浅谈4K超高清环境下电视灯光制作要求
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作者:谭磊
【摘要】介绍4K超高清技术，从五个维度与高清技术进行对比;同时结合4K节目制作，总结其对灯光的影响和应对方法。
【关键词】4K超高清;分辨率;量化;帧速率;色域;动态范围;灯光制作
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.10.005
随着4K技术的不断成熟及大规模应用，已经有越来越多的电视节目由高清转向4K超高清（UHD，UltraHigh Definition）制作。目前，包括中央电视台（简称“央视”）在内的一些电视台也已开播4K超高清频道。
4K相比于高清节目，最为大家所熟知的特点就是它的高分辨率以及高动态范围。但是，仅仅就是这些吗？还有哪些特点和变化会对电视节目的灯光制作产生影响？这些都是本文想要探讨的话题。
1何为4K超高清
超高清是国际电信联盟（ITU）发布的“超高清UHD”标准，是HD（High Definition，高清）、FullHD（全高清）的下一代技术。国际电信联盟发布的“超高清UHD”标准的建议，将屏幕的物理分辨率达到3840×2160（4KX2K）及以上的显示称之为超高清，所以4K和8K分辨率都可以称为超高清。
24K超高清相比于高清的不同点
不同于高清对标清仅仅是分辨率上的提升，4K对高清的提升是全方面的，一般用以下五个维度来量化。
2.1分辨率（空间分辨率）
这里的分辨率指的就是画面的精细程度。全高清的分辨率是1920×1080，而4K的分辨率是3840×2160。如果是同样尺寸的显示设备，单位面积内的像素密度就提升了4倍，这对画质的提升是非常明显的。
2.2量化（灰度分辨率）
高清的量化深度是8bit，也就是画面中从黑到白的过渡划分为2°级，也就是有256级量化。4K能达到10bit甚至12bit，也就是量化深度提升到1024级甚至4096级。量化的提升对图像细节的表现是非常重要的，尤其是亮暗的层次及过渡会更好。
2.3帧速率（时间分辨率）
高清的帧速率是25帧/秒，目前4K能达到50帧/秒，今后还会提升到100帧/秒。帧速率的提高在表现运动画面时，会对画面的平滑度有很大的提升。
2.4色域（彩色分辨率）
高清时代的色域標准是Rec.709，4K的色域标准是Rec.2020。从图1中可明显看出，4K所能够表现的颜色种类更多，有些高清时代无法显示的颜色，4K都能得到展示。
2.5动态范围（宽容度分辨率/对比度）
高动态范围是超高清技术的一大特点，它的图像画面中最亮部分和最暗部分的比值远大于标准动态范围。高清的动态范围是标准动态范围，标准亮度最亮为100nit，最暗为0.1nit。所以，高清的动态范围比值是1000：1，也就是103。
到了4K超高清时代，它的动态范围能达到105以上，甚至10°，属于高动态范围（HDR）。动态范围的提升，对于表现同一画面亮度反差特别大的场景时，会有较好的表现。从图2纵向坐标加了亮度指标的色域图可以看到，Rec.2020色域相比Rec.709色域，在加了其对应的亮度指标后，整个色域空间体积大了很多。这表明，4K图像的色彩表现相比于高清，不仅种类更多，而且层次和细节都要更加丰富，这也是4K与高清画面最大的不同。
3对灯光制作的影响
从上述五个维度的对比可以看出，4K与高清相比，无论是画质，还是色彩表现，都有着巨大的提升。但是，这两者技术原理的不同和技术参数的提升，对于灯光制作会带来哪些新变化和新要求？以下结合实际工作经验，谈一谈笔者的看法。
3.1灯光照度要求提高
虽然现在的4K摄像机和高清摄像机都采用2/3英寸的成像器件，但由于4K摄像机相比高清摄像机，为了容纳更多的高光，所采用的伽马曲线将整个曲线的斜率压得更平，故对灯光的照度要求也提高了。从目前的4K节目制作中也能感受到这一点，同一个节目、同一个场景如果想采用和高清一样的光圈进行节目录制，用灯的数量和照度会明显增加。为了测定这个差值有多少，做了对比测试，测试结果见表1。
从表1可以看出，同照度下，4K摄像机光圈与高清摄像机相比差值大约为1档，按照度看，大约是差一倍照度。有了这个参考依据，就需要灯光师在做4K节目设计时，提前考虑好这个差值，准备足量灯具，做到有备无患。
3.2灯具显色性更加重要
显色性作为衡量光源对物体颜色呈现的真实程度的一个指标，一直受到人们的重视。高清时代，灯具的显色指数Ra≥85，才能满足节目制作要求。在4K时代，目前没有一个明确的标准来规定灯具的显色指数要大于多少。但是，从个人使用经验而言，灯具显色指数的要求应该更加严格。因为4K画面的清晰度、动态范围、细节、层次都明显优于高清画面，在这样的放大效应下，曾经高清画面尚可接受程度的色差和偏色就显得不再可以接受，所以要求在节目制作时，尽量选择高显色指数的灯具。
3.3布光及光线控制更加严谨
不同于高清节目，4K画面由于量化深度的提升，整个图像细节的表现尤其是亮暗的过渡更加平滑细腻，可以说亮中有层次，暗中也有层次。在进行4K节目布光时，经常会遇到灯具的光心稍微偏离人脸，比如，当脖子或者胸口最亮时，整个画面里人脸就显得暗淡不少，脖子或者胸口反而成了画面中最亮的主体。
这些小的照度差别在高清时代，由于设备的量化深度级别不够，是无法展示出来并被人眼所察觉的，而4K时代这些问题就需要引起重视。要求布光更加精细、严谨，光线的角度控制更加严格。此外，还要特别注意控制好杂散光，做到该亮的亮，该黑的地方一定黑。否则，4K摄像机会捕捉画面里各种细小光线并如实展现出来，如果杂散光控制不好，整个画面就会显杂乱、显“脏”、不够通透等，严重影响画面质量。
3.4服饰颜色及舞美材质更显突出
高清节目，如果主持人穿白色的衣服会导致脸显黑，常常采取保人脸正常曝光的方式，让衣服适当过曝。4K节目这种方法不可行，因为高动态范围的原因，衣服不再会过曝，画面上衣服会比脸亮，导致整个画面中，作为主体的主持人面部不突出，白色高亮的衣服反而会成为画面的重点。因此，要更加注意主持人的服饰，以免给节目制作带来影响。此外，有些服饰、配饰或者舞美设施，因为材料容易反光，造成画面中随处可见高光点，例如主持人金属材质的胸针“抢镜”问题，这些都需要格外注意。
3.5大光比制作成为可能
传统的高清节目制作，受到高清摄像机标准动态范围的限制，画面光比不能过大，控制画面光比是灯光师一项很重要的工作。而到了4K时代，由于HDR技术的加持，整个画面可以容纳更多高亮的细节，大光比反而会使画面主体更加突出，层次感增强，更能体现出4K画面的特点和优势。所以在4K节目制作时，不妨跳出传统思维，尝试适当加大光比，提高反差，突出主体，也许能收到更好的效果。
4结语
任何一个新生事物从诞生到为人所熟知，都有一个循序渐进的过程。4K超高清技术作为当下前沿、热门的技术，人们对它的认识和了解还在不断地摸索中。相信随着4K超高清技术的不断进步和向前发展，灯光行业对它的应对和处理也将更加游刃有余。
（编辑：王芳）
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