随着广电业转向4K UHD广播，大量话题围绕着如何最好地传输和显示4K信号，因此在第一代4K显示屏上极为重视高动态范围（HDR）能力。HDR归根结底是为了增加图像的亮度范围以增大最白和最黑成分之间的对比度。不过，此等式的前端（从获得有最大动态范围的图像然后整个环节一直保持它不变）也在发展。确实，由于UHD的出现，针对各种广播应用（特别是直播）的图像采集正出现各种变化和新思考，其中包括如何以最佳方式采集，艺术地利用，然后最大限度地增加更大动态范围的效果；如何以最佳方式将更高动态范围能力与其它UHD改进相结合，包括更广色域、更高帧率、新扫描格式及其它考量。
按照草谷公司摄像机研发副总裁彼得·森藤的观点，这显示媒体技术开发运作模式的一个根本性变化。
“上世纪90年代初，我们有了我们第一款HDTV（广播）摄像机，而全世界还是标清，采用NTSC和PAL制式”森藤表示，“当时我们都在讨论4 x 3对比16 x 9，但此领域没有在一夜之间发生变化。为使16 x 9宽高比HD播出至少有一些启动花费了10-15年的时间。”
“现在，我们突然有了4K，主要原因是显示屏厂商看到对HD显示屏的需求降低，而对他们来说，向前迈出的最容易的一步是‘复制和粘贴’更多的像素，因为如果你做四象限的HD，你就有了UHD。另一个选择是把更高动态范围（HDR）置入HD显示屏，但显示屏厂商并不容易做到，因为这意味着他们必须采取措施，由显示屏里头得到更多的光。依我看来，依据人眼清晰度感知，如果他们当初这样做了，人们会感觉这些显示屏的对比度像我们现在所称的4K的对比度，即使它还是HD而非UHD。”
“现在，你看到人们希望在一年内完成这些变化，但跟上很难。这符合我们当前所处的社会——事物更个性化，人们希望一切都更直接。我们已从一个缓慢变化的世界走向一个快速变化的技术世界。”
不过，具体到广播摄像机成像系统内的HDR，这种情形在某种意义下已经完全改变。理由是长期以来，来自主要厂商的高端HD广播摄像机系统已经能够支持更高动态范围，但HD显示屏那时不能处理它，”他表示，“在过去，屏幕光输出有限，一开始是100尼特，后来是200或400尼特左右，但最大亮度始终有限。就因为如此，观众看有限亮度的显示屏，对图像感到满意，背后的原因是内容创作者以这样一种方式调整了他们的摄像机，或者在后期由调色师进行了调整，使观众对那些显示屏感到满意，保证黑色、最亮和中等亮度正确。”
目前，在动态范围领域，新UHD显示屏可以有更多能力。森藤说：“内容创作者清楚新型2/3英寸CMOS成像器有很大的光度余量，它与CCD传感器不同，前者能够超出1000尼特。CMOS成像器能够获得更高像素数和更高帧率，但依然有很好的信杂比和很好的灵敏度，使图像赏心悦目。由于我们有支持至少1000尼特的4K显示屏，有时4000尼特，有些甚至于达到10000尼特，我们能够更好地支持那些显示屏，不用限制我们的图像的能力。因此，成像器厂家正在煞费苦心保证他们的摄像机能够获得可与这些新显示屏相配的动态范围。对直播来说，这特别重要，因为你可拍摄图像并直接播出，前提是你有传输它的手段。当然，在电影应用中，他们记录全部色彩深度，然后到后期，以他们希望有的各种方式制备材料，期间他们总是有一个存储阶段和延迟阶段。但对于直播应用，我们必须实时解决色彩和亮度如何产生、色彩空间看上去像什么以及该色彩应如何在我们的成像器映射到UHD显示屏的问题。”
因此摄像机厂家发展了传感器和相应的软件，确保他们的系统不仅能够解决彩色在标准的Rec. 709视频彩色空间如何生成的问题（通过森藤称为恰当伽玛定义的非线性曲线——它补偿显示屏内的非线性曲线，以及增加的传递曲线或加在较高曝光量的伽玛曲线拐点，处理高亮度），而且能够解决在适用于UHD图像的更广的标准彩色空间（Rec. 2020）他们如何完成同样的事情的问题。
“与Rec. 709相比，在摄像机内做Rec. 2020基本上意味着你有更亮的彩色，”他说，“因此它更饱和，令看的人更赏心悦目，并且对演播室环境内的人工照明提供更多可能性，不会产生伪彩色。但提醒一下，当某些摄像机工作于Rec. 709，而另一些工作于Rec. 2020时，在Rec. 709外和Rec. 2020内使用人工照明将引起问题。当前，就此话题有一个由BBC共享的EBU工作组。”
森藤指出，近年来，开发了新电光传递函数，允许系统以人眼和人脑能够理解的方式且尽可能少的数据丢失，把光数据转换为更高动态范围亮度的数字呈现。例如，杜比开发了其所谓的PQ曲线或感知量化器，它后来演变为适用于HDR显示屏的SMPTE动态范围电光传递函数ST 2084，实现比传统伽玛曲线更广范围的亮度值，同时最大限度减少对现代10b或12b显示屏的曲线影响。
然后，BBC和NHK联合开发了另一种称为混合对数伽玛（HLG）的方式，它被日本电波产业协会（ARIB）标准化为ARIB STD-B67。这种方式根据预期的动态范围和峰值白色参考值，假定一个相对亮度值，并且能够作为一种图形采集曲线。
森藤称此方式为“在广播中如何确定伽玛曲线和如何确定拐点以及如何认定此曲线需要调整以便一方面支持标准动态范围，另一方面又支持更高动态范围显示屏上的HDR之间的一座桥梁。但该曲线不是为考虑最大对比度范围的最小数量的代码值优化的。”这意味着与ST 2084相比，该函数获得稍窄的动态范围。
现在这两种方式被杜比、BBC和NHK联合制定为一个向ITU的HDR标准建议。
森藤说，不过，摄像机厂家认为他们的广播成像系统原则上必须支持所有这些方案，因而用户在采集时能够创造性地选择他们想要的任何曲线，然后能够告诉播出链内所有系统单元他们采用了什么曲线以及你为此所做的彩色校正方式。
当然，考虑到技术与内容制作者创造性平衡的复杂性，有更多的工作要做，原因是电影制作者和广播机构越来越有创造性地试验比标准解释所计划的更多的东西。森藤表示，因此，在拍摄的图像和内容创作者希望向4K监视器映射其亮度及其它特征方式之间将始终没有一对一的对应性。
“从艺术上，或从观众体验的角度来看，光输入和光输出之间没有完全线性的一对一对应性可能更好，”他解释道，“因此，无论你设置摄像机为PQ还是HLG，你的摄像机内可能依然需要一条额外的曲线，以实现艺术意图。摄像机需要增加光传递曲线，以便你能够进一步满足这些特性方面（前端上）的艺术意图。摄像机内有一条附加曲线的另一个理由是当你去到黑色区域，在小屏幕上使用PQ和HLG，一点噪声都可能放大很大。这些针对高动态范围的空间曲线之差分增益可能导致比期望的更大的差分增益，而你必须有稍做修改的能力。”
不过，现代广播摄像机不仅必须拍摄和支持更高动态范围以及其它这些改进的图像特性，它还必须能够被高效纳入森藤所称的“新传输链”以便拍摄后一路向后播出有更好动态范围的UHD广播图像，因此拍摄的内容被正确地发送到观众的4K显示屏，差错尽可能少，体现内容创作者的预期目标。这样一来，他说厂家必须考虑的另一个重要特性是要适应Dolby Vision UHD标准之基础的新彩色空间。该格式被称为ITP-PQ。ITP-PQ本质上是与传统的YCbCr彩色空间不同的新色差公式，它基于人眼视网膜的LMS（长—中—短）视锥彩色响应。
森藤补充说其它方案的重点在彩色空间转换方面。他特别指出在IBC 2014的一次演讲中，概括了某些关于与HDR结合时如何得到最佳彩色性能的结论，此演讲的题目是“在HD和UHD中部署广色域和高动态范围”。
森藤表示，总体思路是减少你发送来自摄像机的图像到广播链时传输信号内的差错量，包括高动态范围曲线内的差错。
“输出以你的成像器的输出信号为基础，该信号然后进入传输链，”他说，“这就意味着信号内有某种光放大，并有色度信号、色差（YCbCr）——这是标准动态范围的标清，可能引入误差到传输过程中。这些误差在过去你一般看不到，原因是典型的显示屏仅仅达到100尼特。但如果你到较大的幅度（使用4K显示屏），那么你将发现这些小误差本质上是可见的，因为系统光学倍增了它们。因此，为解决这个问题，我们在摄像机内增加了与Rec. 709有关的正常YCbCr和与Rec. 2020有关的正常YCbCr之间的转换。它是一种你在其中选择摄像机内LMS设置的新彩色空间，因此它将自动选择ITP，所以最终结果是你将没有假如你对一条常规的高动态范围曲线只接受Rec. 2020和YCrCb会有的可见失真。它与改变色度和传递矩阵有关。”
森藤补充说因为新ATSC 3.0广播标准的迫近，传输链问题现在特别重要。在测试此新标准期间，业界正在测试数据传输的各个方面，其中一个关键问题是4K/HDR内容可多大程度上得到调节和通过ATSC 3.0传输链。为此草谷的新4K摄像机LDX86等在发稿时被选定用于官方的ATSC 3.0测试。
森藤还指出，为帮助提高4K显示屏上观看的图像内可见的动态范围，有其它许多有效的选择或正在准备中。正如有各种软件技术提高内容分辨率到4K，他说有很多从SDR升级到HDR的技术。可转换标准动态范围材料，反之亦然。有不少公司正在研究此问题，在那方面一切皆有可能。
他说行业还有把更大的35mm电影式样成像器从电影领域移植到广播电视领域的选择，如2013年池上和阿莱推出HDK-97ARRI时的做法，本质上就是讲一台阿莱Alexa摄影机头置于广播摄像机身。不过，他说这种做法对某些应用有效，但对实景体育类应用无效。其理由是简简单单，摄影机全都要求大画幅成像器，这意味着你总是有浅景深，它是你在电影里喜欢的。但对于有大量运动等的体育比赛直播，保持焦点是很困难的。而对于演播室运作或情景剧或连续剧，这些场合与电影场合更相容，它可能是一种令人感兴趣的应用。
对此话题还有其它很多复杂问题必须得到解决。
（本文由SMPTE提供，谨此致谢）