后期制作中的4k應用

【摘要】當前的廣播電視領域正在向4k方向穩步發展，無論中央臺還是各個地方臺，都在推進自己的4k工作流程，其中最為重要的部分當然是后期制作，由于4k數據量是高清1920×1080的4倍，所以如何能很好的駕馭4k的后期制作，是我們要討論的重點，本文我將從幾個方面講解4k的關注點，并闡明在4k制作領域，當前解決方案——歐特克4k制作，并結合電視臺的制作特點，講解4k精品節目制作。

【關鍵詞】4k 后期制作歐特克協同制作

首先要明確什么是4k

說到4k不得不說一說超高清，超高清是一個涵蓋性的術語，用于表示比高清技術像素更多，分辨率更高的技術，這種技術也意味著更加真實的色彩呈現和更高的幀頻。現階段，我們在以上各個方面中的分辨率上得到了很大的提高，從而誕生了4K分辨率的超高清電視技術。早在2012年8月，美國消費電子產品協會就向公眾介紹了“超高清Ultra High Definition”的概念，只給出部分的定義即其分辨率至少為3840×2160像素。但是之后不到一天，索尼稱他們將此技術命名為“4K超高清4K Ultra High Definition”。現在，電視行業普遍接受了索尼的定義，看起來他們寧可舍棄簡潔性也愿意給這項新技術一個更加時髦炫酷的名字。所以，在實踐中，我們可以發現“4K”已經和“UHD”無論在描述電視機，源設備，件和內容時已經是可互換的同義詞了。

4K作為家庭影院和家用電視的最高分辨率，是可以替代1080p高清的廣播媒體級的最新技術。隨著4K的出現，現在家用級的廣播電視分辨率標準一共有了4個：標清（480p/540p）、高清（720p）、全高清（1080i/p）和超高清（2160p）。4K/UHD意味著電視屏幕的分辨率為4096像素寬，2160像素高，但是由于要保持16：9的畫面比例，寬度像素值被降到了3840。寬度和高度的像素值都是1080p標準的兩倍，使得整體的分辨率為其四倍，所以4K也被稱為“四倍高清”（如圖1）。一些放映機和很多專業的攝像機會使用另外一個4K×2K的分辨率標準，即4096×2160像素。這個標準也一樣涵蓋在4K/UHD的定義中。對于不同的攝像機，在不同的專業環境下會有不同的拍攝分辨率

4K畫面的優勢

更接近膠片質量的畫質：隨著電視臺節目的類型越來越多，高清已經普及，而且逐漸往2K，甚至4K發展。我們電視臺的節目也越來越接近影視的質量，畫面清晰度大大上升。

更高的畫面層次感：畫面對比度明顯提高，尤其是暗部表現要深沉得多，而且具備層次。

運動畫面質量的提高：在連續運動畫面中，物體的運動更加平滑，可以保留物體運動的更多細節。

4K的發展歷史和現狀

事實上，4K能夠得到運用是源于大銀幕的需要。“星戰”系列導演喬治盧卡斯使用了全數字1080p來拍攝《克隆人的進攻》，從而滿足了日后藍光盤的發行。但是1080p的分辨率對于超大銀幕來說并不足夠。當觀眾坐在前排觀賞1080p分辨率的畫面時，他們會覺得畫面不夠銳利或者能看到像素點，這些感受有點惱人。此時產業急切需要一種更高的分辨率，能夠讓觀眾即使坐得比最佳觀賞距離（銀幕高度的1.5倍）近，也可以有比較好的視覺效果。因此，在2005年，4K技術誕生了。在4K技術誕生初期用于電影放映的階段，也面臨著現在4K技術在電視業發展的相同窘境。4K電影被制作出來，由于放映機的局限，卻只有很少一部分影院有能力將其分辨率完整地呈現出來。直到2009年底，詹姆斯卡梅隆指導的3D電影《阿凡達》上映，才推動影院大面積更換索尼生產的4K放映機。當時3D技術十分流行，在《阿凡達》之后又有一系列的3D電影上映，也使4K技術得到持續的推廣。現在，3D的熱潮已經褪去，4K卻存活了下來。4K與3D不同，3D從某種意義上講，更像是一種消費者和制造商行為反應的混合體，而4K完全是一種新的制式標準。可能有些人覺得我們需要像標清向高清過渡一樣對新標準的降臨嚴陣以待，但是這一次，我們都是早有準備的。事實上我們現在所享受的很多技術，例如藍光碟和藍光播放器，HDMI等已經幾乎都是使用4K標準了。但是從本質上講，4K技術并不能像3D技術，運動平滑處理甚至逼真模式等新技術給人帶來很大的驚喜，因為畢竟4K只是分辨率的提升。

4k實現的技術難點

4k制作的技術難點體現在一個特點上：數據量巨大，4k制作的數據量不同于標清升級到高清，4k的數據量是高清數據量的4倍，這就要求后期制作設備需要滿足高傳輸帶寬，高存儲需求和高處理速度的三高要求。

關于4K電視節目制作，目前前期拍攝設備有Sony F65，ARRI ALEXA，RedOne 4K攝像機等。以Sony公司前期提供F65攝像機用于4K影像的拍攝為例，得到相關的數據格式文件信息。得到具體數據信息以Sony F65 MXF格式為參考，分析如下：

4K存儲數據量分析

F65 MXF原始素材：

1秒：1.9GB

1分：1.9×60=114G

1小時：114×60=6840G

一小時的素材在渲染后生成無壓縮成為：6840×2.6=18TB。

（Sony定義MXF文件與源文件不壓縮的壓縮比為1：2.6）

由于4K項目最大的問題就是數據量龐大，在制作時過程中，低質量、高質量的數據交互頻繁，最終輸出的多種版本（包括不壓縮的4K質量版本）也將產生龐大的數據量占用空間。各應用站點間協同工作時頻繁的數據交互，由于數據量的龐大勢必降低制作的效率，影響生產量。保證制作效率是非常必要的。

4k傳輸數據量分析

每傳輸1秒鐘4K數據（5GB數據量），需要50秒，傳輸1分鐘4k數據就需要60分鐘。若果用萬兆網路傳輸的話，1秒的制作成品需要6倍的時間來完成傳輸，10分鐘的數據需要60分鐘完成傳輸。這樣的傳輸效率是非常慢的，如果在制作過程中存在大量數據的交互的話，對于制作人員制作來說是無法忍受的。如此看來萬兆位的傳輸也是不能滿足4K的制作要求的。

所以采用低分辨率制作，盡量減少高質量數據的交互是提高效率的基本保證。

從4K數據量及傳輸流量來分析，4K項目在硬盤的存儲量、制作中數據交互傳輸等方面都比HD/2K成倍增加，比如：2K實時讀取要求持續帶寬為370MB/s，4K實時讀取要求持續帶寬為1480MB/s（1.5G/s）。

4k后期制作分析

4k制作我們可以根據節目的質量要求劃分為兩種，即普通質量制作和高質量制作。這兩中制作方式的不同就在于他們對資源的占用。普通4k質量制作，采用的是壓縮的視頻文件，這種文件的壓縮比率較高，可以在存儲容量、帶寬占用、處理速度上對硬件的要求較低，可以用相對較低的資源制作4k后期節目，例如采用4k XAVC編碼的4k后期節目制作。另一種高質量4k節目制作，追求的就是節目的高清晰度，這種制作方式，一般采用高畫質的RAW格式，就是說在前期拍攝的時候采用的是4k RAW格式。由于攝像機在拍攝的時候可以生成高低碼流的兩種素材格式，例如MPEG2和RAW兩種格式，我們在制作此種素材的時候就可以將粗剪等工作交給輔助工作站使用MPEG2等壓縮文件剪輯完成，而將特效合成和版本校色采用4k無壓縮格式交給歐特克Flame工作站完成。最終在flame中將輔助工作站剪輯的素材進行套底后輸出高質量的節目。

4k制作流程

這里我們將根據高質量4k節目的制作方式，通過例子進行4k制作流程的分析，首先進行設備選型，我們在這里以歐特克產品為例討論。

首先介紹歐特克產品在4k制作協同領域的產品，如圖2所示，在4k后期制作流程中涉及到的產品有Flame Assist助手工作站、Flare合成工作站、Lustre校色工作站、Flame最終完成系統。

在這個系統中我們將4k制作所涉及到的各個部分用圖表示出來，如圖3所示。此圖將4k制作中所能涉及到的模塊進行的比較詳細的歸納，包括：頭腦風暴創意、設計、套底與媒體管理、交互、4k視音頻實時預監、特效合成、校色等，最終進行節目的完成。

整個流程如圖4，通過頭腦風暴，把節目的創意制定后，進行相應的節目設置，FlameAssist助手工作站將低分辨率的素材進行粗剪制作，需要用到特效合成的部分通過Flame或Flare進行特效合成制作，而復雜的校色使用Lustre進行，最終的成片在Flame中進行完成。當然，可以根據最終的需求，輸出多版本的節目，如要輸出高質量的4k節目，可以將無壓縮的4k素材進行最后的鏈接輸出。將4k的音視頻采集到高速的中央存儲中，通過歐特克特有的burn協議進行各個功能軟件的交互，各個軟件可以互相訪問素材庫進行媒體的管理及相互調用時間線方便節目套底制作，而最終的成片在Flame中進行最后的整合，輸出高質量的4k節目。

4k流程實現

上述的4k制作流程，如何的實現，高質量的4k節目制作，需要怎么樣的制作環境？如圖5所示，一個可以協同制作的高質量4k制作環境，需要用到SAN共享存儲架構，由于NAS存儲架構在傳輸帶寬上的限制，我們目前建議采用SAN架構搭建4k的制作環境。

Autodesk SAN屬于FC-SAN存儲共享系統，是“FC+LAN”雙網結構，是指在本該系統由FC光纖通道網絡和LAN以太網絡兩個網絡共同構成，其中以太網絡負責工作站與MDC（MetaData Controller）服務器與工作站之間的元數據信息傳輸和交換，FC光纖通道網絡只負責實際數據的高帶寬傳輸。

由于4k節目制作對帶寬及存儲容量的嚴格要求，同時又要兼顧到各個軟件間的協同制作能力，SAN架構是能滿足這些條件的最佳選擇。眾所周知，協同制作的關鍵就是素材的共享，尤其是4k的素材，容量大，傳輸帶寬要求高，所以解決好4k素材的共享是關鍵。同時兼顧高價格因素，4k制作平臺的選擇一定要考慮到協同制作。

通過SAN網絡架構，可以滿足4k高質量節目對傳輸帶寬的苛刻要求以及各個軟件間的協同制作，大大提高了節目制作的效率并且節省了開支，是目前最為適合高質量4k節目制作的模式。結合之前講解的4k節目協作流程，可以看到目前在4k后期節目制作領域SAN架構是最佳解決方案。

案例分析

這里我們以某重點電視臺為例進行4k制作的分析。前期采用的是sony的F55，后期制作的設備有Flame premium、Smoke助手工作站以及SAN存儲架構。如圖6所示

前期拍攝的素材格式設置采用高碼率的RAW格式和代理格式4K RAW+XAVC HD/MPEG HD422，首先用smoke助手工作站剪輯代理格式，通過Flame premium套底剪輯完的低碼率素材后進行4k節目的合成和校色，最終出4k成片。在Flame premium制作過程中，為了節省資源，采用了2k的代理畫面進行制作，最終是以4k無壓縮高質量素材進行輸出。當然如果存儲足夠大的話，完全可以以4k無壓縮DPX文件進行制作。

在實際的應用中，4k制作需要注意存儲空間管理的問題，4k無壓縮素材占用大量的存儲空間量，高質量的4k節目，最終的成片是以無壓縮DPX格式輸出的，如果制作的全過程都以無壓縮方式制作，那就勢必造成存儲空間的巨大壓力。電視臺每天的節目量是很多的，如何能有效的使用現有的存儲空間是4k制作的一個特點。一個節目的最終成片，需要用到大量的素材渲染和多版本保存，這些都會占用大量的空間，所以2k代理畫面制作不失為一個好的方法，它既能保證節目制作的實時性也可是占用較少的存儲空間完成節目制作。

綜上所述，目前高質量4k節目制作，經濟又高效的制作方式就是采用高低制作設備搭配SAN存儲架構的模式，通過4k助手工作站進行粗剪，使用4k高端工作站進行成片的輸出不是為最合理的選擇。