH4和a7s.这些机器的差异主要体现在感光元器件、镜头卡口类型、视频记录格式、信号输入输出性能等方面.在超高清模式下其典型参数见表1和表2[1-9].

2.2 专业级超高清摄像机的特性

表1 专业级超高清视频拍摄相机规格简表(一)

每一款超高清摄像机都有自身的特点.NEX-FS700虽然不支持机内录制超高清内容，但是通过外接记录仪，可以实现4KRAW拍摄，同时还可以在机内录制一个AVCHD的副本.由于记录的AVCHD文件与RAW文件具有相同时码，因此可以将AVCHD文件作为后期编辑的代理文件使用.PXW-FS7可以认为是FS700的升级版，具备了机内录制超高清的能力，由此带来了简化的后期制作流程，能够有效提高制作效率.PXW-Z100则是一款XDCAM专业4K手持摄录一体机，具备专业的超高清记录格式，其特点是操作方式与现有的高清手持摄录一体机完全一样，任何高清拍摄用户都能够方便地使用该机器.URSA 4K和BMPC4K都使用了Super 35传感器，具备专业的全域快门，可以录制CinemaDNG RAW和 Apple ProRes格式的超高清视频，其特点是能够接驳各种不同类型的镜头，机内录制功能强大.EOS C300 Mark II则是其中最新的产品，较之前一代产品加入了机内4K影像记录的功能.

表2 专业级超高清摄像机规格简表(二)

EOS-1DC是佳能首款可在CF卡上记录4K和全高清视频的数码单反相机，在极低亮度场景下也能拍摄出优秀的画质.EOS-1DC最大的特点在于其机身小巧灵活，不使用第三方记录设备，不需要其他配件就可以进行4K拍摄.GH4可以在机内SD卡以100 Mbps 的码率记录4 096×2 160视频，帧率可达24 fps.通过拓展单元DMW-YAGH，提供XLR接口、SDI接口等众多广播级扩展能力，其主要特点在于接口丰富，记录码率高，升格能力强.索尼的a7s可以通过HDMI输出4∶2∶2 8 bit的超高清画面，使用外接记录仪可以记录高质量的超高清视频.在拍摄动态影像时，ISO为100-409600，该机具有高感光度低噪点的成像特点，在微弱的光线下也可以进行拍摄，高质量的输出接口为第三方记录仪进行高质量的超高清画面记录奠定了基础.

3 专业级超高清后期制作流程

超高清视频文件记录格式的不同，后期流程也不尽相同.总体可以分为RAW格式(索尼RAW、CinemaDNG RAW等)和非RAW格式(XAVC、ProRes、MP4等).

RAW格式记录的素材制作流程相对复杂.首先需要进行素材的处理，包括音频匹配、元数据处理、转码等，格式转换时需要加载LUT以获得合适的图像色彩；其次将转码后的高清素材导入非编进行剪辑，将剪辑后的项目导出，为XML/EDL/AAF的文件供调色软件调用；再次将XML/EDL/AAF文件导入到调色软件中，重新链接源高质量的素材，进行调色处理后分镜头渲染输出并导出新的文件；最后在利用新的文件合成输出得到成片[10].其制作流程如图1所示.

非RAW格式的超高清项目后期制作流程与现有高清项目基本相同，主要包括素材的下载、剪辑和输出.当前主流的非编软件基本都能直接导入XAVC、ProRes、MP4格式的超高清视频，直接进行超高清视频的剪辑[11].其工作流程如图2所示.

图1 RAW格式超高清制作流程

图2 非RAW格式超高清制作流程

4 超高清视频拍摄及制作实践

4.1 超高清摄像机视频实拍

PXW-Z100不论是从外观还是操作方式上都与高清摄像机非常相似，几乎立即可以上手拍摄.由于采用的是不可换镜头的方式，拍摄时创意空间受到一定的限制.该机装有2个XQD存储卡插槽和1个SD卡插槽，使用XQD卡作为超高清视频存储介质.经过实际拍摄测试，利用单张32 G容量的QD-S32E存储卡，在3 840 ×2 160@25P /XAVC格式下可以录制约16 min的内容，在50 P下可以录制约8 min的内容，当录制时间剩余4 min左右时摄像机开始提示存储空间将满，卡满后摄像机自动停止记录.为了防止频繁换卡中断拍摄，建议使用2张64 G的XQD卡进行拍摄，同时开启摄像机中的连续记录功能，即当第一张存储卡记录满后，会不间断自动记录到第二张存储卡中.

BMPC4K EF直接连接各种EF镜头，使用SSD作为存储介质，整机感觉比较小巧灵活.通过内置的触摸显示屏可以直接监视画面，能够查看直方图和音频表，还能更改摄像机设置和录入元数据，显示各种状态信息，可以连按两下屏幕放大画面获得精准对焦.但固定于机身后的屏幕对于低角度或者高角度拍摄时就成为了一个问题，而不得不借助于外接的电子寻像器.由于小型化机身及触摸屏控制参数的方式，很多操作都必须进入菜单才可以，与传统摄像机相比其操控性比较差.此外，在配上较重的镜头后，手持拍摄就显得不是那么方便，最好配上专用的附件辅助拍摄.BMPC4K拍摄时直接采用Sandisk 480 G的SSD固态硬盘进行录制，考虑到后期制作的效率，采用的压缩格式为Apple ProRes 422 (HQ)，经实际拍摄约可录制80 min的内容.

4.2 专业级超高清内容制作实践

超高清后期制作平台主要包括硬件和软件两个部分，主要结构如图3所示.非编硬件主要包括主机、高速直连存储、Thunderbolt 2接口卡、IO卡以及监看电视.具体配置为HP Z620工作站，配备双六核Xeon E5-2620 v2 CPU、32 G内存、NVIDIA Quadro K4 000显示卡、Thunderbolt 2扩展卡，PCIE 32T直连存储，DeckLink 4K Extreme卡，65寸4K超高清电视，非编软件选用Adobe Premiere Pro CC 2014.2.

图3 超高清制作系统

4.2.1 素材的下载

PXW-Z100拍摄好的素材利用Sony MRW-E80读卡器通过USB3.0接口将数据导入非编计算机，在导入到高速磁盘阵列中时，速度约为95 MB/s.BMPC4K SSD固态硬盘中记录的素材可以通过USB3.0读卡器或Thunderbolt 2读卡器下载到计算机.在使用USB3.0读卡器下载时，传输速度约135 Mbps，使用Blackmagic MultiDock通过Thunderbolt 2接口下载时，传输速度约340 Mbps.此外，Blackmagic MultiDock在插入SSD硬盘后，可以直接进行剪辑，可以节约大量素材下载时间.Thunderbolt 2接口在大量视频数据传输时存在极大的优势.

4.2.2 导入非编软件并进行剪辑

打开Premiere Pro CC创建一个新的项目，利用媒体浏览器导入拍摄好的素材，将项目面板中的素材拖放到时间轴上自动创建与之匹配的序列，剪辑过程与高清影片剪辑一致.对于PXW-Z100拍摄的XAVC素材，剪辑时对CPU的要求比较高，能够同时进行2轨实时剪辑回放，3轨时不能实时回放.对于BMPC4K拍摄的Apple ProRes 422 (HQ)可以同时进行6轨以上实时剪辑回放，此时CPU利用率约为50%.

4.2.3 影片的输出

Premiere Pro CC支持多种超高清格式的输出，包括DPX、H.264、XAVC-Intra和QuickTime.对于专业级应用，通常输出的格式主要为H.264和XAVC-Intra，如果是最终的成片交付，可以采用H.264编码的MP4文件，如果是再次编辑或者存档，可以选择XAVC-Intra.分别将PXW-Z100和BMPC4K拍摄的素材简单剪辑成2个10 min的片子，其中均包含100 s长的画中画.将两个影片都输出为mxf和MP4两个版本的超高清文件，片长和输出所需要的时间比见表3.需要特别指出的是，在XAVC剪辑后输出为XAVC编码的mxf文件过程中，当压缩到画中画内容时速度明显减慢，而其他的部分几乎对CPU没有任何负载，速度非常之快.

表3 不同格式输出时的片长和输出时间比

5 结论

目前专业级超高清摄像机及其后期制作流程已经比较成熟，这为超高清的快速发展奠定了坚实的基础.超高清视频的制作除了要考虑摄像机外，更要综合考虑后期制作流程需要.如果有完整的数据管理团队，剪辑调色团队，使用高端的RAW方式无疑是高质量制作最佳方案.如果希望简化工作流程，降低制作成本，提高制作的速度，采用专门的4K视频编码格式录制就很有必要.超高清将越来越多地融入生活的方方面面，带来更好的应用体验.

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[4] Blackmagic公司. Blackmagic URSA EF 技术规格[EB/OL].(2015-03-11)[2015-04-10].https：//www.blackmagicdesign.com/cn/products/ blackmagicursa/techspecs/W-URSA-01

[5] Blackmagic公司. Blackmagic Production Camera 4K EF技术规格[EB/OL].(2015-03-10)[2015-04-10].https：//www.blackmagicdesign. com/cn/products/cinemacameras/techspecs/W-CIN-05

[6] 佳能公司. EOS C300 Mark II 产品概要[EB/OL].(2015-02-18)[2015-04-10].http：//www.canon.com.cn/products/cinemaeos/lineup/ eosc300markii/index.html

[7] 佳能公司. EOS-1D C产品概要[EB/OL].(2015-02-18)[2015-04-10].http：//www.canon.com.cn/products/cinemaeos/lineup/eos-1dc/index. html

[8] 松下公司. AG-GH4UMC[EB/OL].(2015-03-08)[2015-04-10].http：//pro.panasonic.cn/product/detail.html?pid=2129

[9] 索尼中国. ILCE-7S Pro Package产品概述[EB/OL].(2015-03-11)[2015-04-10].http：//pro.sony.com.cn/pro/product/broadcast-productscamcorders-nxcam-avchd/ilce-7s-pro-package/overview/

[10] 胡冰. 索尼PMW-F55/F5后期流程经验分享[J]. 数码影像时代，2013(10)：88-91.

[11] 李建新. 基于XAVC 4K格式的4K电视节目制作[J]. 广播与电视技术，2013(11)：36-39.

(责任编辑：李 华)

Characteristics Analysis of Professional 4K Ultra High Definition Camcorder and Post-production Practice

DAI Min-li，LIU Chang，KE Jian
(School of Computer Engineering；Jiangsu Province Support Software Engineering R&D Center for Modern Information Technology Application in Enterprises，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China)

Ultra high definition technology has made its rapid development in recent years，and become a new spot that attracts most attention in film industry.The classification of ultra high definition camcorder is researched；the present main professional 4K ultra high definition camcorder products are introduced；the functional definition and technological features of these products are analyzed；and the post work procedure of ultra high definition content manufacture is illustrated.Taking PXW-Z100 and BMPC 4K as examples，the shooting and post production of 4K ultra high definition contents are introduced as a reference for producing 4K ultra high definition film works.

ultra high definition；4K；ultra high definition camcorder；post production；non-linear editing system

TN94；TP37

A

1008-5475(2015)03-0036-05

2015-05-13；

2015-06-09

苏州市工业科技计划资助项目(SGZ2014009)；苏州市高技能人才培养研发课题(GJNP201414)；苏州市职业大学青年基金资助项目(2014SZDQ07).

戴敏利(1982-)，男，湖北天门人，讲师，硕士，主要从事教育技术、数字媒体技术教学研究.