前期拍摄的HDR现场制作对画面细节和层次的提升

□ 吴茸茸

前期拍摄的HDR现场制作对画面细节和层次的提升

□ 吴茸茸

一、背景

在实际录制节目的现场，以广西电视台300演播室为例，负责多档广西电视台王牌节目的录制，我们发现摄像机只要拍摄大全景或者广角的景别，对比人眼看到场景的还原的效果差距是比较大的，比如人眼看到的画面是图1，色彩更细腻，细节更清楚，层次更分明，而实际录制出现的效果是图2，画面效果色彩不够丰富，物体细节和暗部层次明显丢失，甚至识别不出来是何物。

图1

图2

二、目前画质技术的提升方式

鉴于目前现场制作节目画面出现的局限性，结合当前对电视画面画质的提升，我们从两个方面思考画质的提升技术。

从像素上考虑，朴素的观点是图3，像素从FULL HD（1920×1080）过渡到 4K HD（4096×2160）到未来的 8K HD（7680×4320），画面的细腻度随着像素的提升而提升，展现的细节将呈倍数的扩大（图3）。由于8K HD的标准还在讨论中，主流的4K HD是由2005年数字电影倡导联盟（DCI）制定的新一代高分辨率数字电影机的标准，尤其在体育比赛、音乐演唱会和舞台剧制作上，4K在画质、动态范围、边缘解析力景深控制等维度拥有强大优势（图3、图4）。

图3

图4

如何让画面层次更加丰富，展示画面更多内容？如果加载HDR技术（HIGH-DYNAMIC RANGE的简称），将使画质能还原到接近人眼还原的级别，通过扩展色域、增加帧频，加持软件+硬件+算法的方案增加周边设备对4KHD视频信号画面进行增强，实现画面从暗部到亮部层次更细腻，颜色过渡更平稳，还原出更接近人眼动态范围所及的图像，进而带给观众更生动逼真的观看体验。

三、流程上实现HDR的难点

如何实现HDR？我们从技术和实现两个维度对目前的状况进行阐述。HDR技术原则上要求无限接近人眼的色彩还原度，要达到两个标准：一是更加广阔的色域，二是更加高的对比度。

色域，指给定的视觉媒介所能表达的颜色范围，指定R、G、B三个主色的色彩饱和度和鲜艳度，以及能从这些主色中分离出来的所有颜色。目前的电视节目绝大多数采用ITU-R BT.709的标准进行录制和播放（图3左），要求用更广阔的色域，目前的可行方案是用BT.2020（图3右）的标准代替709色域范围，这是一个三维坐标系（图5所示），过去我们忽略了亮度对色彩的表现，误以为色域只在二维坐标系中展现，但实际上如果提升扩展亮度范围，整个色彩的三维空间将呈几何倍数放大，同时，同一种颜色在不同的亮度等级下给观众的主观色彩感受并不相同，由此可知，HDR技术的关键之一还是增加亮度。

图5

在硬件上，从片源、编码、压缩、传输、显示终端整个流程，实现就不容易，目前来说，BT.2020补充色温是靘蓝色区域，这个颜色对正常绘图来说不是一个专业的而且重要的颜色，需要在专业监视器和激光显示器上实现显示。LED的光谱不是连续的，某些波长的光源难以找到合适的材料或者成本极高，所以必须找到经济实惠、寿命有保证的LED材料，如蓝色发光二极管（2014年诺贝尔物理学奖）。目前3种主流实现方式：

1.升级和使用色域更广的白色LED或者LED灯组；

2.使用白色LED+纯色LED补充色域；

3.使用荧光粉补充色域。

对于对比度，在软件上需要新的编码标准来实现，目前有通过调整GAMMA曲线的方式，要求在整个流程链条中，片源、编解码、显示到终端设备厂，从各个影视公司、DV设备商、发行商和网络平台都需要统一相关协议。

在硬件上，要达到更高的对比度，俗话说就是亮场更加亮，暗场更加暗，做到亮场更亮，HDR技术要求达到800-1000NIT，必须控制温度和负载均衡才能保证硬件的寿命。目前的材料中LED寿命和温度指数相关，散热必须设计好，主流LED厂商工艺基本相同；OLED材料通过使用OLED+RGB的滤光片来实现，直接使用RGB三色，OLED材料寿命比较难保证。至于暗场方面，OLED动态特性可以实现每一颗都可以单独关闭，实现纯黑，也就是对比度可以达到无穷。而关于LED材料的方案，比如，1080P的液晶面板下再铺一层1080P的单色液晶面板进行背光，这种方案费用高，不实用，另外有区域背光技术方案，利用人眼对光线的感知其实分辨率并不高的特性，不需要将背光分成1920*1080那么多区域，大约10*10的区域，从100个区域的背光值根据画面单独调节是性价比高的做法。用LCD+背光的方式，动态对比度可以提升到100000∶1的级别。

四、前端现场场景拍摄制作

在电视制作的现场场景的前期拍摄中引入HDR的技术，流程（图6）如下：

图6

可以从流程中（图6左）看出，在前端拍摄中引入HDR拍摄，在拍摄技术上还是有些特点，在拍摄筹划阶段，选择变焦镜头，趋向选择长焦镜头，比如19-90MM，14-35MM，85-300MM 电影变焦镜头，107倍长焦箱式镜头等，摄像机拍摄模式选择调整色域为BT.2020，感光指数EI设置为800，伽马曲线为S-LOG3的摄像机，为后期剪辑在素材中保留更多的层次并防止噪点，让暗部宽容度更大一些，保留暗部细节，格式上如果是4K，分辨率设定为3840*2160P，50P拍摄帧频，同时，如果摄像机机型不一致，可通过调整调整色彩矩阵实现色彩一致性。

拍摄多应用于体育馆、演唱会和舞台的场景，在拍摄方法上对构图、跟焦、对焦有严格要求，比如：需要大光圈拍摄低照度的场景，经常进行长焦拍摄，一是通过光圈的控制从而控制景深范围，二是通过机位移动调整机位距离，尽可能离拍摄主体更近一些，以获得足够的近景与特写效果。

在现场制作切换中（图6中），改变节奏快、变化多、特殊机位多的切换习惯，多切换大全景和特写镜头，加大停留时间，强化HDR效果。

在现场制作节目中通过摄像机实景拍摄加外围设备来进行编辑和控制（图6右），在现场切换台后引入一个转换器（图7），该切换器能实现实时多种输出转换需求。比如可以实现分辨率、HDRSDR、色域、伽马曲线等4种方式的转换。

图7

（一）分辨率转换：

1920*1080转换为3840*2160(4K)

（二）HDR/SDR的转换：

4K SDR转换4K HDR

4K SDR/4K HDR转换HD SDR/HD HDR

HD SDR转换HD HDR

（三）色彩空间转换：

ITU-R BT.709转换BT.2020

4OETE转换

BT709转换S-LOG3

（四）伽马曲线：

S-LOG3转换HIG/PQ(ST2084)

需要注意的是，整个流程需要专业的HDR监视器监看，同时整个制作现场必须使用单一一致的格式。

五、总结

在直播录制制作节目现场，前期拍摄引入HDR制作，对现场大全景、广角镜头、VR全景360°拍摄，演唱会、舞台剧、模拟场景等大面积的黑色暗色，体育直播大全景的画面，能清晰呈现最亮到最暗的层次细节，以及更广阔的色彩空间。另外，前期加持HDR技术辅助拍摄素材，为后期剪辑人员提高剪辑效率，增加了后期编辑画面更广阔的可拓展空间，电视也可以给观众呈现电影般细致震撼的观看效果。同时，除了广播电视行业，它也可以运用到影院、教育、医疗、娱乐等领域。

（作者单位：广西电视台）