影視制作專業(yè)問(wèn)答4

王亞明

HDR拍攝怎樣控制曝光？

可以把HDR拍攝分為實(shí)時(shí)的直播與非實(shí)時(shí)的錄播兩類。

·直播

在直播流程中設(shè)備和人員是有保障的，無(wú)論演播室、轉(zhuǎn)播車還是EFP系統(tǒng)都會(huì)配置調(diào)光監(jiān)視器和波監(jiān)，有專門的調(diào)光師調(diào)整攝像機(jī)光圈控制曝光。在這種專業(yè)的工作環(huán)境中，HDR與SDR的曝光控制原則是一樣的，都是“所見(jiàn)即所得”，即調(diào)光師根據(jù)監(jiān)視器顯示的圖像和波監(jiān)顯示的波形控制曝光，使畫(huà)面需要表現(xiàn)的人物或主體灰度層次符合制作者的意圖。

無(wú)論SDR還是HDR，對(duì)調(diào)光師來(lái)說(shuō)，符合行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置正確，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的監(jiān)視器是控制曝光的最重要依據(jù)，是圖像質(zhì)量的保障。

由于HLG在兼容SDR的基礎(chǔ)上提升了動(dòng)態(tài)范圍，其制作、播出流程與電視臺(tái)現(xiàn)有的工作流程相似，因此更適合電視臺(tái)HDR直播。

雖然一些電視臺(tái)已經(jīng)開(kāi)始播出4K HDR節(jié)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(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。因此，很多用4K系統(tǒng)制作的HDR節(jié)目需要下變換成SDR在高清頻道播出，或需要同時(shí)制作4K HDR與高清SDR版，這就要求調(diào)光時(shí)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(jié)推薦的SDR優(yōu)先制作流程（SDR focussed production），即用SDR調(diào)光制作HDR。SDR優(yōu)先流程為HDR攝像機(jī)內(nèi)置下變換器和節(jié)目輸出下變換器設(shè)置相同的SDR轉(zhuǎn)換增益差，并像傳統(tǒng)的高清制作一樣，以攝像機(jī)下變換的SDR圖像和波形為基準(zhǔn)，用SDR監(jiān)視器和波監(jiān)調(diào)光制作HDR，使高清SDR與4K HDR都能正確曝光。

如果制作的4K節(jié)目主要用于HDR播出或發(fā)行，沒(méi)有下變換高清SDR的需求，可以采用BT.2408-2第7.1節(jié)推薦的HDR優(yōu)先流程（HDR focussed production），以攝像機(jī)輸出的HDR圖像和波形為基準(zhǔn)，用HDR監(jiān)視器和波監(jiān)調(diào)光制作HDR。SDR優(yōu)先與HDR優(yōu)先流程側(cè)重點(diǎn)不同，各有優(yōu)點(diǎn)，可以滿足不同的制作需求，詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參考《影視制作專業(yè)問(wèn)答》系列連載3的問(wèn)答：《ITU推薦的兩種HDR制作流程有什么區(qū)別？》。

用SDR調(diào)光制作HDR時(shí)，調(diào)光師只能看到HDR畫(huà)面中的SDR內(nèi)容。以HLG為例，0-75% HLG電平的內(nèi)容被轉(zhuǎn)換為0-100% SDR電平，也就是說(shuō)在SDR監(jiān)視器上能看到0-75% HLG電平代表的SDR內(nèi)容，超過(guò)75% HLG電平的高亮度HDR內(nèi)容被壓縮到了SDR信號(hào)的拐點(diǎn)/斜率部分。在SDR電視體系中，拐點(diǎn)/斜率只占用了電平資源的10%、顯示亮度資源的20%，因此在SDR監(jiān)視器上只能看到非常有限的HDR內(nèi)容。在SDR優(yōu)先的制作系統(tǒng)中，雖然調(diào)光師只能看到SDR畫(huà)面，但視頻工程師和導(dǎo)演能在HDR技監(jiān)和節(jié)目監(jiān)視器上看到HDR畫(huà)面，監(jiān)控HDR圖像質(zhì)量。

雖然以SDR圖像為基準(zhǔn)調(diào)光時(shí)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)SDR內(nèi)容的“所見(jiàn)即所得”，但正確設(shè)置的SDR轉(zhuǎn)換增益差保證了高于75% HLG電平的HDR內(nèi)容準(zhǔn)確曝光。由于在HDR畫(huà)面中大部分有效信息分布在SDR內(nèi)容里，所以采用SDR調(diào)光能夠同時(shí)獲得正確曝光的高質(zhì)量SDR和HDR畫(huà)面。需要說(shuō)明的是，用SDR調(diào)光制作HDR并不是為了保SDR而犧牲HDR的權(quán)宜之計(jì)，而是在當(dāng)前大多數(shù)電視人不熟悉HDR，沒(méi)有HDR制作經(jīng)驗(yàn)的情況下，為了使電視臺(tái)從SDR向HDR制作平穩(wěn)過(guò)渡，確保4K和高清圖像質(zhì)量的有效方法。

·錄播

非實(shí)時(shí)的錄播也分兩種，一種是后期不調(diào)色，只做簡(jiǎn)單編輯，另一種是像電影一樣在后期精工細(xì)作，通過(guò)調(diào)色實(shí)現(xiàn)制作者對(duì)圖像的創(chuàng)作意圖。后期是否調(diào)色對(duì)前期拍攝曝光控制的要求完全不同，調(diào)光方法也不一樣。

在不調(diào)色的錄播流程中，拍攝調(diào)光、記錄素材以及成片的伽瑪和色域是相同的，制作過(guò)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(jiàn)即所得”電視制作流程，因此曝光控制與直播是一樣的，應(yīng)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(diào)色是典型的“所見(jiàn)非所得”電影制作流程，記錄素材應(yīng)為無(wú)壓縮或淺壓縮的16比特線性伽瑪RAW，或基于Cineon的12比特對(duì)數(shù)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，或在更大的空間（例如ACES）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(jiàn)非所得”的流程中拍攝調(diào)光、記錄素材與成片的伽瑪、色域并不一定相同，因此拍攝調(diào)光時(shí)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(dòng)態(tài)范圍，可以用電影行業(yè)的多種常用方法和工具控制曝光，例如在電視伽瑪監(jiān)視器上直接顯示對(duì)數(shù)伽瑪?shù)牡头床町?huà)面+波形，用假彩色標(biāo)識(shí)不同亮度電平，直方圖等等。對(duì)“所見(jiàn)非所得”的制作流程來(lái)說(shuō)，拍攝只是第一次藝術(shù)創(chuàng)作，后期調(diào)色是第二次藝術(shù)創(chuàng)作。

近年來(lái)隨著電影與電視制作技術(shù)的融合，在一些采用“準(zhǔn)直播”形式的錄播節(jié)目中（例如演唱會(huì)、歌舞劇等），出現(xiàn)了介于“所見(jiàn)即所得”電視流程與“所見(jiàn)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(shí)只對(duì)素材進(jìn)行“淺調(diào)色”處理以彌補(bǔ)前期拍攝調(diào)光的不足。這種新的錄播模式相當(dāng)于在電視直播流程之后增加了調(diào)色工序，拍攝時(shí)采用HLG或?qū)?shù)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(shí)可以采用與直播相同的曝光控制方式，用對(duì)數(shù)伽瑪拍攝時(shí)可以用“所見(jiàn)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(yīng)了部分市場(chǎng)需求，不過(guò)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(diào)色應(yīng)用，因此其成片圖像質(zhì)量不如單純的直播或錄播好。

從數(shù)字圖像信息的角度來(lái)看，調(diào)色就是減少灰度階信息量，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(jīng)過(guò)調(diào)色后保留的灰階信息量才能滿足高質(zhì)量圖像的要求，這就是錄播時(shí)記錄素材采用16比特線性伽瑪或12比特對(duì)數(shù)伽瑪?shù)脑颉?0比特量化的有效灰階數(shù)量只有不到1000個(gè)，留給后期調(diào)色的余量已經(jīng)很少，這也是在這種混合制作模式中只適宜進(jìn)行“淺調(diào)色”處理的原因，因?yàn)檎{(diào)色量過(guò)大時(shí)成片中會(huì)出現(xiàn)灰階不足的“條帶”（banding），圖像上原本應(yīng)該柔和過(guò)渡的漸變色出現(xiàn)了肉眼明顯可見(jiàn)的有限灰階。

此外，由于調(diào)色必須在RGB基色空間內(nèi)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(diào)色前與調(diào)色后必須進(jìn)行RGB與YCbCr的空間轉(zhuǎn)換，在數(shù)字域里這種矩陣運(yùn)算仍然會(huì)改變電平，所以在10比特量化時(shí)不能認(rèn)為空間轉(zhuǎn)換是無(wú)損的，這種處理也會(huì)降低成片的圖像質(zhì)量，這也是錄播時(shí)記錄素材采用RAW或RGB格式文件的原因。

◆ 后期不調(diào)色

在記錄素材后再編輯制作的非實(shí)時(shí)錄播流程中，拍攝時(shí)設(shè)備和人員條件都比直播簡(jiǎn)單的多，在大多數(shù)情況下，攝像師只能依靠取景器顯示的圖像取景、聚焦并調(diào)整光圈控制曝光。在這種ENG模式的工作環(huán)境中，由于攝錄一體機(jī)自帶的取景器不支持HDR顯示，除非外接HDR監(jiān)視器，在取景器小尺寸SDR屏幕上無(wú)法用“所見(jiàn)即所得”的方法控制光圈實(shí)現(xiàn)HDR正確曝光。

解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一是像直播一樣用SDR調(diào)光制作HDR。一些新型的4K HDR攝錄一體機(jī)也像4K演播室攝像機(jī)一樣內(nèi)置了兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)處理器，可同時(shí)分別處理HDR與SDR信號(hào)，并設(shè)置SDR轉(zhuǎn)換增益差。以HLG拍攝為例，可以通過(guò)SDR增益差設(shè)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(jī)自帶的小尺寸SDR取景器上像拍攝高清SDR一樣監(jiān)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(dāng)作SDR圖像調(diào)光。很多4K HDR攝錄一體機(jī)只有一個(gè)信號(hào)處理器，不能同時(shí)處理SDR與HDR信號(hào)，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(huà)面，但由于取景器的亮度比HDR監(jiān)視器低得多，無(wú)法真實(shí)再現(xiàn)HDR圖像的效果。根據(jù)BT.2408-2第7.2.2節(jié)的說(shuō)明和實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，由于HLG的設(shè)計(jì)是與SDR兼容的，當(dāng)SDR監(jiān)視器的伽瑪值設(shè)置為2.2時(shí)，顯示的圖像灰度層次與HLG下變換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(dāng)作SDR一樣調(diào)整光圈控制HDR曝光。雖然取景器的伽瑪值無(wú)法調(diào)整為2.2，但這種曝光控制的方法誤差并不大，在沒(méi)有條件外接HDR監(jiān)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(diào)色

在后期調(diào)色的錄播流程中，拍攝調(diào)光的目的是有效利用成像器件的全部動(dòng)態(tài)范圍，由于成像器件的動(dòng)態(tài)范圍比攝像機(jī)取景器顯示屏的動(dòng)態(tài)范圍大得多，單人拍攝操作時(shí)只能用取景器控制曝光。在這種“所見(jiàn)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(duì)數(shù)伽瑪?shù)牡头床町?huà)面，如下圖所示。

從圖中可以看到，在電視伽瑪?shù)钠聊簧巷@示對(duì)數(shù)伽瑪圖像時(shí)呈現(xiàn)出底片一樣的低反差畫(huà)面，實(shí)際上就是把成像器件的高動(dòng)態(tài)范圍圖像壓縮到了低動(dòng)態(tài)范圍的顯示屏上。對(duì)比右側(cè)的“正?！狈床町?huà)面，在這種低反差的“灰色”畫(huà)面上攝影師可以看到全部灰度層次，雖然反差不真實(shí)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(diào)色保留足夠的調(diào)整余地。很多攝像機(jī)取景器里還內(nèi)置了示波器功能，可以在畫(huà)面上疊加RGB信號(hào)波形，為攝影師提供更技術(shù)化的曝光提示信息。

對(duì)HDR制作最常見(jiàn)誤解有哪些？

對(duì)HDR制作最常見(jiàn)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(diào)整的過(guò)高，BT.2408文件發(fā)布后，由于部分制作人員對(duì)HDR參考白基準(zhǔn)電平的203尼特亮度存在誤解，又出現(xiàn)了把HDR圖像平均亮度壓得過(guò)低的問(wèn)題。

在HDR發(fā)展的初期，部分制作人員和觀眾對(duì)HDR的理解是“看起來(lái)很亮的圖像”，“不亮的電視不是HDR電視”，有些人甚至認(rèn)為“HDR就是亮瞎眼的圖像”。在這種認(rèn)知的主導(dǎo)下，如果制作的HDR節(jié)目平均亮度不比SDR高很多，可能就不會(huì)被認(rèn)為是HDR。

經(jīng)歷過(guò)初期的誤解后，制作人對(duì)HDR有了更深入的認(rèn)識(shí)，特別是ITU的BT.2408報(bào)告發(fā)表后，HDR制作進(jìn)入了規(guī)范發(fā)展的階段。不過(guò)，部分制作人員對(duì)HDR參考白基準(zhǔn)電平的203尼特亮度產(chǎn)生了誤解，把203尼特當(dāng)成了HDR圖像的最高亮度，導(dǎo)致其制作的HDR節(jié)目平均亮度偏低，看起來(lái)和SDR圖像差不多。

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

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

通過(guò)上述分析和實(shí)際測(cè)試可以得出結(jié)論，對(duì)SDR和HDR來(lái)說(shuō)，膚色亮度是一個(gè)分界線，盡管SDR與HDR監(jiān)視器的峰值亮度相差10倍，但顯示的膚色亮度是一樣的。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(shí)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(shí)，1000尼特峰值亮度HDR監(jiān)視器的顯示亮度是SDR監(jiān)視器的6-10倍。

對(duì)HDR制作來(lái)說(shuō)，203尼特顯示亮度對(duì)應(yīng)的是100%反射率白卡，超過(guò)203尼特的亮度才是HDR內(nèi)容，低于203尼特的是SDR內(nèi)容。如果把203尼特誤解為SDR電視的峰值白，把HLG信號(hào)電平壓在75%以下，那么在HDR監(jiān)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(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)在SDR上變換的節(jié)目中。由于目前優(yōu)質(zhì)的HDR節(jié)目比較少，很多“HDR”節(jié)目并不是HDR制作，而是SDR上變換的，SDR峰值白的電平為100%，上變換HLG后其電平為75% HLG，對(duì)應(yīng)顯示亮度203尼特。還有些HDR節(jié)目中使用了大量SDR素材，轉(zhuǎn)換成HDR后其最高亮度也是203尼特，這些問(wèn)題是從SDR過(guò)渡到HDR制作時(shí)不可避免的。

（未完待續(xù)）