电视综艺节目的4K超高清拍摄探讨

罗洪峰

【摘 要】 结合4K超高清技术的特点，探讨在现阶段综艺类节目进行4K超高清拍摄中摄像机的选型、拍摄方法及后期制作的 匹配等方面的实践，以实现更清晰、更真实的现场还原能力，提升画面表现力和艺术创作力。

【关键词】 4K超高清技术；电视综艺节目；高动态范围；高帧率；拍摄；摄像机

文章编号： 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 超高清技术发展背景

中国电视4K超高清技术的发展伴随于终端电视机市场的显示技术的发展，倒逼前端内容制作的拍摄质量同步提升，同时也对传输链路提出了新的要求。2017年开始，广东省对超高清产业投入了巨大的人力、物力，由政府主导推动4K产业发展，开通了第一个4K播出频道；同时，中央电视台开始尝试在有线电视机顶盒的央视专区上线央视春晚4K节目的点播。2018年3月，从CCBN展会上的展示及会议内容可以明显感受到，4K技术的发展受到业界重视，并且众多有条件的省市电视台纷纷提速对4K制播业务的布局，除电视台外还有各类视频网站和互联网电视企业，也对4K技术积极应战。随着宽带中国战略和5G技术的发展，通过网络播放超高清节目变得水到渠成。不管从市场角度还是创新角度，内容产业的4K技术诉求变得越来越紧迫。

上海东方传媒集团有限公司在2016年底建造了国内最大的4K转播车，积极筹备4K实验频道，做了大量的测试，东方卫视着手储备一定的4K节目内容，在有条件的情况下尽量保留最初拍摄的原始4K素材，便于后续超高清内容的制作和素材积累。

本文探讨在現阶段综艺节目中尝试采用4K超高清技术拍摄、制作实现更清晰、更真实的现场还原能力。

2 4K超高清技术制作的优势

从专业技术角度讲，所谓的4K超高清技术，除了分辨率提升外还有其他4个维度的扩展，即宽色域（REC.2020）、高动态范围（HDR）、高帧率（HFR）、高量化精度，如图1所示。

（1）4K技术表现最明显之处在于，显示分辨率的提升，使得画面更加精细。影响画面的精细度有两个关键因素，画面的有效像素和垂直分辨率。画面的有效像素越高，在相同尺寸画面上的晶格就越小，像素越精细。由于人眼对于影像的垂直分辨率相当敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨识越多的细节与层次。

（2）色彩层次与细节的增强，使得画面还原度更高。从标清到高清显示系统的转变，实际上主要是分辨率方面的升级，在色彩方面并没有太过明显的提升。进入4K超高清技术时代，画面的变化除分辨率出现飞跃式的提升外，色彩方面的变化尤其引人注目。这一部分体现在ITU-R（国际电信联盟无线电通信组）最新颁布的BT.2020超高清色域标准之中。

（3）4K视频系统的图像信号编码精度是10 bit，甚至是12 bit。现阶段高清或全高清系统通常采用的是8 bit图像信号编码，因此，无论是灰阶层次过渡还是色深的层次表现，都比高清系统有较大的提升。

在图像质量的5个基本要素中，分辨率、量化精度和色域其实更多的是处理制作层面的提升，真正与拍摄相关并且对内容产生重大影响的是HDR和HFR，这两个要素可以大大提升画面的动态范围和运动表现力，与HDR电视配合能够更真实地还原现场，并呈现更微小的细节。

据市场调查机构IHS Markit预测，至2019年符合超高清联盟验收标准的HDR电视的出货有望从2016的290万台激增3 260万台；ABI Research也预测，到2020年将有70%的4K超高清电视机支持高动态范围、高帧率和沉浸式音频等新技术。因此，在实际拍摄中，需要对这两种技术进行重点研究，了解这两个技术的特点和应用环境，拍出高清SDR（标准动态范围）无法实现的效果。

3 综艺节目4K超高清制作的应用基础

3.1 综艺节目的场景分类

目前国内的综艺节目，从拍摄场景区分可分为两大类，棚内拍摄和户外拍摄。棚内拍摄属于传统型的制作方式，从模拟到高清时代，基本原则可以沿用，但随着清晰度的提升，对电视制作相关的灯光、舞美、道具甚至化妆等工种都提出了新的要求，不过棚内的拍摄条件相对可控，即便升级到4K制作，也可以根据4K拍摄的环境要求，调整相应的光比和舞美效果。户外拍摄的真人秀类节目，为追求真实性，偏向于纪录片形式，由于其内容形式的开放性，存在诸多不可控的因素，会影响到4K拍摄效果。

3.2 采用高动态范围拍摄的优势场景

日本NHK在超高清技术领域走在了前面，在奥运会上尝试了8K技术和22.1声道音频技术的直播，并总结出了凸显HDR超高清拍摄优势的场景：

（1）户外大自然景色，高亮度场景，如艳阳天、下雪天；

（2）高光比的场景，有显著阴影的场景（见图2），体育场有阴阳间隔的场地；

（3）音乐会，特别是使用激光、聚光灯的音乐现场演出；

（4）对大屏幕或投影亮度有一定要求，可对人物面光造成影响的场合；

（5）赛车比赛，特别是拍摄赛道，以及车身反光部位的细节；

（6）日落场景；

（7）室内外窗户透拍及夜景翻拍。

户外拍摄经常会遇到上述的一些场景，尤其是跟拍真人秀的摄像机对便携性和移动性有极高的要求，相比演播室讯道摄像机，拍摄时就会牺牲一定的画面质量，在对动态范围要求较高的场景尤其如此。如东方卫视的《极限挑战》，由于其拍摄形式的开放性，以及事件发展的不确定性，即便事先勘察了大致的行进路线，计划了拍摄预案，在实际拍摄过程中会频出突发状况，因此，对摄像师的拍摄技术和临场应变能力是“极限挑战”。

而采用HDR拍摄，摄像师不用过多担心光圈和画面明暗的影响，可以把精力更多地集中在站位和构图方面。

3.3 采用高帧率拍摄的优势场景

HFR拍摄也能提供更具冲击力的画面表现形式，李安的《比利林恩》120帧/4K/3D 的制式拍摄，犹如实境体验，炸弹爆炸的全过程，泥土好像在身前飞散，给观众带来了极度清晰和真实的视觉感受，整个影片比正常的24帧电影放慢了节奏。

当然从电视综艺节目的角度，不需要全程120帧拍摄，在棚内或户外的某些竞技类节目中，如舞蹈杂技、体育赛事类节目等，可以采用4K高帧率拍摄（见图3）。目前的超高速摄像机可以实现4K、1 000帧左右的高速拍摄，然后通过专业的4K服务器进行慢动作重放。目前的常规4K手持单机也可以做到240帧的升格拍摄，如果在高速拍摄时不想影响景深（打开光圈），必须有相应倍数的光照来照亮场景或拍摄對象，如100 f/s下拍摄场景需要四倍光照能达到正确曝光，200 f/s下拍摄场景需要8倍的光量能达到正确曝光，并且仅在正常25 f/s的帧速率播放下。这对演播室拍摄环境或者晚上的户外拍摄可能要求较高，但白天正常光照下的真人秀拍摄，正好可以让这一技术一展身手。

因此，不论是棚内综艺还是户外真人秀综艺，都具备超高清拍摄的基础和应用场景，当然需要其他工种的相互衔接，满足拍摄条件，使画面更具表现力。

4 现有条件下4K超高清综艺节目的制作

4.1 4K超高清摄像机选型

人眼的光亮范围相当于摄像机的40档光圈，常规SDR拍摄时可实现10档光圈，远小于人眼可调节的范围，即便是人眼没有瞳孔变化时的典型范围也在16.7档。目前，4K超高清摄像机光圈的宽容度可做到12档～16档，接近人眼没有瞳孔变化时的动态范围。在摄像机选择时，HDR的主流标准目前有两种，一种是杜比推荐的PQ曲线，还有一种是BBC（英国广播公司）和NHK（日本放送协会）联合推出的更适合电视快速制作的HLG曲线，其动态范围和电平比如图4所示。

《极限挑战》节目SDR版和4K超高清版选用的各类摄像机见表1。

为了给后期提供更为广阔的调色空间，前期尽可能保留信息量更大的HDR原始素材，根据户外真人秀的拍摄特点和实际场景，主要拍摄机位选择了4K摄像机机型。以索尼Z280为例，可以同时记录4K HDR版和SDR HD版两种素材，以HDR拍摄为主，设置好与SDR版的对应关系，既可作为备份素材，也可作为高清剪辑使用。根据技术部门的主客观评价，由4K HDR下变换到SDR HD的画面质量要远高于现阶段X280高清拍摄的质量，从图5的对比中可以清晰地看出，4K超高清画面的信息量要更丰富。

Z280作为一款4K超高清手持式摄录一体机，3片1/2 4K成像器，10 bit 4：2：2编码，支持HLG/BT.2020，便捷HDR制作，4K高清双版本同时录制（见图6），适合户外真人秀类节目的拍摄特点。摄像机可选择相应的SLOG3、HLG或PQ、C-LOG等不同HDR标准，前提是要适配后期设备进行HDR调色和剪辑。

4.2 使用更为便捷的HLG HDR拍摄

在Z280上可以选择HLG标准进行HDR拍摄（见图7），并可开启柱状图和动态范围高亮阈值的实时显示（见图8）来帮助摄像师掌控整个取景范围内的亮度动态范围。

相对于室外的不可控环境，棚内综艺节目的拍摄可以针对4K超高清技术特性进行更合理的人为设计，尤其是在灯光、舞美道具和服装化妆层面。传统高清节目拍摄，为了照顾电视播出效果，在整体设计时常规的灯光光比为3：1左右，大屏幕最高亮度也不会超过500 nit，舞美道具尽量避免使用高亮度的灯带和灯箱，服装也尽量避免使用白黑对比强烈和反光的面料，这些限制显然限制了艺术创作的空间。

如果使用HDR拍摄，按照最低HLG 1 200%的动态范围为标准进行设计，光比可以实现6：1左右，大屏可以实现1 000 nit左右的显示，而对服化道的解放就更明显。但是在灯光设计时，需要注意环境光提升之后的面光补偿。

图9是SDR和HDR拍摄效果的对比，可以看出HLG图像在高光和暗部细节都表现得很好，颜色层次更加丰富，更加接近于人眼所见的色彩。相对比于PQ/S-LOG3母版的高质量HDR视频制作流程，HLG的HDR拍摄为没有时间进行精细后期调色的节目提供了很大的便利，更适合拍摄快餐型综艺。

棚内4K拍摄的摄像机的选择相对比较广泛，几大摄像机厂商都推出了各自的4K HDR摄像机。虽然在具体参数和指标上有一定区别，但其提高拍摄动态范围的根本目的是一致的，其制作流程也基本相同（见图10）。

4.3 使用升格拍摄

除了高动态范围的拍摄外，升格也是4K超高清拍摄的重要手段，拍摄时需要注意以下三个因素。

（1）帧速率：正确展现动作时需要的帧速率以及在播放时希望动作持续的时间。

（2）快门速度：多尝试不同快门速度，找到预期效果的一种。

（3）灯光：尽量无频闪。

高帧率拍摄时，若是在户外的日光下，补偿曝光时间的问题要少得多；若是在室内的人工照明下，帧速率加倍时必须小心调动灯光，同时还要解决光源的频闪问题，甚至需要专业的降频闪设备。在满足光照强度的前提下，4K高帧率拍摄在低速播放时能展现高速运动的清晰细节和轨迹。

4.4 4K超高清素材管理

海量素材管理是超高清拍摄不得不面对的现实问题，4K素材的数据量至少是高清素材的4倍，按照目前综艺节目平均20信道的制作规模，采用目前较为常用的XAVC 4K 50 p编码，全信道4K录制一天（按10小时计）的数据量大约在40 TB；如果采用苹果PRORESS HQ 50 p的4K编码，数据量更高达160 TB左右，后期的存储至少是PB级的。

目前大部分后期制作公司都需要扩容，同时对素材的定期存档也提出了新的要求。真人秀节目选用的机型，如PXW-Z280采用了4：2：2 10 bit编解码器，可以机内录制XAVC Intra/Long和MPEG HD422，也支持MPEG HD和DVCAM格式记录，记录介质为SXS或SD卡，一张256 GB的SXS卡录制4K大约2小时。所以，现场需要有DIT（Digital Imaging Tcehnician，数字影像工程师） 进行及时的素材拷贝，或者摄像师自备2 TB的存储硬盘进行素材备份（见图11）。

在素材预览方面，可以使用索尼Content Manager，將XAVC 4K 4 096×2 160素材转换为低码率，方便检索和浏览。

普通质量4K节目制作，可以用相对较低的资源进行4K后期制作，采用压缩比率较高的压缩视频文件，这样在存储容量、带宽占用、处理速度上对硬件的要求较低，例如采用4K XAVC编码的4K后期节目制作。而高质量4K节目制作，追求高清晰度，一般采用高画质的RAW格式，即前期拍摄时采用ARRI（ARI）RAW格式，需要很大的存储量，如Apple ProRes 4444编码器的QuickTime格式，1小时RAW原始素材为：6 840 GB/h（1.9 GB/s），1小时的渲染后无压缩的素材为：18 TB/h（6 840×2.6）。因此，现阶段还不适合作为多通道综艺节目的选择。

4.5 4K超高清素材的传输

除存储问题外，后期制作还要考虑4K素材的传输问题。4K项目在硬盘的存储量、制作中数据交互传输等方面的技术要求都比2K项目成倍提高，比如：2K实时读取要求持续带宽为370 MB/s，4K实时读取要求持续带宽为1 480 MB/s（1.5 G/s）。

如果用万兆网路传输，播放时长1 s的制作成品需要6倍的时间完成传输。因此，在满足节目要求的基础上，尽量采用低码率制作，以制作提高效率。

4.6 4K超高清的编辑处理

在前期录制时，注意统一时间码生成完全一致的高低码两个版本，后期采用套剪的方法实现4K输出。当然，4K的特效生成需要花费成倍的时间，目前可以尝试云渲染等技术帮助提升效率。

HLG带来入门级、便宜、简单、快速、普及性高的HDR解决方案。目前，业界主流后期非编软件（DaVinci Resolve、Adobe Premiere CC、Final cut X、EDIUS pro）都支持HLG HDR的编辑，拍摄完的视频素材可以像SDR视频素材一样进行编辑。其实理论上，所有的内部线性处理的非线性剪辑软件，都可以直接进行HLG HDR节目的编辑，但如果在文件化处理的流程中没有对HLG HDR文件的元数据进行兼容性匹配，可能会导致在节目交换以及SDR/HDR素材混编时发生一些难以预料的结果。如果需要进一步的视觉效果处理，主流的调色和特效软件如达芬奇等也已经支持了HLG（见表2）。至于节目制作过程中必须的最终效果监视，可以使用专业HDR监视器。后期还需要有4K HDR解码盒用来检验最终家庭HDR电视的呈现效果。

5 总结

4K超高清节目制作是一个系统工程，需要考虑从摄像机到电视机每一个环节（包括前期制作、节目录制、电视转播等的4K HDR内容传输到家庭的接收端等多个环节），才能为消费者提供高质量的超高清观赏体验。本文仅从综艺节目的超高清拍摄角度进行探讨，通过对目前4K超高清技术的发展研究，结合4K超高清技术的特点，探讨现阶段综艺类节目进行4K超高清拍摄时摄影机选型、拍摄方法及后期制作的匹配等方面的实践，从而实现更清晰、更真实的现场还原能力，提升画面表现力和艺术创作力。以期能起到抛砖引玉的作用，有更多行业先锋参与探讨实践。

（编辑 杜 青）