每日焦点！4K超高清HDR与高清SDR同播的前期制作技术研究

（本文作者：徐徯，江苏省广播电视总台技术运维部转播部副主任，硕士学位，主要从事电视节目前期制作、超高清与高清图像质量控制等方面工作；本文为论文精要，原文刊发于《广播与电视技术》2022年第9期。）

引言

江苏台从2016年的跨年演唱会开始尝试4K超高清与高清电视节目同播制作。经过近6年的实践摸索，基本建立相对成熟的工艺流程，掌握同播制作的相关规律，完成的江苏卫视跨年演唱会、天猫晚会等超高清、高清节目多次获得中国电影电视技术学会电视节目技术质量一等奖。

(资料图)

在超高清与高清电视节目同播中，前期制作是至关重要的环节，而明确前期制作中4K摄像机HDR与SDR增益差设置方式，HDR拍摄灯光的照度、色温与摄像机参数的对应关系，以及上下转换器参数设置要点等是获得高品质超高清、高清电视节目的前提和保证。论文针对影响前期制作的关键技术问题开展研究，并分析了相关的测试方法以及测试结果。

1 HDR与SDR增益差研究

对于HDR与SDR增益差的把握，需要分节目的不同制作情况调节。在4K超高清与高清同播的直播制作中，如图1所示，我们采取SDR优先的制作流程。此模式中，重点关注4K PGM与高清PGM的图像信号质量，摄像机HDR与SDR增益差的设置可以根据场景做较大幅度的调整。

图1 超高清与高清同播的直播制作流程

当面对需要高清多通道录制的同播节目，我们的系统制作流程如图2所示，需要同时记录4K PGM信号、末端高清PGM信号以及各个摄像机原生高清信号。高清PGM信号由4K PGM信号下变换得到，高清PGM画面需与各台摄像机的原生高清画面匹配，才能满足后期制作的对剪需求。为研究此工作模式下4K 摄像机HDR和SDR增益差设置，我们搭建了测试系统。

图2 高清多通道录制的同播节目制作流程

2 灯光与摄像机参数对应关系研究

HDR拍摄对灯光的条件要求更高，考虑灯光照度、色温，摄像机感光模式、摄像机光圈等因素对画面动态范围的影响，我们采取固定变量法测试灯光设置与摄像机设置之间的对应关系。常用的演播室基础灯光色温多在3200K至5600K之间，我们选择高低两种色温场景3200K及5200K进行测试。

3 上下转换器的参数设置研究

当制作中混合使用了SDR和HDR信号，我们需要借助SDR-HDR的上转换器和HDR-SDR的下转换器。当目标是匹配HDR和SDR摄像机的彩色和相对色调时使用场景参考映射（SR）。当目标是在HDR显示器显示内容保留SDR显示器上看到的彩色和相对色调时，使用显示参考映射。本文主要研究场景参考映射（SR）的上下转换。

3.1 4K HLG-HD SDR下转换（场景参考映射SR）

研究4K HLG-HD SDR下转换（场景参考映射SR）时，目标是使得由4K PGM下转换得到的高清PGM信号与摄像机原生的高清信号对切无差异。即调整下转换器相关参数，使下转换后的HD SDR信号与摄像机原生HD SDR一致性匹配，确定下转换器相应参数设置。设计测试流程如图3所示。

图3 4K PGM下转换为高清PGM测试流程

3.2 HD SDR-4K HLG上转换（场景参考映射SR）

研究HD-SDR-4K HLG（场景参考映射SR）上转换，目标是使不同外来高清EFP摄像机图像经过上转换后与系统摄像机4K图像色彩、亮度层次接近，同时，面对高清多通道录制需求的节目，外来高清EFP摄像机信号的原生高清信号也应与其进入系统上转换后下转换得到的高清信号一致性匹配。上转换器的设置应关注饱和度、电平映射、图像增强等方面的转换。我们针对高清多通道录制节目的场景，设计上转换器参数设置的测试流程。如图4所示，外来高清EFP摄像机信号经过上转换器后进入系统，再经过下转换器输出，其中下转换器的参数按照3.1节得到的参数进行设置。上转换使用GV XIP-3901 UC板卡、GV UHD1200两种设备。

图4 外来高清EFP摄像机信号经过上转换后下转换测试流程

4 结果分析及思考

4.1 HDR与SDR增益差

在摄像机HDR与SDR增益差的研究测试中，拍摄CDM28R测试卡，使测试卡100IRE部分在示波器显示电平为100%SDR，是认为被拍摄测试卡反射率为100%。在实际场景中，我们无法得到完美的漫反射白色，市面上反射情况较好的白卡反射率可达90%。但目前国内的研究也认为，测试卡的反射损失可忽略，认为测试卡的反射率即为100%。在测试中我们也看到，当测试卡100IRE部分在示波器显示为100%SDR时，调整摄像机增益差为75%HLG，测试卡该部分的4K电平在示波器上显示为75%HLG，这也印证了测试卡的反射损失基本可作忽略。

虽然在ITU-R BT.2408-4-2021 Guidance for operational practices in HDR television production等报告中，建议将75%HLG作为HDR参考白，随着4K HDR研究的推进，结合实际应用经验，国内的指导标准也在更新，目前央视相关建议中将79%HLG作为HDR参考白，通过增大4K摄像机HDR与SDR的增益差，获得亮度更高的4K HDR图像。我们在节目应用中，也常提升HLG映射的数值，如此可以得到HDR效果更明显的图像。

4.2 灯光与摄像机参数对应关系

采用4K摄像机拍摄制作的节目，灯光基础面光最低应满足700Lux～800Lux的照度。同样的摄像机光圈及感光模式，欲得到相同的亮度信号电平，低色温光源应比高色温光源照度稍作提高。

4.3 上下转换器的参数设置

在设置上下转换器的映射关系参数时，应该使其与系统摄像机HDR/SDR增益差设置的映射关系一致。

部分型号上下转换器可以直接选择HDR与SDR的映射关系数值，比如SONY HDRC 4000，可以直接通过调整HDR→SDR GAIN或者HDR→SDR GAIN来改变HDR与SDR的映射关系。还有部分上下转换器需要通过组合调整多个参数以拟合HDR与SDR的映射，比如GV UHD1200内置了75%HLG的映射关系，如需做出改变，目前版本需要组合调整其Contrast、Y Gamma、Black Level参数来做HDR与SDR映射关系曲线的拟合。在节目生产中，应根据实际需求做出选择和调整。

上下转换器的输入/输出格式、色域、映射参考模式、映射关系、饱和度、削波方式、白切割等参数可通过客观测试得出，而其图像增强、清晰度的参数调整主要依赖人眼主观评判，虽然上下转换的画面在图像增强方面的差异不像色彩、色域、映射关系的差异明显，但在精细化节目制作中，也同样需要给予关注，在必要的环节辅助锐化或降低图像的边缘细节。

5 结束语

高质量地完成4K超高清HDR与高清SDR同播的前期制作，可以大量节约后期加工的制作时间，提高4K超高清和高清节目生产的效率。我们前一阶段的测试研究主要是为前期拍摄提供理论和数据支撑，通过测试掌握不同型号摄像机HDR/SDR的增益差的设置方法，对比不同映射关系的效果。了解HDR拍摄时，灯光应具备的基本条件。研究了混合SDR与HDR信号制作时，上下转换器的转换要点。下一阶段，我们将结合研究的数据与艺术性调整方法，兼顾4K节目高清晰度、HDR、宽色域制作与高清节目SDR、标准色域的制作，从精细化的角度在节目制作中做更多的尝试。

责任编辑：李楠

关键词： 对应关系 高清电视 高清节目