后期制作中的4k应用

　　【摘要】当前的广播电视领域正在向4k方向稳步发展，无论中央台还是各个地方台，都在推进自己的4k工作流程，其中最为重要的部分当然是后期制作，由于4k数据量是高清1920x1080的4倍，所以如何能很好的驾驭4k的后期制作，是我们要讨论的重点，本文我将从几个方面讲解4k的关注点，并阐明在4k制作领域，当前解决方案——欧特克4k制作，并结合电视台的制作特点，讲解4k精品节目制作。

　　【关键词】4k、后期制作欧特克协同制作

　　首先要明确什么是4k

　　说到4k不得不说一说超高清，超高清是一个涵盖性的术语，用于表示比高清技术像素更多，分辨率更高的技术，这种技术也意味着更加真实的色彩呈现和更高的帧频。现阶段，我们在以上各个方面中的分辨率上得到了很大的提高，从而诞生了4K分辨率的超高清电视技术。早在2012年8月，美国消费电子产品协会就向公众介绍了“超高清Ultra High Definition”的概念，只给出部分的定义即其分辨率至少为3840×2160像素。但是之后不到一天，索尼称他们将此技术命名为“4K超高清4K Ultra High Definition”。现在，电视行业普遍接受了索尼的定义，看起来他们宁可舍弃简洁性也愿意给这项新技术一个更加时髦炫酷的名字。所以，在实践中，我们可以发现“4K”已经和“UHD”无论在描述电视机，源设备，件和内容时已经是可互换的同义词了。

　　4K作为家庭影院和家用电视的最高分辨率，是可以替代1080p高清的广播媒体级的最新技术。随着4K的出现，现在家用级的广播电视分辨率标准一共有了4个：标清（480p/540p）、高清（720p）、全高清（1080i/p）和超高清（2160p）。4K/UHD意味着电视屏幕的分辨率为4096像素宽，2160像素高，但是由于要保持16：9的画面比例，宽度像素值被降到了3840。宽度和高度的像素值都是1080p标准的两倍，使得整体的分辨率为其四倍，所以4K也被称为“四倍高清”（如图1）。一些放映机和很多专业的摄像机会使用另外一个4K×2K的分辨率标准，即4096×2160像素。这个标准也一样涵盖在4K/UHD的定义中。对于不同的摄像机，在不同的专业环境下会有不同的拍摄分辨率。

　　4K画面的优势

　　更接近胶片质量的画质：随着电视台节目的类型越来越多，高清已经普及，而且逐渐往2K，甚至4K发展。我们电视台的节目也越来越接近影视的质量，画面清晰度大大上升。

　　更高的画面层次感：画面对比度明显提高，尤其是暗部表现要深沉得多，而且具备层次。

　　运动画面质量的提高：在连续运动画面中，物体的运动更加平滑，可以保留物体运动的更多细节。

　　4K的发展历史和现状

　　事实上，4K能够得到运用是源于大银幕的需要。“星战”系列导演乔治.卢卡斯使用了全数字1080p来拍摄《克隆人的进攻》，从而满足了日后蓝光盘的发行。但是1080p的分辨率对于超大银幕来说并不足够。当观众坐在前排观赏1080p分辨率的画面时，他们会觉得画面不够锐利或者能看到像素点，这些感受有点恼人。此时产业急切需要一种更高的分辨率，能够让观众即使坐得比最佳观赏距离（银幕高度的1.5倍）近，也可以有比较好的视觉效果。因此，在2005年，4K技术诞生了。在4K技术诞生初期用于电影放映的阶段，也面临着现在4K技术在电视业发展的相同窘境。4K电影被制作出来，由于放映机的局限，却只有很少一部分影院有能力将其分辨率完整地呈现出来。直到2009年底，詹姆斯·卡梅隆指导的3D电影《阿凡达》上映，才推动影院大面积更换索尼生产的4K放映机。当时3D技术十分流行，在《阿凡达》之后又有一系列的3D电影上映，也使4K技术得到持续的推广。现在，3D的热潮已经褪去，4K却存活了下来。4K与3D不同，3D从某种意义上讲，更像是一种消费者和制造商行为反应的混合体，而4K完全是一种新的制式标准。可能有些人觉得我们需要像标清向高清过渡一样对新标准的降临严阵以待，但是这一次，我们都是早有准备的。事实上我们现在所享受的很多技术，例如蓝光碟和蓝光播放器，HDMI等已经几乎都是使用4K标准了。但是从本质上讲，4K技术并不能像3D技术，运动平滑处理甚至逼真模式等新技术给人带来很大的惊喜，因为毕竟4K只是分辨率的提升。

　　4k实现的技术难点

　　4k制作的技术难点体现在一个特点上：数据量巨大，4k制作的数据量不同于标清升级到高清，4k的数据量是高清数据量的4倍，这就要求后期制作设备需要满足高传输带宽，高存储需求和高处理速度的三高要求。

　　关于4K电视节目制作，目前前期拍摄设备有Sony F65，ARRI ALEXA，Red One 4K摄像机等。以Sony公司前期提供F65摄像机用于4K影像的拍摄为例，得到相关的数据格式文件信息。得到具体数据信息以Sony F65 MXF格式为参考，分析如下：

　　4K存储数据量分析

　　F65 MXF原始素材：

　　1秒：1.9GB

　　1分：1.9x60=114G

　　1小时：114x60=6840G

　　一小时的素材在渲染后生成无压缩成为：6840x2.6=18TB。

　　（Sony定义MXF文件与源文件不压缩的压缩比为1：2.6）

　　由于4K项目最大的问题就是数据量庞大，在制作时过程中，低质量、高质量的数据交互频繁，最终输出的多种版本（包括不压缩的4K质量版本）也将产生庞大的数据量占用空间。各应用站点间协同工作时频繁的数据交互，由于数据量的庞大势必降低制作的效率，影响生产量。保证制作效率是非常必要的。

　　4k传输数据量分析

　　每传输1秒钟4K数据（5GB数据量），需要50秒，传输1分钟4k数据就需要60分钟。若果用万兆网路传输的话，1秒的制作成品需要6倍的时间来完成传输，10分钟的数据需要60分钟完成传输。这样的传输效率是非常慢的，如果在制作过程中存在大量数据的交互的话，对于制作人员制作来说是无法忍受的。如此看来万兆位的传输也是不能满足4K的制作要求的。

　　所以采用低分辨率制作，尽量减少高质量数据的交互是提高效率的基本保证。

　　从4K数据量及传输流量来分析，4K项目在硬盘的存储量、制作中数据交互传输等方面都比HD/2K成倍增加，比如：2K实时读取要求持续带宽为370MB/s，4K实时读取要求持续带宽为1480MB/s（1.5G/s）。

　　4k后期制作分析

　　4k制作我们可以根据节目的质量要求划分为两种，即普通质量制作和高质量制作。这两中制作方式的不同就在于他们对资源的占用。普通4k质量制作，采用的是压缩的视频文件，这种文件的压缩比率较高，可以在存储容量、带宽占用、处理速度上对硬件的要求较低，可以用相对较低的资源制作4k后期节目，例如采用4k XAVC编码的4k后期节目制作。另一种高质量4k节目制作，追求的就是节目的高清晰度，这种制作方式，一般采用高画质的RAW格式，就是说在前期拍摄的时候采用的是4k RAW格式。由于摄像机在拍摄的时候可以生成高低码流的两种素材格式，例如MPEG2和RAW两种格式，我们在制作此种素材的时候就可以将粗剪等工作交给辅助工作站使用MPEG2等压缩文件剪辑完成，而将特效合成和版本校色采用4k无压缩格式交给欧特克Flame工作站完成。最终在flame中将辅助工作站剪辑的素材进行套底后输出高质量的节目。

　　4k制作流程

　　这里我们将根据高质量4k节目的制作方式，通过例子进行4k制作流程的分析，首先进行设备选型，我们在这里以欧特克产品为例讨论。

　　首先介绍欧特克产品在4k制作协同领域的产品，如图2所示，在4k后期制作流程中涉及到的产品有Flame Assist助手工作站、Flare合成工作站、Lustre校色工作站、Flame最终完成系统。

　　在这个系统中我们将4k制作所涉及到的各个部分用图表示出来，如图3所示。此图将4k制作中所能涉及到的模块进行的比较详细的归纳，包括：头脑风暴创意、设计、套底与媒体管理、交互、4k视音频实时预监、特效合成、校色等，最终进行节目的完成。

　　整个流程如图4，通过头脑风暴，把节目的创意制定后，进行相应的节目设置，Flame Assist助手工作站将低分辨率的素材进行粗剪制作，需要用到特效合成的部分通过Flame或Flare进行特效合成制作，而复杂的校色使用Lustre进行，最终的成片在Flame中进行完成。当然，可以根据最终的需求，输出多版本的节目，如要输出高质量的4k节目，可以将无压缩的4k素材进行最后的链接输出。将4k的音视频采集到高速的中央存储中，通过欧特克特有的burn协议进行各个功能软件的交互，各个软件可以互相访问素材库进行媒体的管理及相互调用时间线方便节目套底制作，而最终的成片在Flame中进行最后的整合，输出高质量的4k节目。

　　4k流程实现

　　上述的4k制作流程，如何的实现，高质量的4k节目制作，需要怎么样的制作环境？如图5所示，一个可以协同制作的高质量4k制作环境，需要用到SAN共享存储架构，由于NAS存储架构在传输带宽上的限制，我们目前建议采用SAN架构搭建4k的制作环境。

　　Autodesk SAN属于FC-SAN存储共享系统，是“FC+LAN”双网结构，是指在本该系统由F C光纤通道网络和LAN以太网络两个网络共同构成，其中以太网络负责工作站与MDC（Meta Data Controller）服务器与工作站之间的元数据信息传输和交换，FC光纤通道网络只负责实际数据的高带宽传输。

　　由于4k节目制作对带宽及存储容量的严格要求，同时又要兼顾到各个软件间的协同制作能力，SAN架构是能满足这些条件的最佳选择。众所周知，协同制作的关键就是素材的共享，尤其是4k的素材，容量大，传输带宽要求高，所以解决好4k素材的共享是关键。同时兼顾高价格因素，4k制作平台的选择一定要考虑到协同制作。

　　通过SAN网络架构，可以满足4k高质量节目对传输带宽的苛刻要求以及各个软件间的协同制作，大大提高了节目制作的效率并且节省了开支，是目前最为适合高质量4k节目制作的模式。结合之前讲解的4k节目协作流程，可以看到目前在4k后期节目制作领域SAN架构是最佳解决方案。

　　案例分析

　　这里我们以某重点电视台为例进行4k制作的分析。前期采用的是sony的F55，后期制作的设备有Flame premium、Smoke助手工作站以及SAN存储架构。如图6所示前期拍摄的素材格式设置采用高码率的RAW格式和代理格式4K RAW+XAVC HD/MPEG HD422，首先用smoke助手工作站剪辑代理格式，通过Flame premium套底剪辑完的低码率素材后进行4k节目的合成和校色，最终出4k成片。在Flame premium制作过程中，为了节省资源，采用了2k的代理画面进行制作，最终是以4k无压缩高质量素材进行输出。当然如果存储足够大的话，完全可以以4k无压缩DPX文件进行制作。

　　在实际的应用中，4k制作需要注意存储空间管理的问题，4k无压缩素材占用大量的存储空间量，高质量的4k节目，最终的成片是以无压缩DPX格式输出的，如果制作的全过程都以无压缩方式制作，那就势必造成存储空间的巨大压力。电视台每天的节目量是很多的，如何能有效的使用现有的存储空间是4k制作的一个特点。一个节目的最终成片，需要用到大量的素材渲染和多版本保存，这些都会占用大量的空间，所以2k代理画面制作不失为一个好的方法，它既能保证节目制作的实时性也可是占用较少的存储空间完成节目制作。

　　综上所述，目前高质量4k节目制作，经济又高效的制作方式就是采用高低制作设备搭配SAN存储架构的模式，通过4k助手工作站进行粗剪，使用4k高端工作站进行成片的输出不是为最合理的选择。

　　文/张少东·广州市广播电视台

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