影视制作专业问答4

王亚明

HDR拍摄怎样控制曝光？

可以把HDR拍摄分为实时的直播与非实时的录播两类。

·直播

在直播流程中设备和人员是有保障的，无论演播室、转播车还是EFP系统都会配置调光监视器和波监，有专门的调光师调整摄像机光圈控制曝光。在这种专业的工作环境中，HDR与SDR的曝光控制原则是一样的，都是“所见即所得”，即调光师根据监视器显示的图像和波监显示的波形控制曝光，使画面需要表现的人物或主体灰度层次符合制作者的意图。

无论SDR还是HDR，对调光师来说，符合行业技术标准，设置正确，经过校准的监视器是控制曝光的最重要依据，是图像质量的保障。

由于HLG在兼容SDR的基础上提升了动态范围，其制作、播出流程与电视台现有的工作流程相似，因此更适合电视台HDR直播。

虽然一些电视台已经开始播出4K HDR节目，但目前大量电视用户观看的是高清SDR，这种情况仍将持续相当长的时间。因此，很多用4K系统制作的HDR节目需要下变换成SDR在高清频道播出，或需要同时制作4K HDR与高清SDR版，这就要求调光时既要保证4K HDR正确曝光，也要确保高清SDR正确曝光。满足这种需求的方案是ITU-R BT.2408-2文件第7.2节推荐的SDR优先制作流程（SDR focussed production），即用SDR调光制作HDR。SDR优先流程为HDR摄像机内置下变换器和节目输出下变换器设置相同的SDR转换增益差，并像传统的高清制作一样，以摄像机下变换的SDR图像和波形为基准，用SDR监视器和波监调光制作HDR，使高清SDR与4K HDR都能正确曝光。

如果制作的4K节目主要用于HDR播出或发行，没有下变换高清SDR的需求，可以采用BT.2408-2第7.1节推荐的HDR优先流程（HDR focussed production），以摄像机输出的HDR图像和波形为基准，用HDR监视器和波监调光制作HDR。SDR优先与HDR优先流程侧重点不同，各有优点，可以满足不同的制作需求，详细说明请参考《影视制作专业问答》系列连载3的问答：《ITU推荐的两种HDR制作流程有什么区别？》。

用SDR调光制作HDR时，调光师只能看到HDR画面中的SDR内容。以HLG为例，0-75% HLG电平的内容被转换为0-100% SDR电平，也就是说在SDR监视器上能看到0-75% HLG电平代表的SDR内容，超过75% HLG电平的高亮度HDR内容被压缩到了SDR信号的拐点/斜率部分。在SDR电视体系中，拐点/斜率只占用了电平资源的10%、显示亮度资源的20%，因此在SDR监视器上只能看到非常有限的HDR内容。在SDR优先的制作系统中，虽然调光师只能看到SDR画面，但视频工程师和导演能在HDR技监和节目监视器上看到HDR画面，监控HDR图像质量。

虽然以SDR图像为基准调光时只能实现对SDR内容的“所见即所得”，但正确设置的SDR转换增益差保证了高于75% HLG电平的HDR内容准确曝光。由于在HDR画面中大部分有效信息分布在SDR内容里，所以采用SDR调光能够同时获得正确曝光的高质量SDR和HDR画面。需要说明的是，用SDR调光制作HDR并不是为了保SDR而牺牲HDR的权宜之计，而是在当前大多数电视人不熟悉HDR，没有HDR制作经验的情况下，为了使电视台从SDR向HDR制作平稳过渡，确保4K和高清图像质量的有效方法。

·录播

非实时的录播也分两种，一种是后期不调色，只做简单编辑，另一种是像电影一样在后期精工细作，通过调色实现制作者对图像的创作意图。后期是否调色对前期拍摄曝光控制的要求完全不同，调光方法也不一样。

在不调色的录播流程中，拍摄调光、记录素材以及成片的伽玛和色域是相同的，制作过程中不改变伽玛和色域，成片的图像与拍摄素材相同，是典型的“所见即所得”电视制作流程，因此曝光控制与直播是一样的，应采用适合直播的HLG伽玛、BT.2020色域、10比特4：2：2 YCbCr视频格式。

后期制作调色是典型的“所见非所得”电影制作流程，记录素材应为无压缩或浅压缩的16比特线性伽玛RAW，或基于Cineon的12比特对数伽玛（如Log C、S-Log3、C-Log、V-Log等）RGB图像格式，在PQ或HLG空间制作输出，或在更大的空间（例如ACES）制作完成后输出PQ或HLG，而不是直接用PQ或HLG伽玛拍摄、记录。

由于在“所见非所得”的流程中拍摄调光、记录素材与成片的伽玛、色域并不一定相同，因此拍摄调光时看到的图像灰度、彩色与成片不同，曝光控制的目的是有效利用成像器件的全部动态范围，可以用电影行业的多种常用方法和工具控制曝光，例如在电视伽玛监视器上直接显示对数伽玛的低反差画面+波形，用假彩色标识不同亮度电平，直方图等等。对“所见非所得”的制作流程来说，拍摄只是第一次艺术创作，后期调色是第二次艺术创作。

近年来随着电影与电视制作技术的融合，在一些采用“准直播”形式的录播节目中（例如演唱会、歌舞剧等），出现了介于“所见即所得”电视流程与“所见非所得”电影流程之间的录播模式，这种模式采用直播切换的方式记录素材，后期制作时只对素材进行“浅调色”处理以弥补前期拍摄调光的不足。这种新的录播模式相当于在电视直播流程之后增加了调色工序，拍摄时采用HLG或对数伽玛，BT.2020色域，记录10比特4：2：2 YCbCr视频格式。

用HLG伽玛拍摄时可以采用与直播相同的曝光控制方式，用对数伽玛拍摄时可以用“所见非所得”的电影模式控制曝光。這种直播与录播的混合模式适应了部分市场需求，不过由于较低记录码率的10比特4：2：2 YCbCr视频素材并不适合调色应用，因此其成片图像质量不如单纯的直播或录播好。

从数字图像信息的角度来看，调色就是减少灰度阶信息量，只有在素材的量化比特足够高，也就是灰阶信息的余量非常大的情况下，经过调色后保留的灰阶信息量才能满足高质量图像的要求，这就是录播时记录素材采用16比特线性伽玛或12比特对数伽玛的原因。10比特量化的有效灰阶数量只有不到1000个，留给后期调色的余量已经很少，这也是在这种混合制作模式中只适宜进行“浅调色”处理的原因，因为调色量过大时成片中会出现灰阶不足的“条带”（banding），图像上原本应该柔和过渡的渐变色出现了肉眼明显可见的有限灰阶。

此外，由于调色必须在RGB基色空间内完成，而在这種混合制作模式中记录素材和成片都是YCbCr的亮度+色差空间，调色前与调色后必须进行RGB与YCbCr的空间转换，在数字域里这种矩阵运算仍然会改变电平，所以在10比特量化时不能认为空间转换是无损的，这种处理也会降低成片的图像质量，这也是录播时记录素材采用RAW或RGB格式文件的原因。

◆ 后期不调色

在记录素材后再编辑制作的非实时录播流程中，拍摄时设备和人员条件都比直播简单的多，在大多数情况下，摄像师只能依靠取景器显示的图像取景、聚焦并调整光圈控制曝光。在这种ENG模式的工作环境中，由于摄录一体机自带的取景器不支持HDR显示，除非外接HDR监视器，在取景器小尺寸SDR屏幕上无法用“所见即所得”的方法控制光圈实现HDR正确曝光。

解决这个问题的方法之一是像直播一样用SDR调光制作HDR。一些新型的4K HDR摄录一体机也像4K演播室摄像机一样内置了两个独立的信号处理器，可同时分别处理HDR与SDR信号，并设置SDR转换增益差。以HLG拍摄为例，可以通过SDR增益差设置把75% HLG电平映射为100% SDR峰值白电平，这样就可以在摄像机自带的小尺寸SDR取景器上像拍摄高清SDR一样监看并控制SDR与HDR的曝光了。

另一种方法是在取景器上直接把HLG当作SDR图像调光。很多4K HDR摄录一体机只有一个信号处理器，不能同时处理SDR与HDR信号，只能用取景器的SDR屏显示HDR图像，尽管有些取景器可以用SDR屏模拟显示HDR画面，但由于取景器的亮度比HDR监视器低得多，无法真实再现HDR图像的效果。根据BT.2408-2第7.2.2节的说明和实际测试验证，由于HLG的设计是与SDR兼容的，当SDR监视器的伽玛值设置为2.2时，显示的图像灰度层次与HLG下变换SDR的图像相似。因此，可以直接在取景器的SDR屏上显示HLG图像，并把HLG图像当作SDR一样调整光圈控制HDR曝光。虽然取景器的伽玛值无法调整为2.2，但这种曝光控制的方法误差并不大，在没有条件外接HDR监视器的情况下，可以作为HLG拍摄曝光控制的备选方法。

◆ 后期调色

在后期调色的录播流程中，拍摄调光的目的是有效利用成像器件的全部动态范围，由于成像器件的动态范围比摄像机取景器显示屏的动态范围大得多，单人拍摄操作时只能用取景器控制曝光。在这种“所见非所得”的制作流程中，最常用的方法是在电视伽玛取景器显示屏上直接显示对数伽玛的低反差画面，如下图所示。

从图中可以看到，在电视伽玛的屏幕上显示对数伽玛图像时呈现出底片一样的低反差画面，实际上就是把成像器件的高动态范围图像压缩到了低动态范围的显示屏上。对比右侧的“正常”反差画面，在这种低反差的“灰色”画面上摄影师可以看到全部灰度层次，虽然反差不真实但有利于摄影师控制曝光量，记录尽可能多的灰度信息，为后期制作调色保留足够的调整余地。很多摄像机取景器里还内置了示波器功能，可以在画面上叠加RGB信号波形，为摄影师提供更技术化的曝光提示信息。

对HDR制作最常见误解有哪些？

对HDR制作最常见的误解主要是在亮度方面。在初期，主要的误解是把HDR图像的平均亮度调整的过高，BT.2408文件发布后，由于部分制作人员对HDR参考白基准电平的203尼特亮度存在误解，又出现了把HDR图像平均亮度压得过低的问题。

在HDR发展的初期，部分制作人员和观众对HDR的理解是“看起来很亮的图像”，“不亮的电视不是HDR电视”，有些人甚至认为“HDR就是亮瞎眼的图像”。在这种认知的主导下，如果制作的HDR节目平均亮度不比SDR高很多，可能就不会被认为是HDR。

经历过初期的误解后，制作人对HDR有了更深入的认识，特别是ITU的BT.2408报告发表后，HDR制作进入了规范发展的阶段。不过，部分制作人员对HDR参考白基准电平的203尼特亮度产生了误解，把203尼特当成了HDR图像的最高亮度，导致其制作的HDR节目平均亮度偏低，看起来和SDR图像差不多。

从SDR与HDR的OETF、EOTF比较可以看到，摄像机拍摄100%反射率白卡时，在100尼特峰值亮度的SDR监视器上显示亮度为100尼特，在1000尼特峰值亮度的HDR监视器上显示亮度为203尼特。也就是说，在HDR监视器上看到的“白衬衫”或白色字幕比SDR监视器亮度高一倍。

从BT.2408-2的表A4.2可以看到，拍摄人物时，在100尼特峰值亮度的SDR监视器和1000尼特峰值亮度的HDR监视器上肤色亮度是差不多的。

通过上述分析和实际测试可以得出结论，对SDR和HDR来说，肤色亮度是一个分界线，尽管SDR与HDR监视器的峰值亮度相差10倍，但显示的肤色亮度是一样的。被摄景物的亮度越高，HDR与SDR的显示亮度差别越大，在拍摄反射率接近100%的“白衬衫”时HDR的亮度是SDR的2倍，如果被摄景物的亮度是“白衬衫”的6倍时，1000尼特峰值亮度HDR监视器的显示亮度是SDR监视器的6-10倍。

对HDR制作来说，203尼特显示亮度对应的是100%反射率白卡，超过203尼特的亮度才是HDR内容，低于203尼特的是SDR内容。如果把203尼特误解为SDR电视的峰值白，把HLG信号电平压在75%以下，那么在HDR监视器上显示的图像只是峰值亮度比SDR电视高一倍的SDR而已，不是HDR图像。

同样的问题也会出现在SDR上变换的节目中。由于目前优质的HDR节目比较少，很多“HDR”节目并不是HDR制作，而是SDR上变换的，SDR峰值白的电平为100%，上变换HLG后其电平为75% HLG，对应显示亮度203尼特。还有些HDR节目中使用了大量SDR素材，转换成HDR后其最高亮度也是203尼特，这些问题是从SDR过渡到HDR制作时不可避免的。

（未完待续）