中央电视台春节联欢晚会，其重要性和意义对于国人无需多言。能够借助于最先进的技术和设备来展现其魅力，一直以来也是制作者们的希望。早在 3D 最为火热的2012和2013年，我们就已经通过 3D转播车系统以专场拍摄的方式记录下了春晚节目立体影像。2014年随着 4K 技术逐渐成熟，央视首先使用 4K 摄录一体机对春晚彩排进行拍摄；2015年，央视与索尼合作，将一套六讯道 4K 现场转播系统放入春晚一号厅演播室，第一次用 4K 现场制作方式完成了春晚整场彩排的实况录制。
2017年，我们再一次将 4K 讯道摄像机植入春晚一号厅，与过往不同的是，这一次不再是 4K 专场录像，而是彻底替代掉了一号演播室原有12个高清转播讯道中的6套。从第一场整场带装彩排一直到第七场春晚直播，6台 4K 摄像机作为春晚转播的核心机位，一方面保留下春晚 4K 素材，同时为高清春晚直播系统提供了高质量的下变换格式信号，无论细节还是色彩表现力，都超越了原本高清的画面质量。
本文就重点探讨2017年春晚的 4K 制作环节，以及与过去制作的差别，供电视制作者们参考。
一、早期4K春晚制作尝试与发现的问题
让我们先回到数年前，回到3D技术在电视领域刚刚兴起之时，作为3D电影的倡导者和3D电视转播技术推动者，好莱坞著名导演詹姆斯卡梅隆曾经提出一个观点：3D如果想要在电视制作领域成功，一个最重要的因素，必须能够和2D高清节目并机制作。也就是在不增加人力和机位的基础上，通过一套系统，同时完成3D和HD两套节目。如果仅从技术角度解决，实现并不复杂，3D采用两台摄像机模拟双眼立体视觉，那么只需要将“一只眼”的输出作为高清节目源即可。但经过我们大量实践后，发现并没有想象的那么简单，在镜头语言表现形式上，立体与平面有很大的差别，构图与镜头焦段设计完全不同，很难兼顾。某种程度上说，3D在电视领域走向没落，这是关键因素之一。
这也就是为什么 4K 技术更容易被接受，就像高清替代标清进程相同，大家认为基于平面影像的技术提升，是势在必行的，就像单反相机的像素数量不断增加一样。如同2009年高清频道开播之前的中国高清发展十年历程一样，引进4K技术，来记录重要的、精彩的节目，作为现阶段4K内容储备，是毋庸置疑的。而与当年不同的是，现有的IPTV平台，采用网络方式来传播4K节目也将成为一种新选择。所以利用一套4K系统，同时制作4K节目再下变换高清播出，技术没有瓶颈，可以同时满足不同节目源的需求。
再回到2015年的春晚制作，索尼在当时已经拥有全配置的 4K 系统解决方案，采用基于 4K 数字摄影机 PMW-F55 加装光缆适配单元的方式，实现了讯道摄像机功能。4K 摄影机加上高质量的电影变焦镜头，带来的是卓越的画质，即便是下变换到高清分辨率，其色彩深度、细节表现、画面质感，都不是传统高清电视摄像机可以比拟的。2015年我们选择使用了 S-LOG2 模式进行记录，充分发挥4K摄影机高宽容度和宽色域的优势，记录下更多光影和色彩，同时为后期提供最大的调整空间，这也是一次电视制作走数字电影化流程的有益尝试。
第一代4K讯道摄像机，PMW-F55加装光缆适配器模式
当然，问题同样存在。首先，4K 对于摄像师最大的挑战，是由 35mm 大画幅感光元件带来的，只有高清 2/3 英寸 CCD 摄像机 1/2.5 的景深范围，对于聚焦精度要求大幅提升。电视摄像师不同于电影摄影组，电影摄影有专门的跟焦员，演员会根据安排好的走位来完成表演，可以说一切尽在掌握；电视转播大多数时候做不到电影般精确地彩排，更不要说体育现场直播，一切完全未知，对于面前的拍摄对象需要快速准确捕捉有效镜头，只有亲身体验过，才可能了解使用 35mm 大画幅摄影机进行聚焦，特别是跟随主体移动的跟焦难度有多大。如果还是像演唱会现场这样弱光环境下拍摄，几乎镜头光孔全开，聚焦难度可想而知。春晚的舞台照度是非常理想的，大多数情况下，4K和高清摄像机的光圈平均能达到 F8，景深范围还有所保证。但景深增大对摄影师也未必都是好事，如果拍摄的背景有液晶大屏，屏幕上密布的 LED 像素颗粒会导致摄像师很难看清焦点的位置，一不留神就可能聚在大屏而不是演员身上，依然需要摄影师全神贯注紧盯画面，这个压力会比拍摄高清大得多。
另外在设备技术方面，电影变焦镜头的变焦范围较小。相对于电视箱式镜头动辄80、100倍的变焦倍率，目前电影镜头里也只有佳能有一款20倍变焦、长焦端到1000mm的镜头，除此之外的镜头最大也就是12倍左右的变焦范围。这是由于一般电影拍摄没有大倍率变焦和远距离长焦的需求，不做大倍率变焦也是为了不妥协电影画面质量。另外电影变焦镜头通常会采用大尺寸的镜片来获得优质的边缘画质，带来的问题就是镜片重量剧增。对于体育转播和大型综艺节目，很多机位经常需要快速的推拉变焦来完成变化的构图，一般的镜头伺服马达安装在电影变焦镜头上，很难完成电视镜头一般的快速变焦操作，这一点对于体育转播中的场地边近机位比较致命。
一方面变焦范围有限，另一方面快速变焦速度有限，这些都会对大型节目和体育制作的摄像师操作带来局限，这也是客观现实。
当然不是说电视转播不能用电影镜头，如果你能够预先根据节目设计好摄像机的覆盖范围和镜头的构图安排，就像我们在2015年春晚 4K 制作，以及江苏跨年演唱会 4K 转播和国家大剧院的歌剧 4K 录制中采用的方式，根据镜头特点设计机位和镜头覆盖范围，虽然创作上可能有一些妥协，但回报是卓越的画面质量。当然，相对现场面积不是很大的和机位相对容易安排的综艺节目中更容易实现，对于足球转播等大型体育赛事，全部采用电影镜头，难度会更大一些，你可能需要想方设法将需要捕捉特写的4K摄像机尽可能靠近场地，就像2014年巴西世界杯 4K 转播的机位设计。
2014年巴西世界杯4K转播机位图
（特写机位都尽可能安排比高清机位更靠近球场）
2015年春晚 4K 录制全部采用的是 35mm 电影变焦镜头，包括富士的 85-300mm（长焦）、19-90mm（标头）和 14-35mm（广角，摇臂机位），以及索尼自己的一支广角镜头 11-16mm（台口仰角机位），在景别覆盖方面，导播对每个机位做了比较细致的要求，同时也尽可能不采用大范围慢推慢拉这些镜头设计，做到了技术与艺术的平衡。
2015年春晚4K摄像机配置
但由此产生的问题，如何实现将高清与 4K 的部分机位并机，让高清导播来调度 4K 机位，使用 4K 下变换的高清信号给高清直播系统。如果用两套摄像系统势必会有相互干扰，并机显然是理想解决方案。在2015年春晚我们实际操作中发现的问题，使我们在当时不能采用这种方式。
当时的 4K 讯道机位只有六套，现场高清机位有十几台。如果采用并机，即将 4K 机位替代部分高清，即便高清导播和摄像能够接受电影镜头焦段以及景深带来的变化影响，接下来另一个现实问题就是，如何解决 35mm CMOS 成像器件的 F55 4K 摄影机和高清 HDC-2580 2/3 英寸 CCD 摄像机的画面风格一致性问题。35mm 带来的富有“电影感”（浅景深、通透和色彩浓郁）的画面感觉，与常规“电视感”（较大景深、反差较大、色彩艳丽）高清摄像机画面组接是否突兀；不同种类感光元件以及不同尺寸成像器件造成的摄像机色彩还原（包括色域空间差别，以及色彩风格取向差异）不一致，不是只靠调白平衡就能够解决，需要尝试对摄像机画面菜单做复杂的调校，也不敢保证完全一致。
2015年春晚通过6个4K讯道现场制作共4场彩排
通过后期在调色软件对于画面的精细调整（包括抠色进行匹配），生成的 3D LUT 几乎可以将两种机型的画面调整的毫无差别，但这在前期演播室讯道上是无法操作的。考虑到春晚直播的严肃性，我们也不可能用春晚来做实验，所以依旧采用专场录制，与高清系统完全独立，在不影响最后高清直播的前提下，从第三场彩排到第六场备播，4K共录制了四个整场的春晚彩排，根据这些素材剪辑出了完整的4K版春晚节目。当然，不能参与到最后的直播，对于4K终究还是有所遗憾的。
二、2017年春晚制作的特点
索尼于2015年下半年发布的基于 2/3 英寸 CMOS 研发的 HDC-4300 4K 演播室摄像机，就是希望能够解决以上所有的问题。与高清 HDC-2580 相同尺寸的成像器件和镜头卡口，可以选择高清或者佳能、富士最新推出的 4K 分辨率标准的 B4 电视镜头；景深范围与高清摄像机相差不大（由于成像器件像素密度的变化，4K 靶面像素弥散圆直径变小，2/3英寸感光元件得到的4K景深会略小于高清）；HDC-4300 与 HDC-2580 的画面风格相比于 PMW-F55 也更为接近（差别主要来自不同年代的成像器件工艺，以及 CCD 和 CMOS 的特性差别），更容易在前期完成一致性调整。通过2016年欧洲杯足球赛4K转播信号，已经可以明显感觉到，画面的风格与高清更加接近，而导摄的方式也与传统足球转播几乎没有差别，这点和2014年巴西世界杯时4K转播（全电影机、电影镜头）风格有明显不同。
2016年欧冠决赛中使用HDC-4300进行4K直播
2016年欧洲杯比赛的4K直播画面
与高清足球转播风格几无区别
可以说，技术与设备上的变化，很大程度促进了实现 4K 与高清并机制作的可行性。实际上国内索尼2016年初给 SMG 交付使用的16+8讯道超大型高清 4K 转播车，在 4K 讯道数量上就已经能够完成这样的操作，如上海迪士尼乐园开园晚会、ATP1000 网球大师杯、中超联赛上海赛区部分比赛、2017上海跨年晚会等大型节目，都是通过 HDC-4300 下变换输出的高清信号用于高清直播。
央视在2017年即将交付使用的一辆 4K 转播车，同样配置了8套 HDC-4300。本次春晚录制，我们将这几套4K讯道先移植到春晚一号厅演播室，用于 4K 制作计划。
其实在今年春晚最初的 4K 录制计划中，并没有考虑完全替代高清讯道，一方面由于春晚的重要性，另外也是因为 HDC-4300 初次在央视使用，摄像师和技术人员还没有实际的使用经验。最初计划是和2016年相同，将数台 PMW-F55 单机放入一号厅现场，还是采用专场录制的方式来拍摄 4K，后期进行剪辑。由于 4K 不能影响高清的彩排拍摄，所以没有运动机位，故这次因为有 HDC-4300，台里希望能够临时替换掉两套摇臂和轨道摄像机，来增加 4K 画面的运动感，同时高清也可以直接用下变换信号。这同时也是作为一次尝试，如果和高清信号画面风格差异不大，同时不影响摄像正常拍摄，则根据情况再进一步考虑；如果有任何问题，则在彩排 4K 专场录制后，再将这两个机位替换回高清 HDC-2580。
央视春晚1号厅现场共12个高清摄像机机位，包括两个电控轨道、两支摇臂，以及一台飞猫摄像机，使用的高清机型包括10台 HDC-2580 标准讯道，以及两台 HDC-P1 特种摄像机。最初替换为 4K 摄像机的，是5号机下台口摇臂，和10号机观众后区电控轨道机器人摄像机。
5号机下台口摇臂
10号机电控轨道机器人
我们通过一套索尼 PWS-4500 服务器，直接将两个机位的 4K 画面完整记录；HDC-4300 下变换的高清信号，交给高清切换台和矩阵进行正常调度。为了尽可能减少高清演播室的系统改动，我们选择采用添加 4K 基带处理单元 BPU-4000 的方式，BPU-4000 可以和现有的高清摄像机基站 HDCU-2080 直接通过 SMPTE 标准摄像机光缆连接，这样的好处是，HDC-4300 的摄像机光缆直接接入 BPU-4000，BPU-4000 输出 4K 信号（4路3G-SDI）给 PWS-4500 服务器进行记录，而 BPU-4000 的光缆输出对接 HDCU-2080，4K 下变换信号直接进入高清基站，而高清基站不需要更改任何线缆连接，高清系统中需要的 TALLY、通话、摄像机返送、控制、音频等依旧保留沿用，这样在实现功能的前提下，对于系统的改动非常小。
两套4K摄像机基带处理单元BPU
经过最初的安装和现场调试，特别是与高清 HDC-2580 进行实际高清画面对比，觉得主观感受差别较小，摄像师操作除了个别摄像提出有景深变化感觉之外，其他基本不影响拍摄。台内技术老师向台领导做了汇报，台领导决定，在第一场联排之前，可以再增加两套 4K 摄像机，共替换4套原有高清讯道，进一步测试。
考虑到除运动机位需求外，过去的 4K 摄影机同样欠缺大倍率变焦镜头和特写的捕捉，故央视负责 4K 春晚制作的录制四部老师和演播室技术老师商议，将1号机和3号机两台主要负责中近景特写机位进行替换，用 HDC-4300 直接安装箱式镜头来拍摄。其中1号机使用佳能公司支持的86倍 4K 箱式镜头，3号机使用高清80倍箱式镜头。
1号机使用HDC-4300和佳能86倍4K镜头
3号机使用HDC-4300和佳能80倍高清镜头
在1月15日的第一场春晚联排中，现场12台转播机位，包括4套 4K HDC-4300（替换掉高清1号机、3号机、下台口摇臂5号机，后排电控轨道10号机）、6套高清 HDC-2580、两套高清特种摄像机 HDC-P1（台口电控轨道和空中飞猫摄像机）。整场拍摄过程比较顺利，但由于当时还未对摄像机进行画面匹配调整，只是做了基本的白平衡校正，应该说三种机型整体较为接近，但各自间还有一些微小差别。相对而言，使用了第一代高清摄像机HDC-1580 相同成像器件的 HDC-P1，在画质表现方面差异更为明显；HDC-4300 和 HDC-2580 整体比较接近，但在肤色还原方面，4300白里透红的肤色表现，主观上比2580更为舒服，经过比较，肤色上大家更为喜欢4K摄像机的表现。
在1月17日第二场春晚联排后，台领导听取了春晚导摄及技术团队多方面反馈，根据实际情况，进一步提出要求，再增加两台4K摄像机替代两个核心机位。由于2号机作为春晚大全景主机位，同时还要兼顾虚拟镜头的任务，构图时需要为虚拟添加前景考虑适当留空。但虚拟没有4K输出，对于4K来讲2号机的构图并不一定符合要求，故4K制作团队在2号机机位的左右两侧各架设了一台 PMW-F55，用于捕捉4K需要的大全景的小全景。所以最终决定，替换掉高清4号机台口正中仰角大全景，和11号机上台口游击机位。
4号机使用HDC-4300和富士广角4K镜头
这样，最终2017春晚4K录制的所有机位都已经到位，一直到最终1月27日春晚直播。包括6套HDC-4300替换原有高清机位，以及录制四部自己的5台PMW-F55单机，共11个机位共同完成4K版春晚制作。而高清依旧采用12机位，其中6套主要机位来自于4K下变换的高清信号。
央视第一导控室春晚直播现场
2014年4K春晚机位分布图
通过机位图可以看到，除了高清2号机之外，负责特写的1号机（使用佳能86倍4K镜头）和3号机，台口仰角4号机（使用富士广角4K镜头），上台口游击11号机和下台口摇臂5号机（使用佳能广角4K镜头），以及后面的电控轨道10号机（使用佳能广角4K镜头），基本上重要的机位都已经用4K进行了替换，再加上额外的PMW-F55单机，可以充分保证17年春晚4K版的画面丰富程度不亚于高清直播。
最后更换的4套4K讯道，使用了全新的一体型摄像机基站HDCU-4300，将原有CCU和BPU的功能进行了合并，减小了体积。共6个4K的素材录制使用两套索尼记录服务器PWS-4400和PWS-4500，编码采用XAVC格式，码率为500Mbps@3840x2160/50P，大约每个讯道每小时250G，整场春晚约4个半小时，6个机位的总素材量大约7T左右，录制4部共使用了3个盘阵通过与PWS服务器连接进行实时拷贝。
4K摄像机基站HDCU-4300
记录服务器PWS-4400/4500
用于素材拷贝的硬盘阵列
三、画面一致性匹配和技术指标测试
为了确保每台摄像机画面的一致性和准确性，在2月18日晚，索尼维修站的摄像机工程师来到一号导控室，对所有12台讯道摄像机进行画面一致性调整。调整基于加拿大DSC摄像机调整卡与泰克公司共同推出的摄像机调整标准，在仅开启主光面光情况下，参考画面和波形监视器波形和色度矢量显示，将所有摄像机的电平幅度、黑底电平和伽马点调整为完全一致，所有的色彩矢量点通过摄像机色彩矩阵参数调整到落入泰克矢量标准位中，肤色相位也同样将三种机型调整到相同位置。通过反复波形比对，及切换台划像比较，最终将各个机位的画面调到几乎没有任何差别，并对参数进行保存。
索尼工程师对摄像机进行一致性调整
通过切换台划像反复比较各机位一致性
另外央视对于信号质量非常重视，在将高清讯道更换为4K摄像机后，立即邀请广电总局规划院的技术专家来到一号厅，对4K摄像机的信号特别是下变换后的高清信号与原有一号厅摄像机的信号进行指标测量，包括色域空间、分辨率、信号指标以及延时量等测试，最终确认所有测量指标都满足广播级播出标准，可以在春晚直播中使用。
总局规划院专家测试4K摄像机指标
确保所有摄像机画面达到一致，且完全符合播出要求，央视规范化和严谨的态度，确保在春晚直播中高标准的画面质量。
视频工程师在春晚直播中时时调整画面
四、4K后期制作
4K后期制作
央视录制四部负责本次春晚前后期的4K技术把控和制作，除了前期5台 PMW-F55 在现场单机拍摄任务外，最重要的工作就是所有 4K 素材的管理和剪辑调色。巨大的素材量，包括6个 4K 讯道和5台单机，每一场彩排下来就是10多个T的素材量，而每隔一天一场录制，再加上个别节目的单拍任务，七场下来总数据量近百T。素材的管理、备份任务相当繁重，每场彩排过后基本都要连轴转才能在下一场之前完成必需的所有工作。
好在本次采用了多机位的并机拍摄，剪辑可以直接参考高清转播的调度脚本，除了6个 4K 讯道之外的镜头，采用5台 F55 单机的画面来替换；虚拟镜头则根据实际情况来考虑是否需要用高清上变换的带虚拟画面来补充。调色中最大的难度来自两种不同规格4K摄像机的画面差异，一方面感光元件和镜头差别，F55 的色彩倾向偏暖，画面层次更丰富，过渡更平缓；而 HDC-4300 则相对更靠近电视摄像机风格，反差较大且色调硬朗；拜电影镜头优势，F55 细节及其丰富，而 HDC-4300 则边缘锐利。录制四部的后期老师对画面进行细致的分析和色彩取样，在色彩大方向朝向真实还原的基础上，尽可能体现4K层次特点和色彩的丰富，并且将两种机型的画面调整到几乎看不出差别。
五、更进一步——元宵晚会HDR LIVE初试
春晚录制考虑到舞台灯光特点和客观因素，4K 采用了传统 SDR 流程，在伽马曲线、宽容度上和高清相同，在色域选择上4K采用了宽色域BT2020空间进行记录，给予后期更大调色空间；高清则延续ITU-R709标准。
在随后的元宵晚会录制中，我们将所有4K摄像机的4K输出设置为了S-LOG3 OETF（电光转换曲线）和BT2020宽色域模式（高清输出不变，不影响高清制作），并启用了HDR LIVE 4K制作模式。
在HDR LIVE模式下，4K将根据现场HDR 4K监视器BVM-X300的HDR效果进行曝光和反差控制，而高清输出则基于高清画面效果控光。根据以往我们的HDR制作经验，HDR的画面光圈值应比SDR开大一档光孔为宜，故我们将HDR LIVE模式中的HDR GAIN设置为-6dB，此时视频工程师的光圈控制将基于HDR标准，而SDR高清输出自动降低一档光圈的亮度，这样就可以同时保证HDR和高清SDR的画面都满足播出要求。
4K摄像机设置为HDR制作模式
通过现场的BVM-X300 HDR监视器与旁边的高清技术监视器对比，可以很明显看出HDR画面的高光和暗部层次以及高光的亮度效果都明显超过原有高清，色彩则更为饱和，细节更加丰富。这一点也充分验证了4K与HDR发展是密不可分的。
元宵晚会录制中的HDR和SDR效果对比
HDR和SDR对比（右为HDR）
结语
每年春晚都会有新气象，对于央视4K进程来说，2017春晚制作的成功体验毫无疑问代表着发展又向前迈了一大步。而4K与高清并机的制作模式，对于今后多格式现场制作无疑具有重要的借鉴意义。本次元宵晚会HDR制作同样也为央视参与制定的国家HDR制作规范提供了实际案例。前进的脚步永远不会停止，我们也期待着，到2018春晚，又会有怎样新的变化，等待我们去探索。