4K超高清電視燈光制作的探索與思考

林培群，莊奕煌

（廣東廣播電視臺(tái)，廣東 廣州 510066）

4K超高清（UHD，Ultra High Definition）是廣電行業(yè)近兩年的“關(guān)鍵詞”。廣東廣播電視臺(tái)（簡(jiǎn)稱“廣東臺(tái)”）4K超高清綜藝頻道于2018年10月16日開播，在一年多的時(shí)間里，廣東臺(tái)電視傳輸制作部升級(jí)改造了1 600 m2、800 m2、600 m2、400 m2四個(gè)具備4K超高清錄制能力的演播室，并錄制了《國(guó)樂(lè)大典》第一季及第二季、《最美嶺南春——廣東衛(wèi)視春節(jié)晚會(huì)》、《木偶總動(dòng)員》、原創(chuàng)音樂(lè)節(jié)目《美麗人聲》等多檔4K超高清節(jié)目。

本文著重探討4K超高清電視燈光“是什么、為什么、怎么做”的問(wèn)題，并將筆者在工作過(guò)程中得到的感悟及經(jīng)驗(yàn)與業(yè)內(nèi)同仁分享。

1 4K超高清電視畫面的特點(diǎn)及燈光需求

要理解4K超高清電視制作畫面的需求，首先應(yīng)該了解4K超高清制作的特點(diǎn)。在人們的印象中，電視畫面由“高清”時(shí)代跨進(jìn)“4K超高清”時(shí)代，最大的變化是電視畫面變得更加清晰。但在筆者看來(lái)，4K超高清時(shí)代來(lái)臨的意義，應(yīng)該是一種“多維度”的提升，分別是空間分辨率、灰度分辨率、時(shí)間分辨率、彩色分辨率、寬容度動(dòng)態(tài)范圍。

（1）空間分辨率的提升，使得圖像畫面分辨率從1 920×1 080到3 840×2 160（16∶9的4 096×2 160），意味著電視畫面清晰度大幅提高、細(xì)節(jié)更清楚。

（2）灰度分辨率從8 bit到10 bit，甚至12 bit。10 bit的色階為每個(gè)原色有1 024個(gè)灰度級(jí)別（8 bit為256個(gè)灰度級(jí)別），意味著色彩的位深和灰度的位深有了更好地呈現(xiàn)，電視畫面的暗部細(xì)膩有層次、亮部高亮絢麗更真實(shí)、色彩過(guò)渡層次更細(xì)膩。

圖1 Rec.709到Rec.2020

（3）幀速率從25 f/s到50 f/s，甚至100 f/s，畫面流暢度、刷新率等方面有很大的提升，解決了體育類和綜藝類節(jié)目拍攝對(duì)象的快速移動(dòng)而造成的圖像畫面卡頓感和運(yùn)動(dòng)模糊的問(wèn)題。當(dāng)然，也對(duì)LED燈具的刷新頻率等方面提出新的要求。

（4）在色彩上，從Rec.709（高清色域范圍標(biāo)準(zhǔn)）到Rec.2020（4K色域范圍標(biāo)準(zhǔn)），增加一倍多。Rec.2020覆蓋75.8%的CIE1931色彩空間，Rec.709所占面積只覆蓋35.9%，如圖1所示。寬色域?qū)?lái)更多、更豐富的色彩，更加貼近真實(shí)。

（5）寬容度動(dòng)態(tài)范圍的提升更是“神來(lái)之筆”，從SDR（標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍成像）到HDR（高動(dòng)態(tài)范圍成像），改變了過(guò)去體現(xiàn)不了高亮、高亮部分沒(méi)有細(xì)節(jié)、亮暗不能兼得的情況。觀眾可以更加逼真地看到各種亮度細(xì)節(jié)，無(wú)論白天還是黑夜、高光還是暗部，各種層次都能純粹真實(shí)呈現(xiàn)。

廣東臺(tái)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英國(guó)廣播電視臺(tái)和NHK日本放送協(xié)會(huì)聯(lián)合推出的HDR技術(shù)，它提供的動(dòng)態(tài)范圍是1 200%（S-Log3提供的動(dòng)態(tài)范圍已接近2 000%）（圖2）。

結(jié)合上述特點(diǎn)，筆者認(rèn)為，一個(gè)完美的4K超高清電視畫面燈光效果應(yīng)當(dāng)滿足四個(gè)需求，即畫面需求、效果需求、感官體驗(yàn)需求、照明需求。

（1）畫面表現(xiàn)力應(yīng)當(dāng)有豐富而清晰的層次和細(xì)節(jié)、較好的反差和顏色呈現(xiàn)、足夠的景深范圍、相對(duì)較大的明暗對(duì)比。

（2）效果應(yīng)當(dāng)滿足特寫看細(xì)節(jié)、中景看層次、全景看氣氛三種需求。

（3）感觀體驗(yàn)應(yīng)當(dāng)提供沉浸式體驗(yàn)。

（4）照明需求應(yīng)當(dāng)有合理的面光照度，以滿足4K超高清電視圖像的技術(shù)要求，同時(shí)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。

圖2 各種HDR模式曲線

2 4K超高清電視對(duì)燈光制作的要求及應(yīng)對(duì)措施

4K超高清電視對(duì)燈光制作提出更高的要求，但在實(shí)際節(jié)目錄制過(guò)程中，由于拍攝設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)各種客觀條件的差異，很難達(dá)到理論的理想狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)錄制時(shí)，燈光技術(shù)人員需要調(diào)整好畫面的各種關(guān)系。

2.1 燈光照度與畫面亮度

面光照度的需求與攝像機(jī)的靈敏度和光圈值的需求有很大的關(guān)系。由于在同樣尺寸大小的感光元器件上的像素?cái)?shù)量增加了很多，導(dǎo)致靈敏度降低，同一光圈值下，得到同等亮度畫面的照度需求就大大提高。同時(shí)，由于長(zhǎng)期觀看畫面明亮的Rec.709色域SDR畫面，造成電視觀眾主觀上更喜歡明亮的4K HDR畫面，而要想得到更明亮的4K HDR畫面，就需要有更明亮的現(xiàn)場(chǎng)或更大的光圈。由于HDR的存在，強(qiáng)光動(dòng)態(tài)效果就變得不明顯；由于超高分辨率的存在，背景的虛化就會(huì)變難；由于面光高照度的存在，現(xiàn)場(chǎng)的藝術(shù)效果也有所減弱。

通過(guò)節(jié)目錄制畫面對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高照度的畫面，畫面層次強(qiáng)，不易發(fā)灰，對(duì)焦容易，噪點(diǎn)少，但光束造型燈和背景色彩的表現(xiàn)力較弱；低照度的畫面，景深較淺，光束造型燈和背景色彩的表現(xiàn)力強(qiáng)一些，近景畫面較易發(fā)灰，對(duì)焦難度加大，噪點(diǎn)多。

為了解決4K電視畫面在低照度情況下容易虛焦、噪點(diǎn)多、景深淺的問(wèn)題，同時(shí)又能體現(xiàn)燈光效果，為人物與景別提供較好的明暗對(duì)比，目前廣東臺(tái)大部分節(jié)目的面光照度控制在1 500 lx～1 800 lx，光圈控制在F4～F5.6。為避免高照度下畫面亮堂堂一片，人景層次不夠，建議逆光和側(cè)光加一定的顏色光（圖3）。

圖3 增加顏色光后的畫面效果

雖然HDR電視最大亮度體現(xiàn)能力確實(shí)比SDR高得多，但是筆者認(rèn)為這個(gè)更高的高光點(diǎn)只能占據(jù)電視畫面中的小區(qū)域，而圖像畫面整體亮度應(yīng)由平均亮度控制，最好的畫面是少量高光面積+大量暗部細(xì)節(jié)組成（圖4）。建議在面光充足的情況下，為滿足藝術(shù)效果，主要人物面部的膚色亮度值大約控制在50 nt～120 nt（SDR電視只能反映0.1 nt～100 nt的亮度范圍，而HDR電視的HLG圖像和PQ圖像可以達(dá)到1 000 nt。目前電視畫面呈現(xiàn)亮度標(biāo)準(zhǔn)為不超過(guò)203.2 nt，電平為525 mV）。

目前，廣東臺(tái)4K制作模式有純4K超高清節(jié)目制作輸出、純高清節(jié)目制作輸出、4K超高清與高清同播。這三種不同的模式對(duì)燈光的照度需求都不一樣。為此，筆者在不同模式及不同光圈下均對(duì)照度值做了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表1～表4。

為保證4K超高清HDR變換同播高清SDR時(shí)畫面不會(huì)過(guò)曝，則需在標(biāo)準(zhǔn)HDR不同的曲線模式下，調(diào)整高清輸出的增益差（對(duì)應(yīng)的增益差應(yīng)在-6 dB～-9 dB之間為佳）。如通過(guò)增益差（-9 dB）來(lái)建立一個(gè)75%HDR（參考白對(duì)應(yīng)亮度值為203 nt、HLG輸出為525 mV）和100%SDR（輸出為700 mV）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以兼顧4K超高清HDR和高清SDR畫面（圖5）。

圖4 少量高光+大量暗部的畫面效果

圖5 兼顧4K超高清HDR和高清SDR畫面

2.2 人物光、光質(zhì)、光比

4K超高清技術(shù)就像是個(gè)放大器，畫面更清晰、層次更細(xì)膩，當(dāng)然瑕疵（人物的皮膚斑點(diǎn)、皺紋、發(fā)質(zhì)等）也越來(lái)越容易暴露在觀眾面前，燈光的影子也越發(fā)明顯。為了更好地體現(xiàn)人物的細(xì)節(jié)，可以參照電影、廣告拍攝的光質(zhì)需求，人物的面光∶逆光、側(cè)光∶面光（副光∶主光）需要控制在1∶1.5以內(nèi)，同時(shí)要求光源色溫穩(wěn)定，高顯色指數(shù)（Ra＞90、R9＞80為佳），光質(zhì)柔和（降低畫面的明暗對(duì)比度，緩和目標(biāo)的生硬度，沖淡陰影），LED燈具的刷新頻率高（＞20 kHz為佳）。

表1 純4K超高清節(jié)目制作輸出模式照度值（單位：lx）

表2 高清節(jié)目制作輸出模式照度值（單位：lx）

表3 4K超高清＋高清節(jié)目制作輸出模式照度值（單位：lx）

表4 標(biāo)稱信號(hào)電平

布光方法：基礎(chǔ)光（蘋果光）+重點(diǎn)光——應(yīng)用于新聞、專題等節(jié)目；三點(diǎn)布光法；一主光一輪廓光+兩輔助光。

2.3 畫面層次與景深問(wèn)題

由于HDR的存在，電視畫面的亮部和暗部細(xì)節(jié)很多被保留下來(lái)，給人視覺感受是黑的地方黑不下去，想刻意隱去的東西也還是能看到。而超高分辨率的存在，使得近距離的背景虛化效果也會(huì)變難。景深淺、太多層次的畫面在體現(xiàn)“真實(shí)感”的同時(shí)，會(huì)使電視觀眾長(zhǎng)期觀看時(shí)容易產(chǎn)生“疲勞感”，因此，畫面層次的取舍特別重要。

燈光技術(shù)人員可以運(yùn)用基本的亮度關(guān)系和色彩對(duì)比關(guān)系來(lái)解決，通過(guò)明暗對(duì)比（切割燈具為光區(qū)的控制提供便利）、色彩對(duì)比（4K寬色域?yàn)樯实膶?duì)比提供較大的優(yōu)勢(shì)）來(lái)實(shí)現(xiàn)層次的取舍和解決“景深淺”的問(wèn)題（圖6）。當(dāng)然，在有LED屏幕的錄制現(xiàn)場(chǎng)，景深問(wèn)題就更加復(fù)雜，需要根據(jù)節(jié)目的制作風(fēng)格、場(chǎng)景的效果需求進(jìn)行一定平衡與取舍，建議LED屏幕的畫面亮度必須可控。

大家都知道，光比1:20是眩光的邊界，1:10雖然對(duì)比很強(qiáng)烈，但還看得見周圍的東西，可以形成比較強(qiáng)烈的對(duì)比。1:5通常是人們認(rèn)為比較美的對(duì)比，不管是重點(diǎn)還是周圍的環(huán)境都能看得清楚。1:3能夠識(shí)別對(duì)比的邊界。筆者建議將新聞、專題演播室的燈光光比控制在1:3～1:5，而綜藝演播室的燈光光比應(yīng)該控制在1:3～1:10。

2.4 色彩應(yīng)用（與高清的兼容問(wèn)題）

從目前節(jié)目制作的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，高清的畫面色域小、色彩層次少，反而容易拉開對(duì)比，畫面的色調(diào)偏純，更容易統(tǒng)一，視覺體驗(yàn)較鮮亮。HDR的4K畫面，由于色彩層次多，亮暗部細(xì)節(jié)豐富，畫面看上去有些發(fā)灰，層次對(duì)比不夠鮮明，色彩平淡，更多的色彩也面臨取舍和統(tǒng)一的問(wèn)題。

由于Rec.2020與Rec.709的色域范圍不同，在4K超高清變換成高清節(jié)目后，會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的亮度信號(hào)、色度信號(hào)溢出的現(xiàn)象。為了節(jié)目效果的完美呈現(xiàn)，在前期調(diào)試、拍攝、錄制、后期處理、播出各個(gè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)最佳效果設(shè)置（包括舞臺(tái)燈光效果設(shè)置和攝像機(jī)調(diào)試、系統(tǒng)設(shè)置等）顯得十分關(guān)鍵，特別是色彩矩陣的應(yīng)用、色彩飽和度的調(diào)節(jié)、灰度和黑平衡的控制。因此，視覺總監(jiān)或視覺工程師的工作崗位也更加凸顯出重要性。建議前后期色彩調(diào)試由同一個(gè)人員或同一個(gè)團(tuán)隊(duì)全部解決（圖7）。

2.5 噪點(diǎn)的平衡問(wèn)題

圖6 畫面效果

圖7 前、后期調(diào)色的重要性

圖8 圖像畫面的背景

噪點(diǎn)包括色彩噪點(diǎn)和灰度噪點(diǎn)。動(dòng)態(tài)范圍越寬，噪點(diǎn)越多。動(dòng)態(tài)范圍越窄，噪點(diǎn)越少。為了減少噪點(diǎn)，建議背景的亮度控制在最大光圈以內(nèi)（不加增益情況下），人物背景少用純黑色；寬色域的使用也需考慮高清畫面，光比不能太大（主要是最亮部與最暗部的光比）；同時(shí)減少煙霧的空間濃度。圖8所示是使用黑幕背景的圖像畫面，光色效果的產(chǎn)生最好有光幕襯托（圖像畫面的背景、氣氛、色彩、形態(tài)的呈現(xiàn)都依賴于光幕的層次關(guān)系）。

圖9 電視畫面

2.6 4K超高清與高清同播問(wèn)題

4K超高清與高清同播，不同于高清與標(biāo)清同播，難度和復(fù)雜度要高幾個(gè)量級(jí)。超高清與高清不只是清晰度的提升、量化深度的提高，還增加了HDR和Rec.2020寬色域的變化。超高清變換為高清，難點(diǎn)不只是HDR與SDR相互轉(zhuǎn)換，還有Rec.2020與Rec.709色域間的映射轉(zhuǎn)換，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)彩色失真等現(xiàn)象，特別是人眼敏感的人物膚色以及藍(lán)天、白云和場(chǎng)景的紅光等。

建議燈光技術(shù)人員在節(jié)目設(shè)計(jì)與制作中，首先對(duì)制作模式進(jìn)行確定，從而確定基礎(chǔ)照明的亮度需求；制作期間，對(duì)人物膚色進(jìn)行色差校正，解決現(xiàn)場(chǎng)燈光色彩在電視畫面的效果呈現(xiàn)；后期跟進(jìn)調(diào)色環(huán)節(jié)，完善電視畫面（圖9）。

3 4K超高清節(jié)目制作流程的思考與感悟

4K超高清追求畫面更清晰、更細(xì)膩的意義在于，得到更完美的視覺體驗(yàn)。而“體驗(yàn)”是一種非常主觀的感受，僅憑更高的真實(shí)度而未經(jīng)任何調(diào)試的畫面難以滿足觀眾的審美需求?？陀^的事物往往美與丑并存，燈光設(shè)計(jì)師要做的就是“揚(yáng)美抑丑”。

其次，電影對(duì)畫面色調(diào)風(fēng)格的把控為4K超高清電視制作提供了很好的參考。更多的色彩和細(xì)節(jié)，只有經(jīng)過(guò)“篩選”，才能優(yōu)化出符合主題氣質(zhì)的畫面調(diào)性。4K畫面所包含更多層次、更加細(xì)膩、寬色域的意義并不是要全部展現(xiàn)出來(lái)才好，而是意味著會(huì)給創(chuàng)作者更多的選擇權(quán)。

4K超高清節(jié)目制作不僅要符合制播的技術(shù)規(guī)范，還要發(fā)揮好4K超高清技術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)作上的優(yōu)勢(shì)。視覺質(zhì)量的管控顯得更加重要，而且必然前置到每個(gè)關(guān)鍵生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上（如電視燈光設(shè)計(jì)師對(duì)藝術(shù)氛圍的把控和視頻技術(shù)的了解、電視畫面的構(gòu)圖呈現(xiàn)、攝像機(jī)的技術(shù)信息和參數(shù)設(shè)定、4K超高清與高清變換的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和色彩矩陣調(diào)節(jié)等）。這需要電視制作的技術(shù)創(chuàng)作人員從上至下（包括節(jié)目編導(dǎo)、攝像師、舞美燈光）重視對(duì)節(jié)目視覺質(zhì)量的綜合控制與管理，需要節(jié)目制作人員對(duì)4K超高清節(jié)目制作規(guī)范的統(tǒng)一認(rèn)知與共同遵守，這樣才能更好地使用超高清技術(shù)為電視節(jié)目的藝術(shù)創(chuàng)作提供更大的創(chuàng)新空間。