自2015年開始，北京廣播電視臺制作部超高清工作室在超高清影像上做了大量技術研發(fā)與實戰(zhàn)探索，并與日本NHK成功合作4K紀錄片《最后的沙漠守望者》《美人谷》《航拍太行八陘》，戶外8K紀錄片極致中國系列《川西秘境》《云端上的部落》《北疆尋蹤》等，達到了技術研發(fā)與儲備的目的，形成了一套高效、實用的攝錄全流程，為北京冬奧4K頻道的開播儲備了制作技術和執(zhí)行團隊。
本文以4K紀錄片《美人谷》，8K紀錄片《極致中國——川西秘境》實戰(zhàn)為例，就4K、8K、HDR的生產(chǎn)流程和技術指標設定做一個解析，同時就在現(xiàn)有的基礎上如何提高效率、更好的服務于生產(chǎn)，為大家提供參考。
圖1 極致中國——川西秘境
圖2 迷之民——美人谷
一．4K、8K技術指標、定義及優(yōu)勢
4K超高清技術指標要求分辨率3840×2160，每秒50幀，每幀像素數(shù)800萬以上，相較于高清視頻，4K無論是畫質、色彩、寬容度都有肉眼可明顯分辨的品質提升。而8K分辨率是一種實驗中的數(shù)字視頻標準，7680×4320解像度是國際上8K超高畫質電視（SHV）的標準，每幀像素數(shù)3300萬，色域標準是Rec.2020，每秒120幀，音頻是22.2聲道（9通道高音、10通道中音、3通道低音、2通道重低音），畫面相當于16個高清。目前只有日本NHK提供實際播出信號，國內(nèi)電視臺尚未開通頻道，由于攝錄設備所限，NHK的8K播出標準暫定在每秒60幀，經(jīng)過不同參數(shù)、設備的實際校對，我們認為同等60寸以下大小的電視，8K相比于4K，優(yōu)勢并不明顯，超大屏幕、環(huán)幕、球幕更適合8K像素的點對點呈現(xiàn)，VR、AR、直播、互動是8K的發(fā)展方向與優(yōu)勢所在。
圖3 標清、高清、4K、5K、8K畫幅尺寸對比圖
二．4K《美人谷》拍攝、DIT、HDR實戰(zhàn)解析
由于尺寸、畫質、色彩等感官的大幅度提升，目前4K應用已經(jīng)非常普及，即便是高清節(jié)目，拍攝過程中往往也用4K來完成前期拍攝工作。在《美人谷》的實際拍攝制作中，我們有針對性的進行了大量的測試。
1．前期拍攝選型與圖像指標制定
圖4 美人谷拍攝環(huán)境
本次拍攝首先要面對的是高海拔問題，當?shù)卦∶竦姆课莼窘⒃?500到3000米海拔的半山腰上。由于地形復雜，部分地方只能允許摩托車通過，攝制組在前往每天的拍攝地之前大多要負重徒步爬山，拍攝場地限制了大型攝影器材與燈光設備的運輸和架設。
其次，光照及光比問題。對于野外紀錄片的拍攝來說，特別是在我國少數(shù)民族地區(qū)，如新疆、西藏、青海等地，基本上都存在著室外自然光比大，室內(nèi)低照弱光的問題。美人谷內(nèi)的房屋建筑屬于藏族風格，房屋外墻刷成白色、主體結構全部以自然開采的石頭和泥土搭建而成，窗戶開孔小、位置也較高，屋內(nèi)一般不具備亮度較高的照明燈具，有些居民屋內(nèi)甚至不開燈，這對攝影機低照弱光下的性能是一種考驗。
再者，紀錄片的拍攝面臨大量紀實性拍攝需求，尤其在4K分辨率下，每張存儲卡的續(xù)航能力都十分有限，必須考慮到DIT數(shù)據(jù)備份與存儲卡的使用時間。
同時，由于經(jīng)費所限，為了更好的控制邊遠山區(qū)的交通、食宿等成本，攝制組由3位攝影師兼顧DIT，加1位錄音師，1位導演組成。
客觀因素的制約，我們在設備選型時都必須考慮。而設備選型的優(yōu)劣與取舍，決定了圖像質量的優(yōu)劣，我們只能綜合評定影響圖像質量的五個因素（如下圖所示），即：空間分辨率、時間分辨率、動態(tài)范圍、色域以及量化位深。慎重考慮并做出合理的取舍，在平衡中達到最優(yōu)的性價比。
圖5 影像圖像質量的五個因素
對于目前的專業(yè)級數(shù)字攝影機來說，只要具備超高清拍攝功能就會相應具備寬色域的記錄能力，動態(tài)范圍最低也達到12檔左右，同時機身體積大小靈活多變，基本上可以滿足了各類拍攝需求。所以，真正讓我們做出取舍的是量化位深與時間分辨率（錄制幀速率）這兩個方面。從25P上升到50P，意味著現(xiàn)場存儲卡可記錄的時長縮短了一倍、后期的數(shù)據(jù)量增加了一倍、存儲空間占用變大了一倍、存儲讀寫帶寬需求增加了一倍、后期制作渲染負荷也至少增加了一倍。這么多的“一倍”最終會導致的就是生產(chǎn)成本增加與生產(chǎn)效率的降低呈幾何級數(shù)增長。另一方面，量化位深在前期拍攝時主要體現(xiàn)在錄制RAW格式或帶LogGamma的機內(nèi)壓縮文件這兩大類上，RAW數(shù)據(jù)一般數(shù)據(jù)量很大且擁有14bit以上的量化位深。目前大多數(shù)機內(nèi)錄制的帶LogGamma壓縮文件碼流相對較小，位深也以10bit為主。這些都是直接與生產(chǎn)成本掛鉤的問題，也是設備選型時非常難以取舍的。
圖6 拍攝設備及現(xiàn)場照
最終，綜合考慮生產(chǎn)成本、時間及自然條件等客觀因素，本片使用的設備及錄制格式如下：
主機位使用SONY F55搭配安琴16-42/30-80mm輕型變焦鏡頭組，SONY FS7搭配富士18-55。錄制XAVC-I 4:2:2 10bit UHD 50P，色域和LogGamma選用S-Gamut3.Cine/S-Log3。
輔助機位選用小型的SONY A7S2搭配Canon EF系列鏡頭組，錄制XAVC-S 4:2:0 8bit UHD 25P。色域和LogGamma選用S-Gamut3.Cine/S-Log3。
移動跟拍機位使用Nebula 5100 Slant手持穩(wěn)定器掛載對焦功能出色的SONY A6300和E卡口16-50mm鏡頭，錄制XAVC-S 4:2:0 8bit UHD 25P。色域和LogGamma選用S-Gamut3.Cine/S-Log3。
這種輕型便攜化、成組式的機型配置模式非常適合紀錄片拍攝，也是我們長期在各類型項目團隊化拍攝工作中，不斷總結和探索出的一套成熟方案，具有很高的性價比。
2．HDR后期制作
對于HDR技術來說，它的出現(xiàn)某種程度上沒有過多改變現(xiàn)有SDR超高清前期的拍攝方式，真正與現(xiàn)有SDR超高清生產(chǎn)流程出現(xiàn)差異的地方，主要體現(xiàn)在后期調色工作中。在此前，我們在對光比照度可控的晚會類以及使用單一機型拍攝的專題類HDR作品進行調色時積累了一定經(jīng)驗。《美人谷》的HDR制作則是我們在復雜多機型拍攝、現(xiàn)場光照條件不可控的紀錄片中的首次嘗試，相比之前的以探索性、實驗性為主的HDR制作來說難度更大。所以，本片HDR制作從前期到后期均是以最大限度契合實戰(zhàn)需求為首要目的。在本片的HDR后期調色中，我們基于1000尼特的顯示亮度，BT.2020色域搭配S-Log3（HDR）的EOTF。過程中遇到的問題主要有以下兩點：
第一，色彩溢出和還原的問題
圖7 鏡頭局部色彩調整
在SDR調色時遇到整體飽和度較低的畫面，有時會采用單純將飽和度整體提高的常規(guī)手法以便快速完成調整。但是，這種調整方式對于HDR來說，很可能會造成畫面部分色彩的溢出問題，這個問題在色彩種類豐富的畫面上尤為突出。如上圖所示，美人谷中的姑娘所穿著的民族服飾非常華麗，各種花紋交錯復雜、細節(jié)豐富，色彩的種類也非常多。對于這種畫面來說，如果采用SDR傳統(tǒng)的整體提高飽和度的方法，那么在姑娘衣服上很多細節(jié)花紋和發(fā)飾上的南紅、蜜蠟等精致配飾的顏色都會出現(xiàn)溢出，這在HDR畫面的色彩調整中也是很常見的。
因此，為了在保證畫面主體飽和度適宜且避免大面積色彩溢出，我們嘗試在一級調色時將亮度信號與色度信號同時調整，整體飽和度不宜大幅提升，保證主題部分適宜即可，其余出現(xiàn)溢出的部分放在二級調色中單獨進行調整。因為對于HDR的色彩容積模型來說，亮度與色度的提升是相對應的（如下圖所示），單純的調整飽和度而忽略亮度信號是不符合HDR模型的技術原理的。另一方面，對于HDR調色來說，畫面中的紅色、藍色、粉色、黃色這四種色系在調整時會比其他顏色更容易溢出，后續(xù)也應當通過多級調整進行單獨控制。
圖8 HDR的色彩容積模型
每個項目都有成本控制，我們無法要求所有的項目都用SONY F65來拍攝，很多時候后期調色人員也無法選擇自己所調整的素材質量。在實際生產(chǎn)中，多機型、多格式、圖像指標不統(tǒng)一等差異性問題是很常見的。本次我們嘗試了包括航拍在內(nèi)的五種機型素材，MXF、MP4、MOV三種封裝格式，以及4:2:2 10bit和4:2:0 8bit兩種采樣量化指標混合的HDR調色。因此，在一些位深不夠且碼流不高的素材調整中，畫面的局部調色需要慎用鍵控功能，以免出現(xiàn)調色遮罩取樣不足出現(xiàn)像素閃爍，而對于局部的反差控制也不宜過大，避免量化痕跡的出現(xiàn)。
第二，欠曝畫面的噪點控制問題
圖九：欠曝畫面的調色控制
欠曝對于HDR圖像的質量影響是致命的。但是，對于紀錄片來說，我們無法要求被攝對象一定處于光線充足，甚至角度較好的光照條件下。很多時候故事突然發(fā)生，攝影師就必須開機記錄下來。本片HDR調色中遇到了很多室內(nèi)弱光下拍攝的鏡頭，由于缺少燈光的輔助，而SONY F55和FS7在CINE拍攝模式下機內(nèi)ISO會恒定在2000，攝影師只能通過光圈和快門來提升亮度，但是這種調整會降低畫面景深導致焦點難以控制，畫面亮度的提升也相對有限。對于欠曝出現(xiàn)的噪點，雖然后期可以對整體亮度信號和色度信號進行調整，但是在曝光還原正常的同時，暗部的彩色噪點也會變得更加明顯。由于HDR擁有豐富的暗部層次與亮部層次，傳統(tǒng)的SDR調色對暗部進行壓黑的方式以及調色軟件內(nèi)原先SDR使用的降噪插件，在HDR模式中效果十分有限。除非調色師犧牲大量圖像細節(jié)，將暗部整體壓黑。
所以目前來看，最有效的控制噪點的方式還是要在前期拍攝時解決，對于HDR圖像的記錄，應盡量使用“向右曝光”的方式。即在高光細節(jié)不損失的情況下，盡量利用中部至亮部的曝光區(qū)間去記錄圖像，使攝影機傳感器性能充分發(fā)揮，獲得最佳信噪比的圖像。如下圖所示：
圖10 “向右曝光”直方圖示意
但是對于電視紀錄片來說，特別是像《美人谷》這類少數(shù)民族地區(qū)，燈光運輸耗資巨大，且紀實性的拍攝也不兼容預先對拍攝場景進行精致布光的方式。同時，過大的陣仗也會使被攝對象產(chǎn)生隔閡，使記錄變成了“演戲”，這也是紀錄片拍攝所不能接受的。因此，在未來的HDR制作中，特別是對現(xiàn)場光照條件無法理想控制的項目類型，欠曝和噪點的問題還會繼續(xù)出現(xiàn)。
3．HDR技術探索與反思
視頻影像技術發(fā)展迅速，HDR作為標配的新技術被廣泛應用。實際上，在拍攝并制作HDR作品的同時，無論是作為內(nèi)容創(chuàng)作人員還是技術制作人員都應當去思考的一個問題就是：如何定義一個“好”的HDR？
首先來說，不同環(huán)境、不同內(nèi)容下，人眼觀看HDR的視覺疲勞度是不同的，甚至同樣環(huán)境、同樣內(nèi)容下，制作人員在HDR調色工作中和觀眾在HDR觀影體驗中所積累的視覺疲勞度也是不同的。近年來，我國的HDR標準正處于逐步制定和完善的階段，然而未來能否引入人眼視覺疲勞指數(shù)作為HDR優(yōu)劣的考量還是未知數(shù)。
圖11 調色環(huán)境
對于HDR技術來說，最終還是需要轉化為畫面來讓觀眾觀看，對于普通觀眾來說，舒適度是一個最直接、也最容易感受到的重要體驗之一。某種程度上來說，觀看不舒適，觀眾就會潛意識的認為不好。就如同3D立體一樣，早年間大量劣質3D影像作品充斥市場，給觀眾造成了極度不舒適的觀影體驗。因此，對于HDR技術的未來發(fā)展來說，或成功普及或曇花一現(xiàn)走3D立體的老路，觀眾主觀的觀影舒適度體驗至關重要。
總體來看，HDR技術可以說是一把雙刃劍。它既提升圖像的質量，也放大了圖像的瑕疵，讓好的更好，壞的更壞。HDR前期拍攝時，應當盡量選用高圖像指標記錄的機型設備，但是對于項目生產(chǎn)來說，成本始終是最關鍵的。如何保證高指標的記錄，同時又能兼容成本控制，也是需要制作者考慮的。后期制作時，HDR提供了更多的后期調整和創(chuàng)作空間，但相應的精細化控制也變得尤為重要。制作精良的HDR作品需要時間，但長時間觀看HDR形成的視覺疲勞，也會降低制作人員主觀亮度和色彩的感知能力。正如凡事都有兩面性一樣，看待HDR技術，也需要理性和辯證的角度去思考。新技術的出現(xiàn)是好事，但更關鍵的是人們怎樣去用它。
三．8K《極致中國——川西秘境》選型、拍攝、校色全流程解析
8K所呈現(xiàn)的遠遠不止分辨率的乘4倍提高，今后的發(fā)展方向將是拋開傳統(tǒng)的電視屏幕局限，改變單向傳輸?shù)谋粍咏邮樟晳T，多選擇、強互動、智能隨機，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等科技進步帶來的多項功能的滲透與植入，其應用無限外延。
圖12 8K畫面局部放大畫質對比圖
1．前期拍攝、后期制作設備選型及流程
目前的8K制作還沒有一個標準化的流程可供參考，我們依據(jù)多年4K制作的經(jīng)驗和一年半的8K摸索，形成了一套行之有效的攝錄方案。
首先，前期使用了RED公司的EPIC-W 8K攝影機，畫幅尺寸完全符合標準，只是每秒30幀對于專業(yè)8K只能算剛剛達標；再將Sony微單A7R2延時攝影結合到8K視頻制作，這是基于多年的拍攝經(jīng)驗得出的結論，可以作為攝影機單一影像來源的豐富和補充。
其次，配備專門的DIT人員，攜帶移動存儲設備及硬盤，每天拍攝完成后整理素材，記錄拍攝場記，專門處理8K視頻及延時影像數(shù)據(jù)大幅度提升帶來的存儲備份問題。
再者，后期則采用十八核至強CPU的高配版iMac Pro工作站，16GB顯存的Radeon Pro Vega 64圖形處理器，采用兩臺Accusys（世仰）公司的48TB Gamma12雷電3存儲綁成RAID 0，帶寬可達到讀4000MB寫3400MB，8K 30PRED RAW素材在Premiere上可實時剪輯，多層合成等待時間可以接受，不需要大量特效合成的情況下，軟件以Adobepremiere做剪輯夠用，剪輯里的工程與達芬奇校色通用，軟件里來回調用方便，達芬奇調色性能也得到了保障。同時可以根據(jù)需要，輸出不同需求的H.265編碼模式，100M碼率的8K視頻，最后以文件的方式存儲及播出。
圖13 8K、4K、2K畫面對比
2．《極致中國——川西秘境》出爐過程
作為國內(nèi)真正意義上的第一部8K自然風光紀錄片。《極致中國》系列的第一部作品，得到了北京臺制作部的高度重視。
在國內(nèi)8K生產(chǎn)基本上以演播室錄制、大型活動現(xiàn)場收錄為主的現(xiàn)狀下。北京臺制作部特技科的超高清團隊從2017年開始，耗時一年摸索并搭建起了一套完整的8K攝制流程，因為從選擇上應用了不同軟硬件的長項，又有部分自己開發(fā)的軟件，解決了軟硬件銜接的瓶頸問題，所以整個流程環(huán)節(jié)連貫，畫質無損，制作效率高。
此次拍攝，從技術上來說，超高清團隊提前對設備技術指標、參數(shù)進行了反復測試、比對，記錄卡的數(shù)據(jù)容量，電池的持續(xù)供電能力，在出發(fā)前已經(jīng)做了反復論證與實測，對萬一出現(xiàn)的各種突發(fā)可能做了充分的分析與預案準備，根據(jù)拍攝天數(shù)計算移動存儲、耗材使用量，結合以往經(jīng)驗，DIT雙備份素材備足了26塊2T移動盤，20張大于128G的各類型記錄卡及配件，同時專門配備DIT人員夜間存儲、雙備份并檢查數(shù)據(jù)，同時負責每天主機的電池充電，保障第二天的正常拍攝計劃……每一個環(huán)節(jié)都盡可能地尋找到最佳的解決方案。而前期設備以EPIC-W 8K 30P配ARRI Master Prime（MP）25、35、50定焦鏡頭錄制視頻，并在前期拍攝到后期制作全程采用RED IPP2影像處理流程。
通過測試發(fā)現(xiàn)，IPP2在臨界色彩管理、高光衰減、暗部細節(jié)、Debayer/反拜耳運算獲得的細節(jié)等方面都有相當程度的提升，更適合高畫質的HDR調色處理要求。單獨收錄立體聲。配4臺Sony A7R2拍攝延時，8K分辨率的RAW格式照片，經(jīng)過調色穩(wěn)定去閃爍等處理，轉碼成ProRes 4444視頻格式，既補充錄制設備的不足，又能充分表現(xiàn)川西高原風起云涌的時空變幻效果。
后期將一套主盤素材輸入整理后，剪輯人員源碼剪輯、1/8預覽，粗編拍攝視頻的同時，專門后期人員將延時攝影部分根據(jù)不同格式需要，單獨處理成無壓縮TIFF文件，然后再加工制作成8K視頻文件，精編時對位現(xiàn)場收錄的音頻文件，然后調色依據(jù)日方NHK 8K頻道技術需求，基于BT.2020寬色域色彩空間與HLG模式的HDR為標準，后期團隊使用達芬奇（Davinci Resolve）套底回批R3D源碼數(shù)據(jù)文件，借助4K HDR監(jiān)視器，在4K分辨率下進行色彩調整，同時將相機拍攝延時素材的銳度與反差適度降低，匹配視頻部分的圖像色彩與質量，完成后生成并打包輸出。
圖14 原始拍攝文件、調色文件過程比對
此項目前期執(zhí)行團隊共6名攝錄師、8名向導、司機等后勤保障人員參與，共同拍攝了人文部分，根據(jù)設備性能分組拍攝了風光部分，各組單獨收錄了不同類別聲音。合理科學安排時間并分組進行采集創(chuàng)作，對順利高效完成攝制任務起到了至關重要的作用。
整個片子取景于中國川西地區(qū)，以素有“蜀山之王”稱號的貢嘎雪山為中心，團隊深入貢嘎山、雅拉山、折多山、格聶山等深處，克服晝夜溫差大、住宿條件差、食宿不定、高原反應等困難，在海拔4000米以上堅持完成了需要的每一個預定鏡頭的拍攝，記錄了周圍八個區(qū)域、貢嘎、雅拉、折多、格聶四座日照金山的自然風光，及四個村寨的人文風情，很多鏡頭都是在人跡罕至的高山、叢林里完成的，很多地方都是“秘境”。
格聶深山中的冷古寺，貢嘎崇山中的“里索海”，海螺溝海拔7000米落差帶來的階梯性植被帶，塔公草原牧場遼闊，木雅寺金剛舞，村寨、塔林散落在川西山川溝壑之中……
整部作品氣勢磅礴，極具震撼力，24個T素材、110條延時攝影、45分鐘成片，帶給日本觀眾神秘感，靜靜地欣賞理想鄉(xiāng)，帶給中國觀眾新奇感，體驗中華壯麗山河。對于山、川、谷、原，云、雪、溪、湖，塔、寺、城、寨……每一段視頻都是拍攝團隊用心之作。
圖15 貢嘎——格聶——折多山拍攝地
四．實戰(zhàn)是檢驗技術創(chuàng)新、提高生產(chǎn)力的最佳途徑。
北京廣播電視臺制作部超高清工作室在近幾年的實戰(zhàn)中，不斷摸索，逐漸形成了一套成熟高效的運作模式：一是自行構建的軟硬件系統(tǒng)及系統(tǒng)化的生產(chǎn)流程，部分軟件是按生產(chǎn)流程自己編寫，實用性強、效率高；二是依托實際生產(chǎn)得到精確的技術指標和豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗；三是優(yōu)秀的高精尖帶隊人才儲備和前后期全方位團隊。超高清工作室的研發(fā)實戰(zhàn)、不斷探索，為今后8K技術的提升、應用范圍的拓寬奠定了基礎。
圖16 《極致中國》拍攝花絮
根植于不同類型節(jié)目上的技術創(chuàng)新與實戰(zhàn)，最終的目的都是提高生產(chǎn)力，促進內(nèi)容生產(chǎn)，使受眾有不一樣的視聽享受，讓我們期待4K、8K、HDR等影像技術更廣泛的應用，為我們帶來更多革命性的體驗，向智能生活延伸。