4K超高清电视灯光制作的探索与思考

林培群，庄奕煌

（广东广播电视台，广东 广州 510066）

4K超高清（UHD，Ultra High Definition）是广电行业近两年的“关键词”。广东广播电视台（简称“广东台”）4K超高清综艺频道于2018年10月16日开播，在一年多的时间里，广东台电视传输制作部升级改造了1 600 m2、800 m2、600 m2、400 m2四个具备4K超高清录制能力的演播室，并录制了《国乐大典》第一季及第二季、《最美岭南春——广东卫视春节晚会》、《木偶总动员》、原创音乐节目《美丽人声》等多档4K超高清节目。

本文着重探讨4K超高清电视灯光“是什么、为什么、怎么做”的问题，并将笔者在工作过程中得到的感悟及经验与业内同仁分享。

1 4K超高清电视画面的特点及灯光需求

要理解4K超高清电视制作画面的需求，首先应该了解4K超高清制作的特点。在人们的印象中，电视画面由“高清”时代跨进“4K超高清”时代，最大的变化是电视画面变得更加清晰。但在笔者看来，4K超高清时代来临的意义，应该是一种“多维度”的提升，分别是空间分辨率、灰度分辨率、时间分辨率、彩色分辨率、宽容度动态范围。

（1）空间分辨率的提升，使得图像画面分辨率从1 920×1 080到3 840×2 160（16∶9的4 096×2 160），意味着电视画面清晰度大幅提高、细节更清楚。

（2）灰度分辨率从8 bit到10 bit，甚至12 bit。10 bit的色阶为每个原色有1 024个灰度级别（8 bit为256个灰度级别），意味着色彩的位深和灰度的位深有了更好地呈现，电视画面的暗部细腻有层次、亮部高亮绚丽更真实、色彩过渡层次更细腻。

图1 Rec.709到Rec.2020

（3）帧速率从25 f/s到50 f/s，甚至100 f/s，画面流畅度、刷新率等方面有很大的提升，解决了体育类和综艺类节目拍摄对象的快速移动而造成的图像画面卡顿感和运动模糊的问题。当然，也对LED灯具的刷新频率等方面提出新的要求。

（4）在色彩上，从Rec.709（高清色域范围标准）到Rec.2020（4K色域范围标准），增加一倍多。Rec.2020覆盖75.8%的CIE1931色彩空间，Rec.709所占面积只覆盖35.9%，如图1所示。宽色域将带来更多、更丰富的色彩，更加贴近真实。

（5）宽容度动态范围的提升更是“神来之笔”，从SDR（标准动态范围成像）到HDR（高动态范围成像），改变了过去体现不了高亮、高亮部分没有细节、亮暗不能兼得的情况。观众可以更加逼真地看到各种亮度细节，无论白天还是黑夜、高光还是暗部，各种层次都能纯粹真实呈现。

广东台目前使用SONY的HLG-2100、HLG-LIVE BT2020，SONY的S-Log2、S-Log3，GV的HLG、PQ，ARRI的HLG等。HLG是BBC英国广播电视台和NHK日本放送协会联合推出的HDR技术，它提供的动态范围是1 200%（S-Log3提供的动态范围已接近2 000%）（图2）。

结合上述特点，笔者认为，一个完美的4K超高清电视画面灯光效果应当满足四个需求，即画面需求、效果需求、感官体验需求、照明需求。

（1）画面表现力应当有丰富而清晰的层次和细节、较好的反差和颜色呈现、足够的景深范围、相对较大的明暗对比。

（2）效果应当满足特写看细节、中景看层次、全景看气氛三种需求。

（3）感观体验应当提供沉浸式体验。

（4）照明需求应当有合理的面光照度，以满足4K超高清电视图像的技术要求，同时注重光比控制，即人物光比小、人景光比大的布光手法、控制模式。

图2 各种HDR模式曲线

2 4K超高清电视对灯光制作的要求及应对措施

4K超高清电视对灯光制作提出更高的要求，但在实际节目录制过程中，由于拍摄设备和现场各种客观条件的差异，很难达到理论的理想状态。现场录制时，灯光技术人员需要调整好画面的各种关系。

2.1 灯光照度与画面亮度

面光照度的需求与摄像机的灵敏度和光圈值的需求有很大的关系。由于在同样尺寸大小的感光元器件上的像素数量增加了很多，导致灵敏度降低，同一光圈值下，得到同等亮度画面的照度需求就大大提高。同时，由于长期观看画面明亮的Rec.709色域SDR画面，造成电视观众主观上更喜欢明亮的4K HDR画面，而要想得到更明亮的4K HDR画面，就需要有更明亮的现场或更大的光圈。由于HDR的存在，强光动态效果就变得不明显；由于超高分辨率的存在，背景的虚化就会变难；由于面光高照度的存在，现场的艺术效果也有所减弱。

通过节目录制画面对比发现，高照度的画面，画面层次强，不易发灰，对焦容易，噪点少，但光束造型灯和背景色彩的表现力较弱；低照度的画面，景深较浅，光束造型灯和背景色彩的表现力强一些，近景画面较易发灰，对焦难度加大，噪点多。

为了解决4K电视画面在低照度情况下容易虚焦、噪点多、景深浅的问题，同时又能体现灯光效果，为人物与景别提供较好的明暗对比，目前广东台大部分节目的面光照度控制在1 500 lx～1 800 lx，光圈控制在F4～F5.6。为避免高照度下画面亮堂堂一片，人景层次不够，建议逆光和侧光加一定的颜色光（图3）。

图3 增加颜色光后的画面效果

虽然HDR电视最大亮度体现能力确实比SDR高得多，但是笔者认为这个更高的高光点只能占据电视画面中的小区域，而图像画面整体亮度应由平均亮度控制，最好的画面是少量高光面积+大量暗部细节组成（图4）。建议在面光充足的情况下，为满足艺术效果，主要人物面部的肤色亮度值大约控制在50 nt～120 nt（SDR电视只能反映0.1 nt～100 nt的亮度范围，而HDR电视的HLG图像和PQ图像可以达到1 000 nt。目前电视画面呈现亮度标准为不超过203.2 nt，电平为525 mV）。

目前，广东台4K制作模式有纯4K超高清节目制作输出、纯高清节目制作输出、4K超高清与高清同播。这三种不同的模式对灯光的照度需求都不一样。为此，笔者在不同模式及不同光圈下均对照度值做了测试。测试结果见表1～表4。

为保证4K超高清HDR变换同播高清SDR时画面不会过曝，则需在标准HDR不同的曲线模式下，调整高清输出的增益差（对应的增益差应在-6 dB～-9 dB之间为佳）。如通过增益差（-9 dB）来建立一个75%HDR（参考白对应亮度值为203 nt、HLG输出为525 mV）和100%SDR（输出为700 mV）的对应关系，就可以兼顾4K超高清HDR和高清SDR画面（图5）。

图4 少量高光+大量暗部的画面效果

图5 兼顾4K超高清HDR和高清SDR画面

2.2 人物光、光质、光比

4K超高清技术就像是个放大器，画面更清晰、层次更细腻，当然瑕疵（人物的皮肤斑点、皱纹、发质等）也越来越容易暴露在观众面前，灯光的影子也越发明显。为了更好地体现人物的细节，可以参照电影、广告拍摄的光质需求，人物的面光∶逆光、侧光∶面光（副光∶主光）需要控制在1∶1.5以内，同时要求光源色温稳定，高显色指数（Ra＞90、R9＞80为佳），光质柔和（降低画面的明暗对比度，缓和目标的生硬度，冲淡阴影），LED灯具的刷新频率高（＞20 kHz为佳）。

表1 纯4K超高清节目制作输出模式照度值（单位：lx）

表2 高清节目制作输出模式照度值（单位：lx）

表3 4K超高清＋高清节目制作输出模式照度值（单位：lx）

表4 标称信号电平

布光方法：基础光（苹果光）+重点光——应用于新闻、专题等节目；三点布光法；一主光一轮廓光+两辅助光。

2.3 画面层次与景深问题

由于HDR的存在，电视画面的亮部和暗部细节很多被保留下来，给人视觉感受是黑的地方黑不下去，想刻意隐去的东西也还是能看到。而超高分辨率的存在，使得近距离的背景虚化效果也会变难。景深浅、太多层次的画面在体现“真实感”的同时，会使电视观众长期观看时容易产生“疲劳感”，因此，画面层次的取舍特别重要。

灯光技术人员可以运用基本的亮度关系和色彩对比关系来解决，通过明暗对比（切割灯具为光区的控制提供便利）、色彩对比（4K宽色域为色彩的对比提供较大的优势）来实现层次的取舍和解决“景深浅”的问题（图6）。当然，在有LED屏幕的录制现场，景深问题就更加复杂，需要根据节目的制作风格、场景的效果需求进行一定平衡与取舍，建议LED屏幕的画面亮度必须可控。

大家都知道，光比1:20是眩光的边界，1:10虽然对比很强烈，但还看得见周围的东西，可以形成比较强烈的对比。1:5通常是人们认为比较美的对比，不管是重点还是周围的环境都能看得清楚。1:3能够识别对比的边界。笔者建议将新闻、专题演播室的灯光光比控制在1:3～1:5，而综艺演播室的灯光光比应该控制在1:3～1:10。

2.4 色彩应用（与高清的兼容问题）

从目前节目制作的经验来看，高清的画面色域小、色彩层次少，反而容易拉开对比，画面的色调偏纯，更容易统一，视觉体验较鲜亮。HDR的4K画面，由于色彩层次多，亮暗部细节丰富，画面看上去有些发灰，层次对比不够鲜明，色彩平淡，更多的色彩也面临取舍和统一的问题。

由于Rec.2020与Rec.709的色域范围不同，在4K超高清变换成高清节目后，会出现较严重的亮度信号、色度信号溢出的现象。为了节目效果的完美呈现，在前期调试、拍摄、录制、后期处理、播出各个过程中，实现最佳效果设置（包括舞台灯光效果设置和摄像机调试、系统设置等）显得十分关键，特别是色彩矩阵的应用、色彩饱和度的调节、灰度和黑平衡的控制。因此，视觉总监或视觉工程师的工作岗位也更加凸显出重要性。建议前后期色彩调试由同一个人员或同一个团队全部解决（图7）。

2.5 噪点的平衡问题

图6 画面效果

图7 前、后期调色的重要性

图8 图像画面的背景

噪点包括色彩噪点和灰度噪点。动态范围越宽，噪点越多。动态范围越窄，噪点越少。为了减少噪点，建议背景的亮度控制在最大光圈以内（不加增益情况下），人物背景少用纯黑色；宽色域的使用也需考虑高清画面，光比不能太大（主要是最亮部与最暗部的光比）；同时减少烟雾的空间浓度。图8所示是使用黑幕背景的图像画面，光色效果的产生最好有光幕衬托（图像画面的背景、气氛、色彩、形态的呈现都依赖于光幕的层次关系）。

图9 电视画面

2.6 4K超高清与高清同播问题

4K超高清与高清同播，不同于高清与标清同播，难度和复杂度要高几个量级。超高清与高清不只是清晰度的提升、量化深度的提高，还增加了HDR和Rec.2020宽色域的变化。超高清变换为高清，难点不只是HDR与SDR相互转换，还有Rec.2020与Rec.709色域间的映射转换，稍有不慎就会出现彩色失真等现象，特别是人眼敏感的人物肤色以及蓝天、白云和场景的红光等。

建议灯光技术人员在节目设计与制作中，首先对制作模式进行确定，从而确定基础照明的亮度需求；制作期间，对人物肤色进行色差校正，解决现场灯光色彩在电视画面的效果呈现；后期跟进调色环节，完善电视画面（图9）。

3 4K超高清节目制作流程的思考与感悟

4K超高清追求画面更清晰、更细腻的意义在于，得到更完美的视觉体验。而“体验”是一种非常主观的感受，仅凭更高的真实度而未经任何调试的画面难以满足观众的审美需求。客观的事物往往美与丑并存，灯光设计师要做的就是“扬美抑丑”。

其次，电影对画面色调风格的把控为4K超高清电视制作提供了很好的参考。更多的色彩和细节，只有经过“筛选”，才能优化出符合主题气质的画面调性。4K画面所包含更多层次、更加细腻、宽色域的意义并不是要全部展现出来才好，而是意味着会给创作者更多的选择权。

4K超高清节目制作不仅要符合制播的技术规范，还要发挥好4K超高清技术在艺术创作上的优势。视觉质量的管控显得更加重要，而且必然前置到每个关键生产节点上（如电视灯光设计师对艺术氛围的把控和视频技术的了解、电视画面的构图呈现、摄像机的技术信息和参数设定、4K超高清与高清变换的动态调节和色彩矩阵调节等）。这需要电视制作的技术创作人员从上至下（包括节目编导、摄像师、舞美灯光）重视对节目视觉质量的综合控制与管理，需要节目制作人员对4K超高清节目制作规范的统一认知与共同遵守，这样才能更好地使用超高清技术为电视节目的艺术创作提供更大的创新空间。