自2015年开始，北京广播电视台制作部超高清工作室在超高清影像上做了大量技术研发与实战探索，并与日本NHK成功合作4K纪录片《最后的沙漠守望者》《美人谷》《航拍太行八陉》，户外8K纪录片极致中国系列《川西秘境》《云端上的部落》《北疆寻踪》等，达到了技术研发与储备的目的，形成了一套高效、实用的摄录全流程，为北京冬奥4K频道的开播储备了制作技术和执行团队。
本文以4K纪录片《美人谷》，8K纪录片《极致中国——川西秘境》实战为例，就4K、8K、HDR的生产流程和技术指标设定做一个解析，同时就在现有的基础上如何提高效率、更好的服务于生产，为大家提供参考。
图1 极致中国——川西秘境
图2 迷之民——美人谷
一．4K、8K技术指标、定义及优势
4K超高清技术指标要求分辨率3840×2160，每秒50帧，每帧像素数800万以上，相较于高清视频，4K无论是画质、色彩、宽容度都有肉眼可明显分辨的品质提升。而8K分辨率是一种实验中的数字视频标准，7680×4320解像度是国际上8K超高画质电视（SHV）的标准，每帧像素数3300万，色域标准是Rec.2020，每秒120帧，音频是22.2声道（9通道高音、10通道中音、3通道低音、2通道重低音），画面相当于16个高清。目前只有日本NHK提供实际播出信号，国内电视台尚未开通频道，由于摄录设备所限，NHK的8K播出标准暂定在每秒60帧，经过不同参数、设备的实际校对，我们认为同等60寸以下大小的电视，8K相比于4K，优势并不明显，超大屏幕、环幕、球幕更适合8K像素的点对点呈现，VR、AR、直播、互动是8K的发展方向与优势所在。
图3 标清、高清、4K、5K、8K画幅尺寸对比图
二．4K《美人谷》拍摄、DIT、HDR实战解析
由于尺寸、画质、色彩等感官的大幅度提升，目前4K应用已经非常普及，即便是高清节目，拍摄过程中往往也用4K来完成前期拍摄工作。在《美人谷》的实际拍摄制作中，我们有针对性的进行了大量的测试。
1．前期拍摄选型与图像指标制定
图4 美人谷拍摄环境
本次拍摄首先要面对的是高海拔问题，当地原住民的房屋基本建立在2500到3000米海拔的半山腰上。由于地形复杂，部分地方只能允许摩托车通过，摄制组在前往每天的拍摄地之前大多要负重徒步爬山，拍摄场地限制了大型摄影器材与灯光设备的运输和架设。
其次，光照及光比问题。对于野外纪录片的拍摄来说，特别是在我国少数民族地区，如新疆、西藏、青海等地，基本上都存在着室外自然光比大，室内低照弱光的问题。美人谷内的房屋建筑属于藏族风格，房屋外墙刷成白色、主体结构全部以自然开采的石头和泥土搭建而成，窗户开孔小、位置也较高，屋内一般不具备亮度较高的照明灯具，有些居民屋内甚至不开灯，这对摄影机低照弱光下的性能是一种考验。
再者，纪录片的拍摄面临大量纪实性拍摄需求，尤其在4K分辨率下，每张存储卡的续航能力都十分有限，必须考虑到DIT数据备份与存储卡的使用时间。
同时，由于经费所限，为了更好的控制边远山区的交通、食宿等成本，摄制组由3位摄影师兼顾DIT，加1位录音师，1位导演组成。
客观因素的制约，我们在设备选型时都必须考虑。而设备选型的优劣与取舍，决定了图像质量的优劣，我们只能综合评定影响图像质量的五个因素（如下图所示），即：空间分辨率、时间分辨率、动态范围、色域以及量化位深。慎重考虑并做出合理的取舍，在平衡中达到最优的性价比。
图5 影像图像质量的五个因素
对于目前的专业级数字摄影机来说，只要具备超高清拍摄功能就会相应具备宽色域的记录能力，动态范围最低也达到12档左右，同时机身体积大小灵活多变，基本上可以满足了各类拍摄需求。所以，真正让我们做出取舍的是量化位深与时间分辨率（录制帧速率）这两个方面。从25P上升到50P，意味着现场存储卡可记录的时长缩短了一倍、后期的数据量增加了一倍、存储空间占用变大了一倍、存储读写带宽需求增加了一倍、后期制作渲染负荷也至少增加了一倍。这么多的“一倍”最终会导致的就是生产成本增加与生产效率的降低呈几何级数增长。另一方面，量化位深在前期拍摄时主要体现在录制RAW格式或带LogGamma的机内压缩文件这两大类上，RAW数据一般数据量很大且拥有14bit以上的量化位深。目前大多数机内录制的带LogGamma压缩文件码流相对较小，位深也以10bit为主。这些都是直接与生产成本挂钩的问题，也是设备选型时非常难以取舍的。
图6 拍摄设备及现场照
最终，综合考虑生产成本、时间及自然条件等客观因素，本片使用的设备及录制格式如下：
主机位使用SONY F55搭配安琴16-42/30-80mm轻型变焦镜头组，SONY FS7搭配富士18-55。录制XAVC-I 4:2:2 10bit UHD 50P，色域和LogGamma选用S-Gamut3.Cine/S-Log3。
辅助机位选用小型的SONY A7S2搭配Canon EF系列镜头组，录制XAVC-S 4:2:0 8bit UHD 25P。色域和LogGamma选用S-Gamut3.Cine/S-Log3。
移动跟拍机位使用Nebula 5100 Slant手持稳定器挂载对焦功能出色的SONY A6300和E卡口16-50mm镜头，录制XAVC-S 4:2:0 8bit UHD 25P。色域和LogGamma选用S-Gamut3.Cine/S-Log3。
这种轻型便携化、成组式的机型配置模式非常适合纪录片拍摄，也是我们长期在各类型项目团队化拍摄工作中，不断总结和探索出的一套成熟方案，具有很高的性价比。
2．HDR后期制作
对于HDR技术来说，它的出现某种程度上没有过多改变现有SDR超高清前期的拍摄方式，真正与现有SDR超高清生产流程出现差异的地方，主要体现在后期调色工作中。在此前，我们在对光比照度可控的晚会类以及使用单一机型拍摄的专题类HDR作品进行调色时积累了一定经验。《美人谷》的HDR制作则是我们在复杂多机型拍摄、现场光照条件不可控的纪录片中的首次尝试，相比之前的以探索性、实验性为主的HDR制作来说难度更大。所以，本片HDR制作从前期到后期均是以最大限度契合实战需求为首要目的。在本片的HDR后期调色中，我们基于1000尼特的显示亮度，BT.2020色域搭配S-Log3（HDR）的EOTF。过程中遇到的问题主要有以下两点：
第一，色彩溢出和还原的问题
图7 镜头局部色彩调整
在SDR调色时遇到整体饱和度较低的画面，有时会采用单纯将饱和度整体提高的常规手法以便快速完成调整。但是，这种调整方式对于HDR来说，很可能会造成画面部分色彩的溢出问题，这个问题在色彩种类丰富的画面上尤为突出。如上图所示，美人谷中的姑娘所穿着的民族服饰非常华丽，各种花纹交错复杂、细节丰富，色彩的种类也非常多。对于这种画面来说，如果采用SDR传统的整体提高饱和度的方法，那么在姑娘衣服上很多细节花纹和发饰上的南红、蜜蜡等精致配饰的颜色都会出现溢出，这在HDR画面的色彩调整中也是很常见的。
因此，为了在保证画面主体饱和度适宜且避免大面积色彩溢出，我们尝试在一级调色时将亮度信号与色度信号同时调整，整体饱和度不宜大幅提升，保证主题部分适宜即可，其余出现溢出的部分放在二级调色中单独进行调整。因为对于HDR的色彩容积模型来说，亮度与色度的提升是相对应的（如下图所示），单纯的调整饱和度而忽略亮度信号是不符合HDR模型的技术原理的。另一方面，对于HDR调色来说，画面中的红色、蓝色、粉色、黄色这四种色系在调整时会比其他颜色更容易溢出，后续也应当通过多级调整进行单独控制。
图8 HDR的色彩容积模型
每个项目都有成本控制，我们无法要求所有的项目都用SONY F65来拍摄，很多时候后期调色人员也无法选择自己所调整的素材质量。在实际生产中，多机型、多格式、图像指标不统一等差异性问题是很常见的。本次我们尝试了包括航拍在内的五种机型素材，MXF、MP4、MOV三种封装格式，以及4:2:2 10bit和4:2:0 8bit两种采样量化指标混合的HDR调色。因此，在一些位深不够且码流不高的素材调整中，画面的局部调色需要慎用键控功能，以免出现调色遮罩取样不足出现像素闪烁，而对于局部的反差控制也不宜过大，避免量化痕迹的出现。
第二，欠曝画面的噪点控制问题
图九：欠曝画面的调色控制
欠曝对于HDR图像的质量影响是致命的。但是，对于纪录片来说，我们无法要求被摄对象一定处于光线充足，甚至角度较好的光照条件下。很多时候故事突然发生，摄影师就必须开机记录下来。本片HDR调色中遇到了很多室内弱光下拍摄的镜头，由于缺少灯光的辅助，而SONY F55和FS7在CINE拍摄模式下机内ISO会恒定在2000，摄影师只能通过光圈和快门来提升亮度，但是这种调整会降低画面景深导致焦点难以控制，画面亮度的提升也相对有限。对于欠曝出现的噪点，虽然后期可以对整体亮度信号和色度信号进行调整，但是在曝光还原正常的同时，暗部的彩色噪点也会变得更加明显。由于HDR拥有丰富的暗部层次与亮部层次，传统的SDR调色对暗部进行压黑的方式以及调色软件内原先SDR使用的降噪插件，在HDR模式中效果十分有限。除非调色师牺牲大量图像细节，将暗部整体压黑。
所以目前来看，最有效的控制噪点的方式还是要在前期拍摄时解决，对于HDR图像的记录，应尽量使用“向右曝光”的方式。即在高光细节不损失的情况下，尽量利用中部至亮部的曝光区间去记录图像，使摄影机传感器性能充分发挥，获得最佳信噪比的图像。如下图所示：
图10 “向右曝光”直方图示意
但是对于电视纪录片来说，特别是像《美人谷》这类少数民族地区，灯光运输耗资巨大，且纪实性的拍摄也不兼容预先对拍摄场景进行精致布光的方式。同时，过大的阵仗也会使被摄对象产生隔阂，使记录变成了“演戏”，这也是纪录片拍摄所不能接受的。因此，在未来的HDR制作中，特别是对现场光照条件无法理想控制的项目类型，欠曝和噪点的问题还会继续出现。
3．HDR技术探索与反思
视频影像技术发展迅速，HDR作为标配的新技术被广泛应用。实际上，在拍摄并制作HDR作品的同时，无论是作为内容创作人员还是技术制作人员都应当去思考的一个问题就是：如何定义一个“好”的HDR？
首先来说，不同环境、不同内容下，人眼观看HDR的视觉疲劳度是不同的，甚至同样环境、同样内容下，制作人员在HDR调色工作中和观众在HDR观影体验中所积累的视觉疲劳度也是不同的。近年来，我国的HDR标准正处于逐步制定和完善的阶段，然而未来能否引入人眼视觉疲劳指数作为HDR优劣的考量还是未知数。
图11 调色环境
对于HDR技术来说，最终还是需要转化为画面来让观众观看，对于普通观众来说，舒适度是一个最直接、也最容易感受到的重要体验之一。某种程度上来说，观看不舒适，观众就会潜意识的认为不好。就如同3D立体一样，早年间大量劣质3D影像作品充斥市场，给观众造成了极度不舒适的观影体验。因此，对于HDR技术的未来发展来说，或成功普及或昙花一现走3D立体的老路，观众主观的观影舒适度体验至关重要。
总体来看，HDR技术可以说是一把双刃剑。它既提升图像的质量，也放大了图像的瑕疵，让好的更好，坏的更坏。HDR前期拍摄时，应当尽量选用高图像指标记录的机型设备，但是对于项目生产来说，成本始终是最关键的。如何保证高指标的记录，同时又能兼容成本控制，也是需要制作者考虑的。后期制作时，HDR提供了更多的后期调整和创作空间，但相应的精细化控制也变得尤为重要。制作精良的HDR作品需要时间，但长时间观看HDR形成的视觉疲劳，也会降低制作人员主观亮度和色彩的感知能力。正如凡事都有两面性一样，看待HDR技术，也需要理性和辩证的角度去思考。新技术的出现是好事，但更关键的是人们怎样去用它。
三．8K《极致中国——川西秘境》选型、拍摄、校色全流程解析
8K所呈现的远远不止分辨率的乘4倍提高，今后的发展方向将是抛开传统的电视屏幕局限，改变单向传输的被动接收习惯，多选择、强互动、智能随机，随着人工智能和大数据等科技进步带来的多项功能的渗透与植入，其应用无限外延。
图12 8K画面局部放大画质对比图
1．前期拍摄、后期制作设备选型及流程
目前的8K制作还没有一个标准化的流程可供参考，我们依据多年4K制作的经验和一年半的8K摸索，形成了一套行之有效的摄录方案。
首先，前期使用了RED公司的EPIC-W 8K摄影机，画幅尺寸完全符合标准，只是每秒30帧对于专业8K只能算刚刚达标；再将Sony微单A7R2延时摄影结合到8K视频制作，这是基于多年的拍摄经验得出的结论，可以作为摄影机单一影像来源的丰富和补充。
其次，配备专门的DIT人员，携带移动存储设备及硬盘，每天拍摄完成后整理素材，记录拍摄场记，专门处理8K视频及延时影像数据大幅度提升带来的存储备份问题。
再者，后期则采用十八核至强CPU的高配版iMac Pro工作站，16GB显存的Radeon Pro Vega 64图形处理器，采用两台Accusys（世仰）公司的48TB Gamma12雷电3存储绑成RAID 0，带宽可达到读4000MB写3400MB，8K 30PRED RAW素材在Premiere上可实时剪辑，多层合成等待时间可以接受，不需要大量特效合成的情况下，软件以Adobepremiere做剪辑够用，剪辑里的工程与达芬奇校色通用，软件里来回调用方便，达芬奇调色性能也得到了保障。同时可以根据需要，输出不同需求的H.265编码模式，100M码率的8K视频，最后以文件的方式存储及播出。
图13 8K、4K、2K画面对比
2．《极致中国——川西秘境》出炉过程
作为国内真正意义上的第一部8K自然风光纪录片。《极致中国》系列的第一部作品，得到了北京台制作部的高度重视。
在国内8K生产基本上以演播室录制、大型活动现场收录为主的现状下。北京台制作部特技科的超高清团队从2017年开始，耗时一年摸索并搭建起了一套完整的8K摄制流程，因为从选择上应用了不同软硬件的长项，又有部分自己开发的软件，解决了软硬件衔接的瓶颈问题，所以整个流程环节连贯，画质无损，制作效率高。
此次拍摄，从技术上来说，超高清团队提前对设备技术指标、参数进行了反复测试、比对，记录卡的数据容量，电池的持续供电能力，在出发前已经做了反复论证与实测，对万一出现的各种突发可能做了充分的分析与预案准备，根据拍摄天数计算移动存储、耗材使用量，结合以往经验，DIT双备份素材备足了26块2T移动盘，20张大于128G的各类型记录卡及配件，同时专门配备DIT人员夜间存储、双备份并检查数据，同时负责每天主机的电池充电，保障第二天的正常拍摄计划……每一个环节都尽可能地寻找到最佳的解决方案。而前期设备以EPIC-W 8K 30P配ARRI Master Prime（MP）25、35、50定焦镜头录制视频，并在前期拍摄到后期制作全程采用RED IPP2影像处理流程。
通过测试发现，IPP2在临界色彩管理、高光衰减、暗部细节、Debayer/反拜耳运算获得的细节等方面都有相当程度的提升，更适合高画质的HDR调色处理要求。单独收录立体声。配4台Sony A7R2拍摄延时，8K分辨率的RAW格式照片，经过调色稳定去闪烁等处理，转码成ProRes 4444视频格式，既补充录制设备的不足，又能充分表现川西高原风起云涌的时空变幻效果。
后期将一套主盘素材输入整理后，剪辑人员源码剪辑、1/8预览，粗编拍摄视频的同时，专门后期人员将延时摄影部分根据不同格式需要，单独处理成无压缩TIFF文件，然后再加工制作成8K视频文件，精编时对位现场收录的音频文件，然后调色依据日方NHK 8K频道技术需求，基于BT.2020宽色域色彩空间与HLG模式的HDR为标准，后期团队使用达芬奇（Davinci Resolve）套底回批R3D源码数据文件，借助4K HDR监视器，在4K分辨率下进行色彩调整，同时将相机拍摄延时素材的锐度与反差适度降低，匹配视频部分的图像色彩与质量，完成后生成并打包输出。
图14 原始拍摄文件、调色文件过程比对
此项目前期执行团队共6名摄录师、8名向导、司机等后勤保障人员参与，共同拍摄了人文部分，根据设备性能分组拍摄了风光部分，各组单独收录了不同类别声音。合理科学安排时间并分组进行采集创作，对顺利高效完成摄制任务起到了至关重要的作用。
整个片子取景于中国川西地区，以素有“蜀山之王”称号的贡嘎雪山为中心，团队深入贡嘎山、雅拉山、折多山、格聂山等深处，克服昼夜温差大、住宿条件差、食宿不定、高原反应等困难，在海拔4000米以上坚持完成了需要的每一个预定镜头的拍摄，记录了周围八个区域、贡嘎、雅拉、折多、格聂四座日照金山的自然风光，及四个村寨的人文风情，很多镜头都是在人迹罕至的高山、丛林里完成的，很多地方都是“秘境”。
格聂深山中的冷古寺，贡嘎崇山中的“里索海”，海螺沟海拔7000米落差带来的阶梯性植被带，塔公草原牧场辽阔，木雅寺金刚舞，村寨、塔林散落在川西山川沟壑之中……
整部作品气势磅礴，极具震撼力，24个T素材、110条延时摄影、45分钟成片，带给日本观众神秘感，静静地欣赏理想乡，带给中国观众新奇感，体验中华壮丽山河。对于山、川、谷、原，云、雪、溪、湖，塔、寺、城、寨……每一段视频都是拍摄团队用心之作。
图15 贡嘎——格聂——折多山拍摄地
四．实战是检验技术创新、提高生产力的最佳途径。
北京广播电视台制作部超高清工作室在近几年的实战中，不断摸索，逐渐形成了一套成熟高效的运作模式：一是自行构建的软硬件系统及系统化的生产流程，部分软件是按生产流程自己编写，实用性强、效率高；二是依托实际生产得到精确的技术指标和丰富的实战经验；三是优秀的高精尖带队人才储备和前后期全方位团队。超高清工作室的研发实战、不断探索，为今后8K技术的提升、应用范围的拓宽奠定了基础。
图16 《极致中国》拍摄花絮
根植于不同类型节目上的技术创新与实战，最终的目的都是提高生产力，促进内容生产，使受众有不一样的视听享受，让我们期待4K、8K、HDR等影像技术更广泛的应用，为我们带来更多革命性的体验，向智能生活延伸。