□ 吳茸茸

前期拍攝的HDR現(xiàn)場制作對畫面細節(jié)和層次的提升

□ 吳茸茸

一、背景

在實際錄制節(jié)目的現(xiàn)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(jié)目的錄制，我們發(fā)現(xiàn)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(jié)更清楚，層次更分明，而實際錄制出現(xiàn)的效果是圖2，畫面效果色彩不夠豐富，物體細節(jié)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(xiàn)場制作節(jié)目畫面出現(xiàn)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(xiàn)的細節(jié)將呈倍數(shù)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(shù)字電影倡導聯(lián)盟（DCI）制定的新一代高分辨率數(shù)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(tài)范圍、邊緣解析力景深控制等維度擁有強大優(yōu)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(xiàn)畫面從暗部到亮部層次更細膩，顏色過渡更平穩(wěn)，還原出更接近人眼動態(tài)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(xiàn)HDR的難點

如何實現(xiàn)HDR？我們從技術和實現(xiàn)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(jié)目絕大多數(shù)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(xiàn)，誤以為色域只在二維坐標系中展現(xiàn)，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(shù)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(xiàn)就不容易，目前來說，BT.2020補充色溫是靘藍色區(qū)域，這個顏色對正常繪圖來說不是一個專業(yè)的而且重要的顏色，需要在專業(yè)監(jiān)視器和激光顯示器上實現(xiàn)顯示。LED的光譜不是連續(xù)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(fā)光二極管（2014年諾貝爾物理學獎）。目前3種主流實現(xiàn)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(xiàn)，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(fā)行商和網(wǎng)絡平臺都需要統(tǒng)一相關協(xié)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(shù)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(xiàn)，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(tài)特性可以實現(xiàn)每一顆都可以單獨關閉，實現(xiàn)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(qū)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(qū)域，大約10*10的區(qū)域，從100個區(qū)域的背光值根據(jù)畫面單獨調節(jié)是性價比高的做法。用LCD+背光的方式，動態(tài)對比度可以提升到100000∶1的級別。

四、前端現(xiàn)場場景拍攝制作

在電視制作的現(xiàn)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(shù)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(jié)，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(xiàn)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(xiàn)場制作切換中（圖6中），改變節(jié)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(xiàn)場制作節(jié)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(xiàn)場切換臺后引入一個轉換器（圖7），該切換器能實現(xiàn)實時多種輸出轉換需求。比如可以實現(xiàn)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(yè)的HDR監(jiān)視器監(jiān)看，同時整個制作現(xiàn)場必須使用單一一致的格式。

五、總結

在直播錄制制作節(jié)目現(xiàn)場，前期拍攝引入HDR制作，對現(xiàn)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(xiàn)最亮到最暗的層次細節(jié)，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(xiàn)電影般細致震撼的觀看效果。同時，除了廣播電視行業(yè)，它也可以運用到影院、教育、醫(yī)療、娛樂等領域。

（作者單位：廣西電視臺）