王亞明先生 本刊特約撰稿人   王亞明先生在廣播電視行業從業40年，具有深厚的專業技術背景，先后在業內多家公司從事技術工作。1998年加入索尼，2003年至2019年5月擔任索尼中國專業系統集團技術總監，2019年6月擔任宇田索誠科技股份有限公司技術總監，一直站在廣電行業技術最前沿。

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問：HDR拍攝怎樣控制曝光？

答：可以把HDR拍攝分為實時的直播與非實時的錄播兩類。

• 直播

在直播流程中設備和人員是有保障的，無論演播室、轉播車還是EFP系統都會配置調光監視器和波監，有專門的調光師調整攝像機光圈控制曝光。在這種專業的工作環境中，HDR與SDR的曝光控制原則是一樣的，都是“所見即所得”，即調光師根據監視器顯示的圖像和波監顯示的波形控制曝光，使畫面需要表現的人物或主體灰度層次符合制作者的意圖。

無論SDR還是HDR，對調光師來說，符合行業技術標準，設置正確，經過校準的監視器是控制曝光的最重要依據，是圖像質量的保障。

由于HLG在兼容SDR的基礎上提升了動態范圍，其制作、播出流程與電視臺現有的工作流程相似，因此更適合電視臺HDR直播。

雖然一些電視臺已經開始播出4K HDR節目，但目前大量電視用戶觀看的是高清SDR，這種情況仍將持續相當長的時間。因此，很多用4K系統制作的HDR節目需要下轉換成SDR在高清頻道播出，或需要同時制作4K HDR與高清SDR版，這就要求調光時既要保證4K HDR正確曝光，也要確保高清SDR正確曝光。滿足這種需求的方案是ITU-R BT.2408-2文件第7.2節推薦的SDR優先制作流程（SDR focussed production），即用SDR調光制作HDR。SDR優先流程為HDR攝像機內置下轉換器和節目輸出下轉換器設置相同的SDR轉換增益差，并像傳統的高清制作一樣，以攝像機下轉換的SDR圖像和波形為基準，用SDR監視器和波監調光制作HDR，使高清SDR與4K HDR都能正確曝光。

如果制作的4K節目主要用于HDR播出或發行，沒有下轉換高清SDR的需求，可以采用BT.2408-2第7.1節推薦的HDR優先流程（HDR focussed production），以攝像機輸出的HDR圖像和波形為基準，用HDR監視器和波監調光制作HDR。SDR優先與HDR優先流程側重點不同，各有優點，可以滿足不同的制作需求，詳細說明請參考《影視制作專業問答》系列連載3的問答：《ITU推薦的兩種HDR制作流程有什么區別？》。 

用SDR調光制作HDR時，調光師只能看到HDR畫面中的SDR內容。以HLG為例，0-75% HLG電平的內容被轉換為0-100% SDR電平，也就是說在SDR監視器上能看到0-75% HLG電平代表的SDR內容，超過75% HLG電平的高亮度HDR內容被壓縮到了SDR信號的拐點部分。在SDR電視體系中，拐點只占用了電平資源的10%、顯示亮度資源的20%，因此在SDR監視器上只能看到非常有限的HDR內容。在SDR優先的制作系統中，雖然調光師只能看到SDR畫面，但視頻工程師和導演能在HDR技監和節目監視器上看到HDR畫面，監控HDR圖像質量。

雖然以SDR圖像為基準調光時只能實現對SDR內容的“所見即所得”，但正確設置的SDR轉換增益差保證了高于75% HLG電平的HDR內容準確曝光。由于在HDR畫面中大部分有效信息分布在SDR內容里，所以采用SDR調光能夠同時獲得正確曝光的SDR和HDR畫面。需要說明的是，用SDR調光制作HDR并不是為了保SDR而犧牲HDR的權宜之計，而是在當前大多數電視人不熟悉HDR，沒有HDR制作經驗的情況下，為了使電視臺從SDR向HDR制作平穩過渡，確保4K和高清圖像質量的有效方法。

• 錄播

非實時的錄播也分兩種，一種是后期不調色，只做簡單編輯，另一種是像電影一樣在后期精工細作，通過調色實現制作者的創作意圖。后期是否調色對前期拍攝曝光控制的要求完全不同，調光方法也不一樣。

在不調色的錄播流程中，拍攝調光、記錄素材以及成片的伽瑪和色域是相同的，制作過程中不改變伽瑪和色域，成片的圖像與拍攝素材相同，是典型的“所見即所得”電視制作流程，因此曝光控制與直播是一樣的，應采用適合直播的HLG伽瑪、BT.2020色域、10比特4:2:2 YCBCR視頻格式。

后期制作調色是典型的“所見非所得”電影制作流程，記錄素材應為無壓縮或淺壓縮的16比特線性伽瑪RAW，或基于Cineon的12比特對數伽瑪（如Log C、S-Log3、C-Log、V-Log等）RGB圖像格式，在PQ或HLG空間制作輸出，或在更大的ACES空間制作完成后輸出PQ或HLG，而不是直接用PQ或HLG伽瑪拍攝、記錄。

由于在“所見非所得”的流程中拍攝調光、記錄素材與成片的伽瑪、色域并不一定相同，因此拍攝調光時看到的圖像灰度、彩色與成片不同，曝光控制的目的是有效利用成像器件的全部動態范圍，而不是直接獲得最終成片的效果。可以用電影行業的多種常用方法和工具控制曝光，例如在電視伽瑪監視器上直接顯示對數伽瑪的低反差畫面+波形，用假彩色標識不同亮度電平，直方圖等等。對“所見非所得”的制作流程來說，拍攝只是第一次藝術創作，后期調色是第二次藝術創作。

近年來隨著電影與電視制作技術的融合，在一些采用“準直播”形式的錄播節目中（例如演唱會、歌舞劇等），出現了介于“所見即所得”電視流程與“所見非所得”電影流程之間的錄播模式，這種模式采用直播切換的方式記錄素材，后期制作時只對素材進行“淺調色”處理以彌補前期拍攝調光的不足。這種新的錄播模式相當于在電視直播流程之后增加了調色工序，拍攝時采用HLG或對數伽瑪，BT.2020色域，記錄10比特4:2:2 YCBCR視頻格式。

用HLG伽瑪拍攝時可以采用與直播相同的曝光控制方式，用對數伽瑪拍攝時可以用“所見非所得”的電影模式控制曝光。這種直播與錄播的混合模式適應了部分市場需求，不過由于較低記錄碼率的10比特4:2:2 YCBCR視頻素材并不適合調色應用，因此其成片圖像質量不如單純的直播或錄播好。

從數字圖像信息的角度看，調色的過程就是減少灰度階信息量的過程，無論是把低電平調高還是把高電平調低都會損失灰階數量。因此，只有在素材的量化比特足夠高，也就是灰階信息的余量非常大的情況下，經過調色后保留的灰階信息量才能滿足高質量圖像的要求，這就是錄播時記錄素材采用16比特線性伽瑪或12比特對數伽瑪的原因。10比特量化的有效灰階數量只有不到1000個，留給后期調色的余量已經很少，這也是在這種混合制作模式中只適宜進行“淺調色”處理的原因，因為調色量過大時成片中會出現灰階不足的“條帶”（banding），圖像上原本應該柔和過渡的漸變色出現了肉眼明顯可見的有限灰階。

調色改變信號電平時灰度階的損失

灰階數量不足時出現的“條帶”

此外，由于調色必須在RGB基色空間內完成，而在這種混合制作模式中記錄素材和成片都是YCBCR的亮度+色差空間，調色前與調色后必須進行RGB與YCBCR的空間轉換，在數字域里這種矩陣運算仍然會改變電平，所以在10比特量化時不能認為空間轉換是無損的，這種處理也會降低成片的圖像質量，這也是錄播時記錄素材采用RAW或RGB格式文件的原因。

后期不調色

在記錄素材后再編輯制作的非實時錄播流程中，拍攝時設備和人員條件都比直播簡單的多，在大多數情況下，攝像師只能依靠取景器顯示的圖像取景、聚焦并調整光圈控制曝光。在這種ENG模式的工作環境中，由于攝錄一體機自帶的取景器不支持HDR顯示，除非外接HDR監視器，在取景器小尺寸SDR屏幕上無法用“所見即所得”的方法控制光圈實現HDR正確曝光。

解決這個問題的方法之一是像直播一樣用SDR調光制作HDR。一些新型的4K HDR攝錄一體機也像4K演播室攝像機一樣內置了兩個獨立的信號處理器，可同時分別處理HDR與SDR信號，并設置SDR轉換增益差。以HLG拍攝為例，可以通過SDR增益差設置把75% HLG電平映射為100% SDR峰值白電平，這樣就可以在攝像機自帶的小尺寸SDR取景器上像拍攝高清SDR一樣監看并控制SDR與HDR的曝光了。

另一種方法是在取景器上直接把HLG當作SDR圖像調光。很多4K HDR攝錄一體機只有一個信號處理器，不能同時處理SDR與HDR信號，只能用取景器的SDR屏顯示HDR圖像，盡管有些取景器可以用SDR屏模擬顯示HDR畫面，但由于取景器的亮度比HDR監視器低得多，無法真實再現HDR圖像的效果。根據BT.2408-2第7.2.2節的說明和實際測試驗證，由于HLG的設計是與SDR兼容的，當SDR監視器的伽瑪值設置為2.2時，顯示的圖像灰度層次與HLG下轉換SDR的圖像相似。因此，可以直接在取景器的SDR屏上顯示HLG圖像，并把HLG圖像當作SDR一樣調整光圈控制HDR曝光。雖然取景器的伽瑪值無法調整為2.2，但這種曝光控制的方法誤差不太大，在沒有條件外接HDR監視器的情況下，可以作為HLG拍攝曝光控制的備選方法。

后期調色

在后期調色的錄播流程中，拍攝調光的目的是有效利用成像器件的全部動態范圍，由于成像器件的動態范圍比攝像機取景器顯示屏的動態范圍大得多，單人拍攝操作時只能用取景器控制曝光。在這種“所見非所得”的制作流程中，最常用的方法是在電視伽瑪取景器顯示屏上直接顯示對數伽瑪的低反差畫面，如下圖所示。

電視伽瑪屏幕顯示不同伽瑪圖像的效果

從圖中可以看到，在電視伽瑪的屏幕上顯示對數伽瑪圖像時呈現出底片一樣的低反差畫面，實際上就是把成像器件的高動態范圍圖像壓縮到了低動態范圍的顯示屏上。對比右側的“正常”反差畫面，在這種低反差的“灰色”畫面上攝影師可以看到全部灰度層次，雖然反差不真實但有利于攝影師控制曝光量，記錄盡可能多的灰度信息，為后期制作調色保留足夠的調整余地。很多攝像機取景器里還內置了示波器功能，可以在畫面上疊加RGB信號波形，為攝影師提供更技術化的曝光提示信息。

問：對HDR制作最常見誤解是什么？

對HDR制作最常見的誤解主要是在亮度方面。在初期，主要的誤解是把HDR圖像的平均亮度調整的過高，BT.2408文件發布后，由于部分制作人員對HDR參考白基準電平的203尼特亮度存在誤解，又出現了把HDR圖像平均亮度壓得過低的問題。

在HDR發展的初期，部分制作人員和觀眾對HDR的理解是“看起來很亮的圖像”，“不亮的電視不是HDR電視”，有些人甚至認為“HDR就是亮瞎眼的圖像”。在這種認知的主導下，如果制作的HDR節目平均亮度不比SDR高很多，可能就不會被認為是HDR。

經歷過初期的誤解后，制作人對HDR有了更深入的認識，特別是ITU的BT.2408報告發表后，HDR制作進入了規范發展的階段。不過，部分制作人員對HDR參考白基準電平的203尼特亮度產生了誤解，把203尼特當成了HDR圖像的最高亮度，導致其制作的HDR節目平均亮度偏低，看起來和SDR圖像差不多。

SDR（BT.709）與HDR（PQ/HLG）的OETF比較

從SDR與HDR的OETF、EOTF比較可以看到，攝像機拍攝100%反射率白卡時，在100尼特峰值亮度的SDR監視器上顯示亮度為100尼特，在1000尼特峰值亮度的HDR監視器上顯示亮度為203尼特。也就是說，在HDR監視器上看到的“白襯衫”或白色字幕比SDR監視器亮度高一倍。

SDR（BT.709）與HDR（PQ/HLG）的EOTF特性比較

從BT.2408-2的表A4.2可以看到，拍攝人物時，在100尼特峰值亮度的SDR監視器和1000尼特峰值亮度的HDR監視器上膚色亮度是差不多的。

通過上述分析和實際測試可以得出結論，對SDR和HDR來說，膚色亮度是一個分界線，盡管SDR與HDR監視器的峰值亮度相差10倍，但顯示的膚色亮度是差不多的。被攝景物的亮度越高，HDR與SDR的顯示亮度差別越大，在拍攝反射率接近100%的“白襯衫”時HDR的亮度是SDR的2倍，如果被攝景物的亮度是“白襯衫”的6倍時，1000尼特峰值亮度HDR監視器的顯示亮度是SDR監視器的6-10倍。

對HDR制作來說，203尼特顯示亮度對應的是100%反射率白卡，超過203尼特的亮度才是HDR內容，低于203尼特的是SDR內容。如果把203尼特誤解為SDR電視的峰值白，把HLG信號電平壓在75%以下，那么在HDR監視器上顯示的圖像只是峰值亮度比SDR電視高一倍的SDR而已，不是HDR圖像。

同樣的問題也會出現在SDR上轉換的節目中。由于目前優質的HDR節目比較少，很多“HDR”節目并不是HDR制作，而是SDR上轉換的，SDR峰值白的電平為100%，上轉換HLG后其電平為75% HLG，對應顯示亮度203尼特。還有些HDR節目中使用了大量SDR素材，轉換成HDR后其最高亮度也是203尼特，這些問題是從SDR過渡到HDR制作時不可避免的。

（未完待續）