易詩(shī)晴 江蘇省廣播電視總臺(tái)

1.單片式8K攝像機(jī)的發(fā)展歷史

迄今為止，NHK開發(fā)了多款8K攝像機(jī)。第一代8K攝像機(jī)于2002年開發(fā)，使用了4枚2.5英寸CCD感光器，重量約為80kg。2004年開發(fā)了第二代8K攝像機(jī)，相比于第一代使用了4枚更小的1.25英寸800萬像素CMOS感光器，機(jī)身約重32kg。2010年開發(fā)的第三代8K攝像機(jī)使用了與第二代相同的成像系統(tǒng)和感光器件，重量減少至20kg，逐步朝著輕量化的方向發(fā)展。

與此同時(shí)，NHK與日立公司共同開發(fā)了全幅三片式高幀率8K攝像機(jī)（120FPS），使用了NHK與靜岡大學(xué)電子工學(xué)研究所共同開發(fā)的3300萬像素CMOS感光器。2013年NHK在“2013NHK技術(shù)研究公開會(huì)上”展示了與Astro Design共同開發(fā)的超小Cube型8K攝像機(jī)AH-4800，此攝像機(jī)使用了單片1.5英寸3300萬像素拜耳陣列CMOS，動(dòng)態(tài)分辨率達(dá)到7680×4320，機(jī)身加鏡頭僅重約2kg，是世界上第一臺(tái)PL卡口8k攝像機(jī)（配備了鏡頭卡口轉(zhuǎn)接環(huán)可與電影鏡頭搭配使用）。歷代8K攝像機(jī)見組圖1。2013年開始，為了讓攝像機(jī)更小更輕，NHK進(jìn)行了兩款單片式8K系統(tǒng)攝像機(jī)的開發(fā)，它們采用的都是Super35mm感光器件。

圖1 歷代8K攝像機(jī)

近年來各家廠商也都相繼推出了數(shù)款8K攝像機(jī)。RED公司在2015 NAB上發(fā)布了WEAPON 8K攝像機(jī)（電影機(jī)），采用Dragon 8K傳感器可以錄制8192×4320 60fps視頻，在2.4:1超寬銀幕格式下幀率可達(dá)到75fps。首部8K電影《銀河護(hù)衛(wèi)隊(duì)2》使用的就是此款攝像機(jī)。索尼公司在IBC 2017上發(fā)布了三片式8K/120p攝像機(jī)UHC-8300，此款攝像機(jī)由索尼公司與NHK共同開發(fā)，采用3片Super35mm 1.25英寸CMOS感光器件。2017年11月7日，夏普在全球官網(wǎng)發(fā)布8C-B60A 8K攝像機(jī)，并在今年4月美國(guó)廣播電視設(shè)備展（NAB 2018)對(duì)這款攝像機(jī)進(jìn)行了展示。

2.單片式8K系統(tǒng)攝像機(jī)

2.1 Ikegami SHK-810

此款攝像機(jī)是NHK與池上公司自2013年起，耗時(shí)2年共同開發(fā)完成，使用了NHK放送技術(shù)研究所開發(fā)的3300萬像素CMOS感光器件。使用SMPTE復(fù)合光纜，可以現(xiàn)行高清攝像機(jī)同樣的方式制作8K內(nèi)容。該機(jī)搭載PL鏡頭卡口，能夠使用8K鏡頭、4K鏡頭、電影鏡頭以及定制的變焦鏡頭。

機(jī)頭重量減輕至8.5kg，同時(shí)為了確保靜音性，優(yōu)化了機(jī)頭風(fēng)扇的散熱系統(tǒng)，使噪音保持在30dB以下。

考慮到安裝8K變焦鏡頭時(shí)的平衡問題，肩扛部位采用了滑動(dòng)式構(gòu)造便于重心調(diào)節(jié)。尋像器(下稱VF）可上下調(diào)節(jié)不同角度，以適應(yīng)各種拍攝場(chǎng)景。經(jīng)CCU處理過的視頻信號(hào)可輸出8K信號(hào)，以及下變換后的4K和高清信號(hào)。8K輸出信號(hào)使用了NHK自主研發(fā)的Dual Green格式，可選擇1.5G-SDI×16和3G-SDI×8兩種方式中的任意一種進(jìn)行輸出。尋像器顯示的由CCU輸出給機(jī)頭的RET返送信號(hào)可選4K和高清兩種格式，畫面延遲最多為2幀（33msec）不影響實(shí)際使用。

OCP控制面板是開發(fā)人員與視頻工程師詳細(xì)討論后，在現(xiàn)有面板的基礎(chǔ)上對(duì)按鈕和旋鈕進(jìn)行改造而成的，更加便于使用。具有4K監(jiān)視器的范圍選擇功能和輔助聚焦控制功能等8K攝像機(jī)所獨(dú)有的功能。此外考慮到演播室使用，還開發(fā)了系統(tǒng)擴(kuò)展組件，并配置了VF放大顯示范圍選擇按鈕和輔助聚焦的ON/OFF開關(guān)，可以幫助攝像師更好地進(jìn)行對(duì)焦操作。VF范圍選擇控制和聚焦輔助開關(guān)的小型控制器還可安裝在機(jī)頭，方便攝像師隨手操作。在奧運(yùn)會(huì)等大型體育賽事拍攝時(shí)，需要安裝箱式長(zhǎng)焦鏡頭，為此NHK還研發(fā)了L型鏡頭支架。

Ikegami SHK-810攝像機(jī)參數(shù)見表1。

Ikegami SHK-810攝像機(jī)機(jī)頭、CCU、OCP、系統(tǒng)擴(kuò)展組件和兩種小型控制器見圖2。

表1 Ikegami SHK-810攝像機(jī)參數(shù)

圖2 Ikegami SHK-810攝像機(jī)

2.2 小型多用途單片式8K攝像機(jī)－Hitachi SKUHD8060

此款攝像機(jī)由NHK與日立公司共同研發(fā)，與前文所述的Ikegami SHK-810一樣使用了3300萬像素的8K感光器件，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是體積小、重量輕。

機(jī)頭采用了獨(dú)家的模塊化設(shè)計(jì)，可通過組合安裝不同模塊單元變成不同形態(tài)，運(yùn)用于各種拍攝場(chǎng)景。與錄制單元組合時(shí)，機(jī)身可作為小型8K攝錄機(jī)使用，用于新聞采訪和外景節(jié)目拍攝。錄制單元使用了2TB的SSD固態(tài)硬盤，可儲(chǔ)存壓縮比為1/4的8K視頻和立體聲音頻約40分鐘。在正常錄制的基礎(chǔ)上還增加了延時(shí)攝影錄制功能（Time Lapse)。

錄制單元可獨(dú)立于攝像機(jī)使用，用復(fù)合光纜將錄制單元與CCU連接，即可將實(shí)時(shí)回放錄制好的視頻信號(hào)回傳，還可以對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的色彩校正。此外配合專用的備份系統(tǒng)，可將收錄在SSD固態(tài)硬盤中的視音頻文件備份在HDD機(jī)械硬盤中。同時(shí)期還開發(fā)了水下攝影用保護(hù)殼，配合此外殼在水中拍攝8K超高清視頻也成為可能。此款攝像機(jī)還可搭配2軸防抖云臺(tái)，作為車載攝像機(jī)使用。豐富的可選組件擴(kuò)充了攝像機(jī)的使用場(chǎng)景。

Hitachi SK-UHD8060攝像機(jī)參數(shù)見表2。由于日立公司官網(wǎng)并無此款攝像機(jī)的詳細(xì)參數(shù)，表2由筆者搜集資料總結(jié)制得。

作為演播室攝像機(jī)使用時(shí)，安裝復(fù)合光纜單元，通過SMPTE復(fù)合光纜與CCU連接，可同時(shí)輸出8K信號(hào)以及下變換后的4K和高清信號(hào)。與前述的攝像機(jī)一樣，8K信號(hào)輸出可在1.5G-SDI和3G-SDI兩種方式中切換。CCU背面8K輸出有16個(gè)BNC接口，可作為1路1.5G-SDI×16或2路3G-SDI×8輸出。

Hitachi SK-UHD8060攝像機(jī)機(jī)身、CCU、SSD錄制單元連接示意圖見圖3，裝置2軸防抖云臺(tái)、水下攝影見圖4。

2.3 Ikegami SHK-810攝像機(jī)和Hitachi SK-UHD8060共同功能

這兩款攝像機(jī)具有以下共同功能：

（1）HDR功能

Ikegami SHK-810攝像機(jī)和Hitachi SK-UHD8060都具備拍攝高動(dòng)態(tài)范圍視頻的HDR功能，它們可通過CCU把14bit的高動(dòng)態(tài)范圍視頻的RAW數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為10bit格式，同時(shí)還可選擇使用由BBC和NHK共同開發(fā)的HLG（Hybrid Log Gamma)編碼。

表2 Hitachi SK-UHD8060攝像機(jī)參數(shù)

圖3 Hitachi SK-UHD8060攝像機(jī)

圖4 SK-UHD8060攝像機(jī)裝置2軸防抖云臺(tái)及水下攝影

（2）自動(dòng)像差補(bǔ)償功能

以往的8K攝像機(jī)需要對(duì)著專用測(cè)試卡拍攝，在不同焦段下采集像差數(shù)據(jù)，過程非常繁復(fù)。使用此功能可以自動(dòng)獲取鏡頭的像差，通過信號(hào)處理對(duì)像差進(jìn)行補(bǔ)償校正。

（3）白傷補(bǔ)償功能和FPN補(bǔ)償功能

白傷補(bǔ)償即自動(dòng)補(bǔ)償CMOS感光器壞點(diǎn)像素的功能。只要進(jìn)行自動(dòng)黑平衡ABB調(diào)黑操作，便能自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償校正。CMOS圖像傳感器容易受到噪聲的影響，主要有固定模式噪聲FPN（Fixed Pattern Noise）和隨機(jī)噪聲。固定模式噪聲對(duì)圖像質(zhì)量的影響遠(yuǎn)大于隨機(jī)噪聲。這兩款攝像機(jī)都具備FPN固定模式噪聲補(bǔ)償功能，以像素為單位對(duì)畫面整體的固定噪聲進(jìn)行補(bǔ)償。通常消除固定模式噪聲采用雙采樣降噪法， NHK和兩家公司的公開資料中并未提及這兩款攝像機(jī)的FPN功能具體采用了哪種方式。

（4）12軸獨(dú)立彩色矩陣功能

此功能可對(duì)12種顏色進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)畫面色彩的精細(xì)調(diào)整。這12種顏色分別為三原色R、G、B和它們的補(bǔ)色Y、Cy、Mg，以及6個(gè)三原色和補(bǔ)色的中間色?？煞謩e對(duì)這12種顏色的色度和飽和度進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整。

（5）聚焦輔助功能

8K攝像機(jī)拍攝時(shí)，聚焦是操作中最大的難題。特別是使用較低畫質(zhì)的高清尋像器進(jìn)行對(duì)焦時(shí)難度很高。此功能提取8K畫面中的高頻部分與VF畫面進(jìn)行合成，可幫助攝像師更好地進(jìn)行對(duì)焦。此功能由NHK放送技術(shù)研究所開發(fā)。

（6）配備4K-VF

兩款攝像機(jī)的機(jī)頭都設(shè)置了4K-VF專用接口，可安裝4K分辨率的尋像器。接口直徑為19mm，僅用一根線纜連接4K-VF和機(jī)頭傳輸4K信號(hào)和尋像器控制信號(hào)，同時(shí)為尋像器供電。

（8）法蘭焦距（后焦）調(diào)整功能

法蘭焦距又稱后焦，指鏡頭卡口到感光器件之間的距離。由于這兩款攝像機(jī)都采用了PL卡口，可以安裝拍攝電影時(shí)使用的高畫質(zhì)定焦鏡頭。而定焦鏡頭與普通廣播級(jí)變焦鏡頭不同，它沒有可調(diào)節(jié)的后焦環(huán)，所以在攝像機(jī)端配置了可調(diào)節(jié)后焦的構(gòu)造。兩款攝像機(jī)的性能比較見表3。

表3 Ikegami SHK-810和Hitachi SK-UHD8060性能比較

2.4 設(shè)備評(píng)價(jià)

上文中的兩款單片式8K攝像機(jī)采用了同樣的感光器件，并且都具有靜音的特性。日立SK-UHD8060的體積和重量約為池上SHK-810的一半，更加具有便攜性，且機(jī)身可安裝錄制單元，適合外景節(jié)目拍攝，搭配防水外殼套件更可以進(jìn)行水下拍攝，如自然題材的紀(jì)錄片等節(jié)目。池上SHK-810則更適合演播室節(jié)目的錄制或直播，豐富的系統(tǒng)擴(kuò)展面板可滿足攝影師的操作需求。這兩款攝像機(jī)與之前的8K攝像機(jī)相比，大幅提高了性能，分辨率達(dá)到了4000電視線的8K畫質(zhì)。在靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的指標(biāo)上也做到了接近現(xiàn)行的高清攝像機(jī)。8K和現(xiàn)行的高清攝像機(jī)性能比較見表4。

2.5 設(shè)備展示與運(yùn)用實(shí)例

表4 8K和現(xiàn)行的高清攝像機(jī)性能比較

2015年4月，在拉斯維加斯舉辦的NAB 2015的NHK展臺(tái)上，NHK首次公開展示了這兩款8K攝像機(jī)。此次不僅展示了機(jī)器本身，還放映了事先在日本拍攝的櫻花和夜景視頻，此視頻是使用搭載了穩(wěn)定器的SK-UHD8060拍攝完成的。并且在拉斯維加斯當(dāng)?shù)?，也用同樣的方式進(jìn)行了外景拍攝，作為最新的8K內(nèi)容展映。

同年末，NHK紅白歌會(huì)使用了這兩款攝像機(jī)進(jìn)行了8K拍攝，并且在東京港區(qū)、橫濱、千葉、京都四地進(jìn)行了公開展映。2016年3月舉行的第50屆NFL超級(jí)碗比賽也同樣進(jìn)行了公開展映。

外景拍攝方面，NHK使用SK-UHD8060作為攝錄一體機(jī)，在盧浮宮以及日本本土的北海道拍攝了8K HDR視頻素材。這些視頻素材在2016年的NAB上作為8K內(nèi)容進(jìn)行了展映。

2016年8月舉行的里約奧運(yùn)會(huì)上，NHK進(jìn)行了開閉幕式和柔道項(xiàng)目的8K轉(zhuǎn)播。在2018年平昌奧運(yùn)會(huì)上與OBS合作，對(duì)開幕式和包括花樣滑冰在內(nèi)的四個(gè)項(xiàng)目（花樣滑冰、跳臺(tái)滑雪、短道速滑、單板大跳臺(tái)）進(jìn)行了8K節(jié)目制作和試驗(yàn)播出（開幕式和花樣滑冰是直播，其余項(xiàng)目為直播或錄播），在日本五個(gè)會(huì)場(chǎng)進(jìn)行了8K播出公開展示。公開展示的會(huì)場(chǎng)屏幕尺寸均在300英寸以上，容納人數(shù)在200人以上。8K放映對(duì)屏幕面積和觀看空間都有比較高的要求，筆者認(rèn)為，8K以其大屏幕超高清晰度等特點(diǎn)，更多應(yīng)該是一種“眾樂樂”的方式，應(yīng)用在大型體育賽事轉(zhuǎn)播、影院投影、室外廣告展示等領(lǐng)域中。

3. 單片式8K攝錄一體機(jī) Sharp 8C-B60A

（1）設(shè)備參數(shù)

2017年11月7日，夏普在全球官網(wǎng)發(fā)布8C-B60A 8K攝像機(jī)，并參加了同年11月15日開始的日本國(guó)際廣播電視設(shè)備展(Inter BEE 2017)，次月正式發(fā)售。2018年4月在美國(guó)廣播電視設(shè)備展（NAB 2018)對(duì)這款攝像機(jī)進(jìn)行了8K展示。這款機(jī)器由夏普與Astrodesign公司合作研發(fā)，號(hào)稱是世界上第一臺(tái)實(shí)現(xiàn)8K/60P拍攝、記錄、回放與實(shí)時(shí)輸出的攝錄一體攝像機(jī)。此款攝像機(jī)采用3300萬像素Super 35mm CMOS感光器件，可拍攝幀率最高達(dá)60FPS的8K視頻。搭配專用的SSD可記錄40分鐘Grass Valley HQX 編碼格式的8K視頻。

夏普單片式8K攝錄一體機(jī)8C-B60A性能參數(shù)見表5。

（2）設(shè)備評(píng)價(jià)

夏普8C-B60A可在拍攝的同時(shí)使用SSD存儲(chǔ)錄制8K視頻，機(jī)身重量?jī)H為5KG，所以它適合新聞采訪、外景節(jié)目或真人秀節(jié)目的拍攝。它還可以在錄制的同時(shí)輸出8K未壓縮視頻影像，所以8C-B60A也能應(yīng)用于實(shí)況轉(zhuǎn)播。8C-B60A還采用了PL鏡頭座，可搭載行業(yè)通用的高質(zhì)量電影鏡頭。電池、麥克風(fēng)可以使用第三方產(chǎn)品。編碼方面，采用了GrassValleyHQX編解碼器，適用于Windows和Macintosh平臺(tái)的中級(jí)編解碼器。它能夠處理多種不同的視頻分辨率，包括8K（DCI），并且擁有8-bit和10-bit版本。

表5 夏普8C-B60A性能參數(shù)

圖5 Sharp 8C-B60A

值得一提的是8C-B60A只支持8K視頻拍攝和錄制（支持4K輸出并不支持4K錄制）。夏普也從未創(chuàng)建任何4K產(chǎn)品線。夏普提出了8K生態(tài)概念，從上游8K片源拍攝到8K內(nèi)容編輯、存儲(chǔ)、傳輸，到最終的8K內(nèi)容播放，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。8C-B60A作為第一款上游拍攝產(chǎn)品，為夏普的8K生態(tài)圈打開了入口。夏普和富士康將大力投入到8K+5G的實(shí)際應(yīng)用研發(fā)，從無線傳輸?shù)慕嵌葹?K普及鋪平道路。這些動(dòng)作都昭示了夏普母公司鴻海集團(tuán)全面部署8K生態(tài)圈的野心。

4. 總結(jié)和展望

本文介紹的前兩款單片式8K系統(tǒng)攝像機(jī)，目前的8K輸出格式是NHK自主的特殊格式，DG（雙綠Dual Green）格式，并未達(dá)到全幅解析度。若今后廠商改進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)輸出8K 59.94P全幅解析度信號(hào)（亮度,色差信號(hào)YCbCr4:2:2)，用3G-SDI方式輸出則需要16路，為現(xiàn)階段產(chǎn)品的兩倍。為保證設(shè)備的實(shí)用性，對(duì)12G-SDI和IP化的研究和推進(jìn)勢(shì)在必行。

除了7680x4320的高分辨率，8K SHV格式標(biāo)準(zhǔn)還包含最高可達(dá)到22.2多聲道的音頻。如此高質(zhì)量的視頻和音頻，信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存對(duì)8K來說仍是最大的難題。IP化和5G技術(shù)都是今后重要的課題。日本總務(wù)省于2017年12月宣布，日本計(jì)劃于2018年12月1日正式開始4K·8K SHV超高清放送，在2020年東京奧運(yùn)會(huì)時(shí)實(shí)現(xiàn)8K轉(zhuǎn)播。

8K電視雖然代表著發(fā)展方向與潮流，但并不代表著8K適合目前的具體情況。理論上，視頻點(diǎn)播的接入寬帶要求在100M以上，即使是北上廣等一線城市平均帶寬也相差甚遠(yuǎn)。8K除了以衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)傳播的世界杯、奧運(yùn)會(huì)這樣的大型體育賽事，想達(dá)到日常點(diǎn)播的需求難度還非常大。8K電視一般匹配超大尺寸的屏幕，98英寸、100英寸等，售價(jià)高昂，對(duì)觀看空間面積也有較高的要求。無論是8K節(jié)目?jī)?nèi)容拍攝制作、信號(hào)傳輸，還是觀眾收視習(xí)慣的培養(yǎng)，在8K的道路上我國(guó)都還有很長(zhǎng)的一段路要走。