王亞明

HDR拍攝怎樣控制曝光？

可以把HDR拍攝分為實時的直播與非實時的錄播兩類。

·直播

在直播流程中設(shè)備和人員是有保障的，無論演播室、轉(zhuǎn)播車還是EFP系統(tǒng)都會配置調(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。

無論SDR還是HDR，對調(diào)光師來說，符合行業(yè)技術(shù)標準，設(shè)置正確，經(jīng)過校準的監(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)上提升了動態(tài)范圍，其制作、播出流程與電視臺現(xiàn)有的工作流程相似，因此更適合電視臺HDR直播。

雖然一些電視臺已經(jīng)開始播出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)相當長的時間。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，或需要同時制作4K HDR與高清SDR版，這就要求調(diào)光時既要保證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，以攝像機下變換的SDR圖像和波形為基準，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），以攝像機輸出的HDR圖像和波形為基準，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)重點不同，各有優(yōu)點，可以滿足不同的制作需求，詳細說明請參考《影視制作專業(yè)問答》系列連載3的問答：《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，調(diào)光師只能看到HDR畫面中的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，也就是說在SDR監(jiān)視器上能看到0-75% HLG電平代表的SDR內(nèi)容，超過75% HLG電平的高亮度HDR內(nèi)容被壓縮到了SDR信號的拐點/斜率部分。在SDR電視體系中，拐點/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畫面，但視頻工程師和導演能在HDR技監(jiān)和節(jié)目監(jiān)視器上看到HDR畫面，監(jiān)控HDR圖像質(zhì)量。

雖然以SDR圖像為基準調(diào)光時只能實現(xiàn)對SDR內(nèi)容的“所見即所得”，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)容準確曝光。由于在HDR畫面中大部分有效信息分布在SDR內(nèi)容里，所以采用SDR調(diào)光能夠同時獲得正確曝光的高質(zhì)量SDR和HDR畫面。需要說明的是，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，而是在當前大多數(shù)電視人不熟悉HDR，沒有HDR制作經(jīng)驗的情況下，為了使電視臺從SDR向HDR制作平穩(wěn)過渡，確保4K和高清圖像質(zhì)量的有效方法。

·錄播

非實時的錄播也分兩種，一種是后期不調(diào)色，只做簡單編輯，另一種是像電影一樣在后期精工細作，通過調(diào)色實現(xiàn)制作者對圖像的創(chuàng)作意圖。后期是否調(diào)色對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“所見即所得”電視制作流程，因此曝光控制與直播是一樣的，應采用適合直播的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“所見非所得”電影制作流程，記錄素材應為無壓縮或淺壓縮的16比特線性伽瑪RAW，或基于Cineon的12比特對數(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)視器上直接顯示對數(shù)伽瑪?shù)牡头床町嬅?波形，用假彩色標識不同亮度電平，直方圖等等。對“所見非所得”的制作流程來說，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。

近年來隨著電影與電視制作技術(shù)的融合，在一些采用“準直播”形式的錄播節(jié)目中（例如演唱會、歌舞劇等），出現(xiàn)了介于“所見即所得”電視流程與“所見非所得”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，后期制作時只對素材進行“淺調(diào)色”處理以彌補前期拍攝調(diào)光的不足。這種新的錄播模式相當于在電視直播流程之后增加了調(diào)色工序，拍攝時采用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伽瑪拍攝時可以采用與直播相同的曝光控制方式，用對數(shù)伽瑪拍攝時可以用“所見非所得”的電影模式控制曝光。這種直播與錄播的混合模式適應了部分市場需求，不過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，這就是錄播時記錄素材采用16比特線性伽瑪或12比特對數(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，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行“淺調(diào)色”處理的原因，因為調(diào)色量過大時成片中會出現(xiàn)灰階不足的“條帶”（banding），圖像上原本應該柔和過渡的漸變色出現(xiàn)了肉眼明顯可見的有限灰階。

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)色后必須進行RGB與YCbCr的空間轉(zhuǎn)換，在數(shù)字域里這種矩陣運算仍然會改變電平，所以在10比特量化時不能認為空間轉(zhuǎn)換是無損的，這種處理也會降低成片的圖像質(zhì)量，這也是錄播時記錄素材采用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時錄播流程中，拍攝時設(shè)備和人員條件都比直播簡單的多，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屏幕上無法用“所見即所得”的方法控制光圈實現(xiàn)HDR正確曝光。

解決這個問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攝錄一體機也像4K演播室攝像機一樣內(nèi)置了兩個獨立的信號處理器，可同時分別處理HDR與SDR信號，并設(shè)置SDR轉(zhuǎn)換增益差。以HLG拍攝為例，可以通過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當作SDR圖像調(diào)光。很多4K HDR攝錄一體機只有一個信號處理器，不能同時處理SDR與HDR信號，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畫面，但由于取景器的亮度比HDR監(jiān)視器低得多，無法真實再現(xiàn)HDR圖像的效果。根據(jù)BT.2408-2第7.2.2節(jié)的說明和實際測試驗證，由于HLG的設(shè)計是與SDR兼容的，當SDR監(jiān)視器的伽瑪值設(shè)置為2.2時，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圖像當作SDR一樣調(diào)整光圈控制HDR曝光。雖然取景器的伽瑪值無法調(diào)整為2.2，但這種曝光控制的方法誤差并不大，在沒有條件外接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態(tài)范圍，由于成像器件的動態(tài)范圍比攝像機取景器顯示屏的動態(tài)范圍大得多，單人拍攝操作時只能用取景器控制曝光。在這種“所見非所得”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數(shù)伽瑪?shù)牡头床町嬅?，如下圖所示。

從圖中可以看到，在電視伽瑪?shù)钠聊簧巷@示對數(shù)伽瑪圖像時呈現(xiàn)出底片一樣的低反差畫面，實際上就是把成像器件的高動態(tài)范圍圖像壓縮到了低動態(tài)范圍的顯示屏上。對比右側(cè)的“正常”反差畫面，在這種低反差的“灰色”畫面上攝影師可以看到全部灰度層次，雖然反差不真實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。很多攝像機取景器里還內(nèi)置了示波器功能，可以在畫面上疊加RGB信號波形，為攝影師提供更技術(shù)化的曝光提示信息。

對HDR制作最常見誤解有哪些？

對HDR制作最常見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)整的過高，BT.2408文件發(fā)布后，由于部分制作人員對HDR參考白基準電平的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低的問題。

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

經(jīng)歷過初期的誤解后，制作人對HDR有了更深入的認識，特別是ITU的BT.2408報告發(fā)表后，HDR制作進入了規(guī)范發(fā)展的階段。不過，部分制作人員對HDR參考白基準電平的203尼特亮度產(chǎn)生了誤解，把203尼特當成了HDR圖像的最高亮度，導致其制作的HDR節(jié)目平均亮度偏低，看起來和SDR圖像差不多。

從SDR與HDR的OETF、EOTF比較可以看到，攝像機拍攝100%反射率白卡時，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，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，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。

通過上述分析和實際測試可以得出結(jié)論，對SDR和HDR來說，膚色亮度是一個分界線，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，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HDR制作來說，203尼特顯示亮度對應的是100%反射率白卡，超過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。

同樣的問題也會出現(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，對應顯示亮度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，這些問題是從SDR過渡到HDR制作時不可避免的。

（未完待續(xù)）