Beyond Definition—从索尼开始谈谈那些专业摄像机 篇二：从标清到4K，从SDR到HDR，从过去到未来

本以为这一类型的文章过于小众，之前一时兴起写下的东西，没想到还有不少的值友支持，而且还被小编设了一下精华。在下实在受宠若惊，那么看来我的第二篇（水文）也可以动笔写写了。

在上一篇文章中我尝试从传感器、编码方式等内容将民用及专业摄像机（其实行业内还是喜欢叫广播级摄像机，一些单位会直接叫业务机，在上一篇中有值友提过，反正都是同一类的东西）进行了一下对比。虽然我有意将一些内容讲得简单一些，不过难免还是有点枯燥晦涩。这一篇文章我选择从分辨率来讲起，带着大家从过去走向未来。

索尼在多个公开培训的场合中都提到未来视频领域会往三个方面来发展：高分辨率、高帧率、高色位深度（宽色域）。我们今天也是从这三个方面来进行阐述。

关于分辨率

在近年各大厂商的炒作下，我想大家对下面这个图标应该非常熟悉。

近年家里有购买新电视的小伙伴在卖场都可以看到各大厂商铺天盖地的宣传，然后就是面对着销售人员热情洋溢的介绍，耳边充斥着诸如“4K”"HDR"“色域”等听不懂的专业词汇。某些东西被吹得越来越神奇，近乎于“玄”。但是无论怎么样，4K还是来了，它代表着未来，代表着人类对于感观体验无止境的追求。

想必多数的值友都知道，像素是形成图像的最基础单位，分辨率所呈现的数字其实就是图像的横纵像素数量。这两个数字越大，代表图像所包含的像素越多，图像越清晰越真实，甚至可以超越人类的视觉极限。

从标清到4K的分辨率比较图

为了让大家可以直观地看到各个时代的主流分辨率差异，我简单做了一张对比图。全中国人都看过的新闻联播，在几年前还在用标清信号进行全国的广播，分辨率为720*576（PAL制，关于P制和N制，感兴趣的值友请自行搜索，它是两种不同的电视制式，我国及亚洲部分地区、欧洲诸多国家都是使用PAL制，后文也主要围绕P制来谈）。这个分辨率也是我们早年看DVD光盘时的标准分辨率（不知道有没有暴露年龄....），时至今日，全国依然有不少的电视台（甚至市级台，广州电视台手头上仍有大量的标清和磁带设备）依然以标清的信号进行广播。虽然他们手上的设备多数都是高清乃至于4K设备，但是受限于播出设施和用户的实际情况，不得不高清制片然后再下变换到标清播出。对于拥有高清乃至于4K电视的用户来讲，收看标清节目与高清节目最大的不同，就是视频的两边会被黑色块切掉（想想央视重播的老版西游记就知道了）。这是由于在16：9的高清电视上观看过去4：3的标清节目，需要进行切边、压缩、信箱等方式的转换后所导致的（具体用哪一种方式转换要看节目的类型，这个不细说，毕竟是过去的老的东西啦）。

随着时代的发展，传统的标清节目已经无法满足我们的需求了。这个时候“高清”的概念开始吹响了，就像现在的4K概念一样。事实上早期的高清并不是现在的1920*1080，而是1280*1080，在欧洲甚至还有1440*1080的高清。高清时代其实处于一个非常特殊的时期，参与的厂商和组织众多，大家都有自己的规范和想法，不统一。还有后来轰轰烈烈的蓝光标准之争，总之热闹得紧。后来终于开始把分辨率定在了众所周知的1920*1080了，进入了全高清时代（Full HD），索尼也在蓝光标准之战中胜出。然而由于设备性能的限制，还搞了隔行扫描（Interlaced）1080i和逐行扫描(progressive)1080p。这两者的差异事实上很好理解，但是要涉及一点电视的扫描机制，讲起来过于枯燥，有兴趣自行百度即可。反正大家知道逐行扫描的画质是优于隔行扫描的（特别是运动画面）就好了。

到了4K时代，事实上比高清的时候要简单多了，没有诸多不同的分辨率，也没有逐行隔行之分（统一都是逐行扫描）。电视领域的4K很快就确定在了3840*2160，很好记，横纵都是高清时代的2倍；而电影领域用的4K则定在4096*2160，与高清时代一样，比例为17：9，稍稍有点不同。从由分辨率的提升，最直接的体现就是数据量的暴增。按照索尼的600Mbps码流，XAVC-I的编码格式，64G的存储卡只能存储约16分钟的4K素材（4096*2160 50P）。这还不是RAW格式，如果剧组足够有钱可以拍4K raw的素材，那么数据量就更为惊人，几百T的素材实在是个正常数字。因此在片场里DIT（Digital Imaging Technician 数字影像技师）的地位越来越重要，他们其中一个非常重要的工作，就是要负责管理、储存和转移所有的素材。

每次谈及分辨率这个内容，我都会不知不感叹时代变化的速度之快，即使是高清的视频，在4K的时代下也不过是一个角落而已。可能有些值友觉得高清的电视节目似乎才刚刚普及没多久，现在谈及4K是不是太早。事实上在技术的提升上国外是远远走在我们前面的。在几年前的巴西世界杯，在索尼的支持下进行了4K的现场直播。日本、韩国早就有自己的4K电视频道，而北美大名鼎鼎的Netflix等视频内容供应商，也有自己的4K频道。甚至下一届将在日本东京举行的奥运会，还会尝试8K的现场直播！

进行4K现场直播的世界杯

将会试行8K直播的东京奥运会

吹完一轮国外之后，我们把目光转投回国内。事实上国内的4K发展速度也非常快，一方面是不少的影视剧作品都开始尝试以4K进行拍摄，比如国内第一部4K电视剧《芈月传》，就是使用索尼的4K摄像机F55拍摄的。另一方面在广电总局的支持下，广东电视台在广东电视中心举行了4K超高清电视试播活动，我国首个4K电视频道广东影视正式试播，这有着非常重要的象征意义。

国内首部4K电视剧

国内首个4K电视频道，广东影视

那么我们吹了这么久的分辨率之后，到底4K乃至未来的8K超高分辨率到底有什么作用？就仅仅只有让图像变得更精细吗？在目前4K还没完全普及的情况下用4K拍摄到底有没有必要？ 事实上这也是我以前的工作中经常被客户问到的问题。

这当然是有意义的！ 简单可以归结成几点：

1. 高分辨率的素材可以非常方便地进行剪裁放大，而不影响最后的画面输出。这个非常容易理解，现在大部分的节目制作播放都是用高清标准，那么如果你拍回来的东西是4K分辨率，那么你可以非常容易地进行后期的剪裁放大、平移，这些画画重构操作都不会带来锐度上的任何缺失（在大图上抠一个小图）！比如早几年在湖南卫视热播的《武媚娘传奇》被剪成了大头照。如果原素材是超高分辨率，那么进行重构图是非常轻松的，还不会影响画质。

   

   而正面的例子，则是影视剧中的一些对称手法的镜头，通过这种重构图的方式可以非常轻松地实现。比如美剧《纸牌屋》中就经常有这种对称镜头。人家才不用在拍摄的时候傻乎乎地对正呢

   

2. 第二点同样是方便后期人员的，那就是后期工作可以做得更精细。分辨率的提升，那么对画面进行稳定化操作时就不用担心因放大操作而出现的锐底下降。有过用Pr/Ae里的VFX稳定插件的朋友都知道，在对视频添加了稳定特效之后，画面多少都会被放大一些些。此外，分辨率的提升使得在做视频特效的时候跟踪点变得更多了，可以做出更精细的抠图、粒子等特效。“5毛”特效或许质量可以大大提升？

3. 而对于我们观众而言，高分辨率最爽的应该是下采样（downsample）。试想一下，现在的4K的分辨率是高清的4倍，意味着下采样后4个分辨率可以平均到1个像素里面（如果是8K素材，则是16个像素平均到1个像素里）。这样做的意义在于视频画面可以变得更干净更舒服，特别是对于那些亮度不足的素材，或者是需要经历大量颜色调整的素材，这都是非常有用的。

   
   

关于高帧率(HFR，High Frame Rate)

其实高帧率严格来讲很早就已经大规模地运用在了我们的影视作品当中。用简单通俗的话来讲，HFR运用在视频作品上，其实就是所谓的快慢动作。如果我们一部作品是用50p来制作成片（每秒50帧图像，逐行扫描），当我们把200帧的图像硬塞到这1秒中来播放时，那么我们就可以得到一个4倍的慢动作。肉眼看到的效果，就是一个很快的动作被慢慢地分解，在《一代宗师》里，王家卫导演就运用了大量的慢动作镜头来体现对打时的力量和武学中细致的动作。

《一代宗师》在最开始的雨战运用了大量的慢镜头

特别是近年来延时摄影受到了越来越多人的关注，高帧率这一需求也逐渐被开发。相较于用单反需要拍摄大量照片然后在后期软件中制作延时视频，专业摄像机可以非常简单地在机内直接录制快慢动作镜头，前提是卡的速度够快，机器的性能够好。像索尼的PMW-F55、PXW-FS7、PXW-FS5、PXW-Z150等机型，都支持超高帧率的拍摄（最高能到960fps，这个和手机的960fps可不是同一样东西）。高帧率视频的拍摄对于机器和处理芯片、存储卡的速度都有很高的要求，若只考虑机内录制，目前索尼可以支持最高到180fps的慢动作录制（全高清，不限时）。高于这个速度的，都是有录制时间的限制的。

此外，在进行高帧率拍摄时是录不了声音的，所以我们平常看到的快慢动作视频通常都是直接配背景音乐，或者由音效师来后期配对上对应的音效。就是诸如”啪“”碰“”吱“之类的声音。而且高帧率拍摄对于光源的要求很高，要用无频闪的灯，比如镝灯。

音效师的一些道具，事实上还有很多，这是一个充满想象力的职业

关于宽色域

色域对比图

不知道大家有没有这种感觉，在电影院里看电影的感觉总是比在家里用电视看电影的感觉要好 （并不是指屏幕尺寸大小这个感观体验）。这句话听上去像是废话，但其实是有其道理在里面的。在电影院里看电影，你会感觉红的更红，蓝的更蓝，绿的更绿，虽然现在的电影都会做色彩调整，但是你在家用自己的显示器或者电视来看同一部片子，多少都是电影院里的色彩更好。这是因为我们在电影院里看的电影，其色域标准是DCI-P3，这个标准的色域是大于我们的ITU-R709（标清、高清）色域的，所以P3色域包含的颜色更多，调整的空间也更大。这就更不用提我们家里的电视和显示器通常颜色都不准的问题了。

从上图我们可以看到，最大的那个不规则彩色图像代表了我们肉眼可见光的范围，同时我在里面用箭头指明了R709色域以及4K色域的大小。可见在4K的标准下，色域范围要远远大于原来的高清的标准，值得一提的是这里说的S-Gamut色域是索尼自己的4K色域标准 ，严格来讲它的色域范围比国际4K色域标准BT.2020还要大，不能等同而论。

BT.2020与BT.R709色域空间对比

那么色域范围变大有什么用呢？首先最直观的当然是我们看到的颜色范围变得更大了，色彩饱和度变得比以前更高了，看上去更真实更舒服。而对于调色师们来讲，后期的调整空间也变大了，有更多的艺术表现手段。然而虽然有BT.2020这一国际色域标准，各个厂家在自己的4K摄像机里放的色域空间都是不同的，比如索尼用的就是图中提到的S-Gamut色域，松下的是V-Log。不过在索尼的部分机型在最新的固件已经支持直接以BT.2020标准来进行拍摄，算是一个小卖点吧。（姨夫升官了，也要继续守护其微笑呀）

ITU-R709这一套色域标准从标清时代用到高清时代，已经很久了，对于一些从业人员来说习惯是很难更改的。因此所有的摄像机厂家都会提供自己机器的LUT(Look Up Table)，便于后期人员快速将机器的4K色域转换为R709色域。

业内知名的调色软件达芬奇与flimlight

关于HDR

让我们再回到文章开头的第一个照片：

除了4K还有什么？是的，还有HDR，个人认为它是4K时代非常重要的一环，它带来了从拍摄到制作再到播出一系列产业的变革风向。

那什么是HDR？HDR，也就是High-Dynamic Range 高清动态范围。从技术标准的角度来看，HDR是更大的亮度和彩色空间，因此HDR的核心是增加图像的亮度和彩色信息量。与之相对应的，传统的标清和高清电视目前使用的标准为SDR。

这个概念其实很早就有了，而且这个技术在摄影当中已经有广泛的应用，打开我们手中的手机拍照功能，不少厂家都把”HDR“放在了里面。在这里打双引号，是因为手机中的HDR并不是真正的HDR，它其实是通过连续拍摄几张不同曝光程度的照片然后进行合成后得到的结果，这和我们在PS里叠一下照片再用蒙版抹一下是类似的。而真正的HDR标准，是从拍摄开始到播出都有非常明确的制作标准的。

SDR（上）与HDR（下）图像对比（模拟效果图）

如果要认真地谈HDR，咱们还需要研究OETF、EOTF、OOTF(就是光电之间转换的特性)，这样说起来专业度太高，我们就简单地讲讲现在市场上的几个不同的HDR标准到底有什么不同，然后索尼目前主推的是什么。这是因为如我在上一篇文章中所讲，由于索尼在行业中举足轻重的地位，索尼主推的技术以及标准，很有可能就是日后行业统一的标准 。

SDR

HDR

在讲HDR的标准之前，我们先简单说说EOTF（Opto-Electrical Transfer Function，光电转换特性），这个东西简单说来，就是摄像机是怎么样把被摄物的光特性转换为电信号。在我们的广播电视领域，OETF指的就是摄像机的伽玛。

那么讲完EOTF，我们再来接触两个不同HDR方案里用到的伽玛，一个是HLG（也是索尼正在主推的HDR方案的核心内容），另一个则是PQ。

HLG是一个一开始就为了兼容传统SDR电视而设计的，它与硬件的性能无关，它是对传统电视体系的改进，扩展了高亮度景物的再现能力。在BT.2100的标准中建议HLG的显示峰值亮度是SDR（BT.709）的10倍（1000尼特），但这个层次的亮度仍然无法再现被摄景物的绝对亮度，只能再现被摄景物的相对亮度（敲黑板啦，HLG的关键就在于这个相对亮度 ）。HLG是一个相对折衷的HDR伽玛，设计者认为电视不可能也没有必要把拍摄内容的绝对亮度再现给观众，只需要提供一个相对亮度就可以了。HLG体系只规定了制作监视器的峰值亮度，当电视机的峰值亮度与制作监视器相同时电视观众看到的图像与现场导演或调色师制作时看到的图像相近，就可以得到最好的图像质量。再重申一次，因为HLG是一个兼容SDR的HDR伽玛，因此基于HLG流程制作的片子，理论上讲是可以在我们目前市售的所有电视上直接播放的，只是不同电视看到的效果不同而已。

那么相对的，PQ（ST 2084）是一个完全按照人眼的灵敏度来设计的伽玛，设计理念是用绝对的亮度来再现被拍摄的景物。再现绝对亮度的条件是显示器件的显示亮度必须与拍摄场景的实际亮度相同。PQ定义的最高峰值显示亮度为10000尼特，是HLG的10倍，SDR标准的100倍。但在这个标准在相当长的时间内显示器件的性能很难实现，虽然按杜比的HDR标准暂时允许使用峰值亮度低于10000尼特的监视器，但要求终端显示设备的峰值一定要和制作的监视器亮度相同。因此，用PQ曲线制作的节目必须明确标明其使用的监视器峰值亮度才行，否则制作 出来的节目在不同的亮度的电视上呈现出来的效果是完全不同的。从这些讨论我们可以看出，使用PQ这个伽玛曲线来制作节目时，必须同时传输包括制作监视器峰值亮度等信息在内的元数据，才能正确再现拍摄场景的对比度、亮度等相关信息。总结来讲，受限于我们终端显示设备的硬件限制，PQ在目前而言只能在一定亮度范围内再现绝对亮度。

讲完了两个不同的HDR标准下使用的伽玛方案，我们现在再来讲一下目前国标上有哪些HDR的标准。

第一个是北美的HDR10，它的EOTF是PQ，使用的是单层的图像数据与元数据，所以不支持SDR与HDR的自动兼容，但这个标准是免费授权的。

第二个是杜比公司的Dolby Vision。Dolby Vision把HDR图像数据重新编码为代表SDR图像的基本层和代表高动态范围信息的加强层双层数据，实现了SDR与HDR的自动兼容，因此可以把HDR10看作Dolby Vision的简化版。杜比的HDR与HDR10一样使用的是PQ伽玛。这个HDR标准是需要收费授权的。

核心类似的两个HDR标准

第三个就是BBC和NHK两大电视台主推的HLG（BBC我想大部分人都知道，NHK是日本放送协会）。HLG是一个免费的标准，如标准名所讲，它使用的伽玛也是之前提到的兼容性的伽玛，HLG 的输出不带元素据，其编码值是相对值，按照百分比进行，可以同时兼容 HDR 电视机和非 HDR（即 SDR）电视机。

目前三大主流的HDR的标准

所以讲了这么多，大家知道为什么HLG会成为现在索尼主力推荐的HLG标准了吧？因为它免费，还兼容现在的电视，非常容易被市场所接受。

多说一句，由于存在着不同的HDR传输方案，电视台和制作公司在制作时并不知道会用哪种方案播出传输，为节省成本一般只制作一个HDR母版。由于HLG和PQ这两种伽玛都有其局限性，因此用它来作为标准制作母版在后期制作播放中是有可能落下遗憾的。针对这种情况，索尼推荐使用自家的与播出无关的S-Log3伽玛（拥有索尼微单的值友估计对这个并不陌生）作为制作HDR的母版，后期再根据播出的需要转换成PQ或者HLG曲线。索尼推荐自家的产品是有原因的 ，首先目前市场上大多数摄像机不能记录PQ或HLG文件，因此肯定是需要一个中间的对数伽玛文件来作为中转；其次便是S-Log3是索尼电影摄像机使用的OETF，它的动态范围虽然比PQ小，但是比HLG大，作为母版来说是可行的；最后S-Log3是基于数字负片设计的伽玛，其特性与电影行业的Cineon几乎完全相同，后期制作支持的厂家多，调色师们自然也愿意用。所以还是那句，索尼在专业领域真的是很厉害的。

那么说了这么多关于HDR概念性的东西，那么基于HDR标准的片子怎么制作，有什么方案呢？简单说来，要欣赏到一部采用HDR标准制作的片子，要用支持HDR标准的摄像机来拍摄，然后调色（期间需要用支持HDR的电视或者监视器来进行监看），然后再传输、显示到终端。

索尼是从拍摄端到播放端都能完整提供4K HDR解决方案的厂商，在这里，索尼提出了三种不同的HDR拍摄制作方案，以应对不同制作的需求。

支持索尼HDR制作的专业产品

第一种，索尼称之谓：SR Live，也就是HDR的现场直播。这种方案成本高，效果好，适用于大型活动的现场直播。 主要适用于索尼高端系统摄像机HDC-4300、HDC-4800等，它基于索尼的S-Log3伽玛，现场同步制作播出。

第二种，则是运用于高端影视制作的HDR，也就是文件化的HDR制作，在现场拍摄了RAW格式的素材之后，在后期通过调色合成最终出片。针对目前RAW格式数据量极大的问题，索尼的XOCN新式raw格式编码，可以在大致保留原数据量的前提下压缩三到四成左右的素材体积。

第三种 ，是最简单的HDR制作流程，它不需要调色，不需要大量复杂的后期，基于HLG来进行。直接使用支持HLG的摄像机（如索尼的PXW-FS5、PXW-Z150），然后机内套用HLG伽玛拍摄素材，在支持HLG的非编软件中进行剪辑，然后直接成片。整个过程没有调色这种非常复杂的后期。这是一种非常低成本的HDR制作方案，出片速度极快，特别适用于婚礼、户外这些大光比场景的拍摄。

总结

讲了这么多，我想表达的是4K并不仅仅是简单的关于分辨率提升的一个标准，它包括的内容非常多。可能作为普通个人用户绝大部分都不会接触到，但是我想如果有兴趣慢慢看下来，我们可以看到在这个标准背后众多从业者的努力，在不断进步追求着人类感观上的极致，让现场的画面搬运到电视上来。4K技术发展到现在已经非常成熟，8K已经在向我们招手，未来的片子到底能有多真实，我们且拭目以待。