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      電視節(jié)目的高清直播及4K制作

      2018-11-19 10:35:08沈雁
      演藝科技 2018年7期
      關(guān)鍵詞:電視節(jié)目制作

      沈雁

      【摘 要】 通過分析世界杯《豪門盛宴》節(jié)目的高清直播以及4K錄制的方案,探討現(xiàn)階段大型綜藝節(jié)目采用高清兼容4K、虛擬場景特效等技術(shù)的制作模式。

      【關(guān)鍵詞】 電視節(jié)目制作;高清兼容4K;多通道收錄;虛擬特效

      文章編號: 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.07.010

      2018年6月14日?7月15日,2018年世界杯在俄羅斯舉行。中央電視臺(以下簡稱“央視”)作為世界杯中國地區(qū)獨家全媒體轉(zhuǎn)播商,在世界杯期間完成多檔的自制節(jié)目,并且在莫斯科紅場還搭建了前方演播室,及時傳回精彩的前方報道。其中,在每屆世界杯期間制作的球迷觀眾喜愛的足球綜藝節(jié)目——《豪門盛宴》,于每晚球賽前在CCTV1和CCTV5兩個頻道進(jìn)行直播,在進(jìn)行高清直播的同時,還收錄了所有攝像機(jī)4K信號,并采用虛擬切換合成的方式快速制作4K版的《豪門盛宴》,在央視4K超高清試驗頻道開播前,先推送到全國部分有線電視網(wǎng)的央視4K專區(qū)供觀眾點播。

      1 演播室制作系統(tǒng)分析

      《豪門盛宴》使用央視光華路辦公區(qū)的E01演播室(2 000 m2)進(jìn)行節(jié)目制作。舞臺布置分為常規(guī)節(jié)目區(qū)和虛擬綠箱區(qū),如圖1。

      節(jié)目使用10訊道4K攝像機(jī)進(jìn)行拍攝,攝像機(jī)型號為池上UHD430。10訊道中包括3臺虛擬機(jī)位,其中一臺為固定虛擬機(jī)位,一臺為3 m的虛擬搖臂以及一臺NCAM定位的8 m搖臂共同完成虛擬特效。固定虛擬機(jī)位和3 m的虛擬搖臂主要用于綠箱區(qū)的拍攝,合成前景及背景的虛擬特效。NCAM定位配合常規(guī)搖臂拍攝演播室常規(guī)現(xiàn)場,實現(xiàn)虛擬植入的特效。

      《豪門盛宴》作為一檔直播互動節(jié)目,還要與前方紅場演播室、各比賽地點和隨隊記者連線,以及接收由前方制作團(tuán)隊選切回的球賽預(yù)熱畫面,如各球隊乘坐大巴到達(dá)比賽現(xiàn)場等畫面。

      E01演播室群共8路外來信號供《豪門盛宴》直播使用,其中,除支持本地4路外來信號接入外,還有共享的4路公共外來信號。

      演播室使用2臺EVS XT3服務(wù)器用于節(jié)目插播放像以及高清節(jié)目的收錄,其收錄無字幕版節(jié)目信號(CLEAN PGM)。同時,使用XT3服務(wù)器做外來信號的精彩編輯,由一名體育編輯即時剪輯球賽預(yù)熱畫面作為精彩回放。

      演播室使用3套ORAD在線包裝系統(tǒng),用于支撐節(jié)目包裝如人名條、唱詞、角標(biāo)LOGO等。節(jié)目直播采用后延時方式,延時20 s播出?!逗篱T盛宴》演播室系統(tǒng)包括信號源、直播及錄像系統(tǒng),示意如圖2所示。

      2 節(jié)目的虛擬特效

      一般來說,虛擬特效可以分為虛擬背景和虛擬前景。

      虛擬背景,是以計算機(jī)三維動畫“虛擬”出的場景取代道具實景,現(xiàn)場布景由藍(lán)箱或綠箱取代,攝像機(jī)拍攝的畫面只是圖像的前景,背景則由相配的圖形工作站制作產(chǎn)生。人物通過鍵控器從藍(lán)箱或綠箱中摳出再疊加到制作好的虛擬背景上,即可輸出一個渲染好的合成畫面。

      虛擬前景,就是不摳像,是在攝像機(jī)畫面的前面再疊加一個虛擬的場景,比如體育館或得分標(biāo)牌等,在人物的前面懸浮在實物場景中。

      而前景和背景相結(jié)合就可以得到把人物鑲嵌在三維場景中的特效,更加貼近實景,還能虛擬出很多充滿想象力的畫面。本次《豪門盛宴》的直播中,就結(jié)合了虛擬前景、虛擬背景的特效,虛實結(jié)合的特效完成陣容預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互動等節(jié)目環(huán)節(jié)。

      虛擬制作過程中,需要注意一些細(xì)節(jié),以保證畫面的質(zhì)量及真實感。一般綠箱虛擬錄像常常應(yīng)用于后期制作的節(jié)目,在彩排時需要配合綠箱虛擬錄像仔細(xì)地調(diào)整攝像機(jī)的狀態(tài)并記錄下來,保證直播中人物摳像干凈。同時,需要通過虛擬跟蹤系統(tǒng)獲取攝像機(jī)運動的參數(shù),包括攝像機(jī)的變焦、聚焦、平搖、俯仰及攝像機(jī)位置的X、Y、Z信息。

      《豪門盛宴》的虛擬場景中,除了使用常規(guī)的固定機(jī)位和1臺虛擬搖臂之外,還使用了1套NCAM跟蹤系統(tǒng),如圖3所示。這種新式的跟蹤系統(tǒng)可以通過兩個攝像頭模擬人眼的原理,通過角度的調(diào)整實現(xiàn)對三維位置的定位,只要在場景中有直角或定位標(biāo)識,就可以得到攝像機(jī)X、Y、Z位置數(shù)據(jù),用于虛擬渲染(見圖4)。

      3 高清兼容4K制作模式

      4K超高清因其更高分辨率、更寬色域和更高動態(tài)范圍已經(jīng)成為電視行業(yè)的發(fā)展方向,央視將于2018年10月1日開播4K超高清試驗頻道。從制作模式來看,如紀(jì)錄片等節(jié)目的單機(jī)外拍并經(jīng)后期精細(xì)化制作后輸出成品節(jié)目的模式,目前已經(jīng)相對成熟,《舌尖上的中國》《記住鄉(xiāng)愁》等精品紀(jì)錄片都是這種模式制作的。當(dāng)然由于4K的素材碼率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高清素材碼率,所以在信號傳輸、后期組網(wǎng)、多軌編輯和存儲上還有一些受限。

      對于超高清演播室現(xiàn)場制作,IP化是目前業(yè)內(nèi)共識的發(fā)展方向,在目前SMPTE2022-6(SDI over IP)的標(biāo)準(zhǔn)框架下,還有一些系統(tǒng)上的障礙,相對于全流程系統(tǒng)的不成熟。在攝像端,3片2/3英寸CMOS的全4K攝像機(jī)已經(jīng)在近兩年推出。所以,在當(dāng)下向4K時代過渡的前4K時期,采用高清兼容4K的制作模式來迅速積累4K素材應(yīng)對4K頻道的開播,即只有攝像機(jī)更換為4K攝像機(jī),演播室系統(tǒng)仍為高清系統(tǒng)。制作《豪門盛宴》的E01演播室就采用這種方式,使用池上的UHD430超高清攝像機(jī),嫁接在原高清的制作系統(tǒng)之上,如圖5。

      首先,4K攝像機(jī)的高清輸出接口接原高清系統(tǒng)制作高清節(jié)目,完成直播或錄像,與原高清系統(tǒng)輸出的節(jié)目信號沒有區(qū)別。

      4K攝像機(jī)的4K輸出則由4K多通道錄制服務(wù)器進(jìn)行收錄。為了快速地制作與高清直播內(nèi)容相同的4K版節(jié)目,如果只進(jìn)行多機(jī)位的收錄,然后在后期用高清進(jìn)行人工比對來制作,費時費力,所以采用虛擬切換合成4K節(jié)目信號的方法,快速生成4K版本的節(jié)目素材。

      3.1 4K節(jié)目的多通道錄制并合成

      在高清節(jié)目制作中,隨著季播類節(jié)目的熱播,攝像機(jī)機(jī)位大大增加,在拍攝現(xiàn)場主演播區(qū)畫面的同時,還要拍攝記錄下嘉賓、觀眾的反應(yīng)等演播現(xiàn)場的細(xì)節(jié)畫面。而多機(jī)位拍攝不僅僅是增加攝像機(jī)的數(shù)量,還帶來同步記錄素材、后期多軌同步編輯的需求。由此而來,在前期拍攝時,多通道錄制系統(tǒng)需要實現(xiàn)按照相同的時間碼記錄多個機(jī)位的素材記錄,使錄制素材同步;在后期制作時,可以多軌同步編輯多機(jī)位的錄制素材,再現(xiàn)節(jié)目錄制現(xiàn)場。目前,很多大型的綜藝節(jié)目已經(jīng)采用這種方式。

      現(xiàn)在,建立在IT技術(shù)之上的多通道錄制系統(tǒng)已經(jīng)可以支持4K素材的錄制。因此,對于只有攝像機(jī)升級為4K的演播室系統(tǒng),采用4K的多通道錄制系統(tǒng),也可以制作出4K的節(jié)目。

      第一階段,由于沒有切換的4K PGM版本,所以同步記錄4K多通道錄制素材,需要采用人工的方式與高清PGM比較,在時間線上按照高清PGM的切換點來手動拼接素材,合成最終的4K PGM。

      第二階段,切換臺可以輸出自己切換的信息,按照高清切換臺的切換信息通過軟件自動讀取4K多通道的錄制素材并合成4K PGM版本,這樣可大大節(jié)省人工比對的時間。

      第三階段,在合成4K PGM的同時能夠立即播出,并實時監(jiān)看4K PGM。

      當(dāng)然這種方式是現(xiàn)階段兼容制作的妥協(xié)方案,合成的4K PGM還要進(jìn)入超高清后期制作進(jìn)行簡單剪輯和調(diào)色。

      在實際的節(jié)目制作中,也并不是所有的信號源都是4K的。正如前面所說,在當(dāng)下前4K時代,節(jié)目制作常常只有攝像機(jī)信號是4K信號,而插播素材、字幕、包裝、虛擬等特效畫面還都是高清信號,如果僅以純4K信號來制作,往往節(jié)目是不完整的,很多創(chuàng)意還不能滿足。所以,在兼容制作的模式下,把非4K信號源進(jìn)行上變換得到4K信號,再與攝像機(jī)的原4K信號混切。比如《豪門盛宴》節(jié)目最終生成的4K版,實際上只有演播室攝像機(jī)是4K信號,其他信號都為上變換的準(zhǔn)4K畫面,即采用SONY HDRC4000交叉變換器完成從HD SDR BT709到4K HDR(HLG)BT2020的上變換工作。

      3.2 4K現(xiàn)場制作中的HDR

      在4K超高清的定義中,有5個主要的維度區(qū)別于高清,即分辨率4K/8K(Ultra High Definition Television)、高動態(tài)范圍(High Dynamic Range,HDR)、廣色域(Wide Color Gamut)、高幀率(High Frame Rate,HFR)以及高位深(10 bit以上)。

      央視制定的4K超高清電視節(jié)目制播技術(shù)規(guī)范中規(guī)定,播出頻道采用4K、廣色域ITU BT2020、HDR HLG曲線、50P的格式。這也要求現(xiàn)階段要盡可能地儲備HDR的4K素材。而在實際節(jié)目制作中,HDR卻是常常困擾的問題。

      首先對于外拍節(jié)目,攝像機(jī)各個廠家常使用自己的LOG曲線,經(jīng)過后期加載LUT調(diào)色的方式來制作HDR的成品節(jié)目。對于現(xiàn)場制作使用LOG曲線,使得節(jié)目制作往往處于一種所見非所得的狀態(tài),不能很好地支持HDR的畫面制作,而且不是所有監(jiān)視器都支持HDR顯示。所以,對于演播室現(xiàn)場制作,要實時制作HDR,在100 nit以下和SDR曲線相近的HLG曲線更適合于現(xiàn)場快速制作的特點。主流的國際HDR曲線如圖7。

      在該節(jié)目實際制作時,不得不面臨高清和4K同時制作的問題,當(dāng)然同時面臨著HDR和SDR的兼容制作問題。

      一般主觀來看,HDR畫面比SDR畫面至少要大一檔光圈值,才能發(fā)揮出高動態(tài)范圍優(yōu)勢,有時甚至要大兩至三檔光圈,畫面仍然是合適的。但是,同一臺攝像機(jī)當(dāng)然只有一個鏡頭、一個光圈的數(shù)值,如果按照高清SDR畫面來調(diào)整光圈,則HDR畫面不夠明亮;如果按照HDR畫面來調(diào)整光圈,則高清畫面就會過曝光。

      理想方案:全4K HDR制作,按照HDR調(diào)整光圈,用4K HDR的成品節(jié)目下變換來得到高清SDR的畫面,可以通過后期來調(diào)整HDR曲線或是通過調(diào)整下變換器的HDR參數(shù)值,來適配HDR和SDR的畫面。

      折中方案:現(xiàn)階段主要系統(tǒng)仍然為高清系統(tǒng),只能采用一種折中的方案。由于4K攝像機(jī)的4K輸出和高清輸出都可以分別調(diào)整增益值,使得在同一個光圈值實現(xiàn)兩種畫面亮度成為可能。比如2018年的《春節(jié)聯(lián)歡晚會》,也是采用高清兼容4K,軟件制作按照高清的切換信息合成的方式實現(xiàn)4K節(jié)目的快編立出,當(dāng)時HDC4300攝像機(jī)拍攝采用了SLOG3的HDR曲線。但在備播時發(fā)現(xiàn),SLOG3曲線的噪波很大,需要經(jīng)過后期降噪處理才能正常觀看,如果再增加4K畫面的亮度增益就會帶來更大的噪波,所以通過降低高清輸出的增益來實現(xiàn)HDR和SDR不同亮度輸出的要求,如圖8。

      最終高清降9 dB,也就是高清的光圈要增大3檔左右,《春節(jié)聯(lián)歡晚會》的燈光效果明亮,照度高,常規(guī)光圈甚至可以用到F8,所以降9 dB還可以維持在光圈F4的正常值。但是對于常規(guī)演播室節(jié)目照度沒有那么高,一般高清光圈在F4~F6之間,再過多地降低高清的增益,光圈就算推到最大,畫面也不能使用。所以,在本次《豪門盛宴》的制作中,E01演播室在使用中采用折中制作的辦法,增加一半的4K增益,降低一半的高清增益,來兼容平衡4K HDR和高清SDR的畫面。

      4 總結(jié)

      世界杯是人類體育史上的奇跡,可將全世界眾多人的目光匯聚在64場比賽當(dāng)中。央視在世界杯轉(zhuǎn)播前就在策劃《豪門盛宴》節(jié)目高清兼容4K的制作,同時為了節(jié)目創(chuàng)新,技術(shù)部門也一直在跟蹤新的技術(shù),如虛擬技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)分析系統(tǒng)等,最終在直播中呈現(xiàn)了非常好的虛擬特效。在又一次結(jié)束《豪門盛宴》節(jié)目直播之際,作為電視行業(yè)的從業(yè)者不得不深深思考,四年之后又會做出怎樣的改變,媒體宣傳的格局又將會發(fā)生怎樣的改變。其實,無論如何改變,廣大電視用戶追求新技術(shù)帶來的高畫質(zhì)、高觀賞性的需求不會變,4K超高清全面替代高清的發(fā)展不會變。筆者以此文拋磚引玉,與所有在傳統(tǒng)媒體變革時代共同努力的同行們共勉。

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