一、概述
本文基于苏州台4K IP转播车现有系统，对台内2000平米演播室现场制作节目，进行4K制作的探索与测试。主要目的在于探索转播车4K HDR制作以及HDR推流的方案，其中涉及到很多参数和配置，并非标准或白皮书，只对实际制作效果进行说明。
二、SDR和HDR调光的对比
目前国内4K制作，主要还是要保证高清SDR的播出，因此主要采用的方式是高清SDR调光，4K HDR和高清SDR同时输出的方式，如下图所示，具体参考王亚明老师之前关于HDR讲课的PPT。采用SDR调光HDR制作的优势主要有：
提高调光精度，HLG参考白电平映射为SDR峰值白电平，在HLG图像中不是最高亮度，如果采用HDR的调光，调整光圈在HDR监视器上亮度变化很小，而在SDR监视器上会很大，因此SDR调光更精准；
精准控制肤色曝光，HDR制作对于色温和肤色的敏感度要低于SDR，用SDR调光能够精确控制SDR和HDR的肤色电平；
确保SDR和HDR的质量，采用SDR调光，可以确保技术上正确曝光的4K HDR图像；
减轻视觉疲劳，HDR监看整体亮度比SDR高很多，长时间要产生视觉疲劳；
节省成本，高质量的HDR监视器和波监成本会很高；
采用HDR调光制作的优势主要有：
4K HDR画面中，高动态部分得以体现，光看大型文艺晚会或者体育赛事时，高动态会带来更震撼的表现，虽然看久了会视觉疲劳，但还是看着“很好看”；
为4K HDR播出，包括电视端和手机端探索解决方案，现在大部分的电视，甚至手机都支持HDR显示，我们在制作端，可以尝试为以后的4K播出做好准备；
原先制作纯4K HDR的播出画面，可能需要用到单机拍摄，加上后期高动态、高色域的处理；目前4K摄像机中，能够支持高清HDR的输出，并且很多高清监视器通过升级，都能够提供高色域和对应的HLG GAMMA曲线设置，这为4K HDR的制作，提供了方案，可以在使用较低成本，完成4K HDR节目的生产制作；
央视和很多厂商也在测试并制定相应的标准，以后高清HDR节目的观看也不是不可能，就像现在很多手机APP端支持HDR、杜比影音等；
三、4K HDR制作方案测试
本次节目测试借助台内一次2000平米演播的大型活动晚会，晚会配备有5台4K摄像机，需要进行高清PGM信号推流、需要后期对高清素材进非编线进行剪辑、需要保留一档4K HDR的节目信号存入我台媒资系统。
按照节目制作的优先级和重要程度，首先确保高清PGM流信号能够正常推流，其次高清素材要保证正常录制，并进入非编剪辑线，最后要尽量制作一档4K HDR节目，保留尽可能多的高动态范围。
对原来SDR调光制作流程我们进行了调整，主要涉及到的设备有摄像机/CCU的输出、技术调光区监视器、导演区多画面输入和输出监看、HDRC4000主下变换、IP51备下变换、导演区电视机的设置、送演播室现场调光区和音控区的监看。
经过调整后的框图如下图所示：
摄像机/CCU端：CCU输出的4K-HDR信号源（色彩空间BT2020）,送给4K切换台进行切换输出；CCU输出的HD-HDR信号源（色彩空间BT2020）,送给多画面和调光区的波形监视器，并输出多画面进行HDR监看；
测试中发现，CCU端支持HD-HDR（色彩空间BT709）的输出信号源，但实际上监视器观察后发现，HD信号BT709和BT2020在显示上基本一致，故推测CCU中实际出的HD的流，还是基于BT709的色域空间。
技术区下排监视器：CCU输出HD-HDR信号源（色彩空间BT2020）给波形监视器，波形监视器再拼接4分割多画面，输出给技术区下排显示器，下排显示器设置色彩空间是BT2020，EOTF伽马曲线为BT2100（HLG）；
技术区上排监视器：技术区上排监视器主要监看主HD-PGM的信号源，主HD-PGM通过HDRC4000下变换得到，色彩空间是BT709，OETF伽马曲线为HLG，因此上排监视器也设置成跟主HD-PGM对应的色彩空间和伽马曲线；
多画面输入输出：导演区的多画面监看主要采用HD输入，4K输出；灯光去、舞美区等其他区域的多画面采用HD输入，HD输出，输入信号源包含CCU端的HD-HDR信号源，也包括下变换后的HD-SDR信号源；输出为了统一，均采用4K/HD-HDR的输出模式，色彩空间为BT2020；
多画面支持混合信号源监看，可同时监看SDR和HDR源，实际测试时发现，如果输入源设置成HD-SDR，而输出为4K/HD-HDR时，HD-SDR信号源的亮度为显得特别暗，造成监看上出现明显的反差，因此为了统一监看，实际设置时，将HD-SDR的信号源，也设置成了HD-HDR（色彩空间为BT2020），实际监看时，并未出现特别大的颜色和亮度失真；
导演区多画面电视机设置：参照多画面的输出，设置成4K-HLG，色彩空间为BT2020；
灯光、舞美区多画面监视器：对应监视器在2000平米演播室内，转播车送1路HD-HDR（色彩空间BT2020）的信号过去；现场灯光和舞美，参照4K-HDR的制作标准和要求，整体光照的亮度相对高清时有所提升，灯光、舞美区需要高清监视器支持HDR和BT2020，才能对现场的灯光和色温，有一个较好的把控；
4K多通道录制服务器：录制4K-HDR（色彩空间BT2020）的一版PGM信号，节目制作时，充分应用到高动态范围，节目中人脸的亮度保持在700~800nit时，在SONY HX310 4K监视器上（峰值亮度1000nit），能够有一个非常好的观看体验；
HDRC4000主下变换：节目主要保障HD信号能够正常的推流，因此HRDC4000的主下变换信号，主要用于推流，同时进入录制和多画面系统；
测试时发现，如果HD信号色彩空间为BT2020，伽马曲线为HLG时，推流信号码率为2.4M，在手机端观看推流的信号，为发现颜色整体偏淡（BT2020压缩到了BT709播出），导致颜色失真；如果将色彩空间改成BT709,则手机端颜色显示正常，高动态范围也能得到很好的展现，如下图所示，上侧为手机端BT2020的色彩还原，下侧为手机端BT709的色彩还原，这说明目前手机端的显示，主要以BT709为主，如果将BT2020的色彩空间套到BT709上，将使得颜色表现的偏淡；
同时，在手机端，我们还对HLG和SDR的显示进行了对比，当HDRC4000设置成HD-SDR时（色彩空间BT709，HDR-SDR增益差-7db），当4K HDR里面高动态部分往上提亮度到800nit时，手机端会出现高清画面过曝的情况；当HDRC4000设置成HD-HDR（色彩空间BT709）时，同样4K HDR亮度到800nit，手机端观看HD-HDR画面时，仍旧能保持一个较好的动态范围，如下图所示，上侧为SDR显示，下侧位HDR显示；RTMP编码器端，没有对信号能的HLG部分，做过多的运算处理，在手机解码端，由于手机支持HLG，因此能够有一个较好的亮度色度还原；
IP51备下变换：IP51备下变换主要用于进入HD多通道录制，之后进入台内高清非编系统进行剪辑；目前台内非编网只支持HD-SDR的制作和播出方式，因此我们录制的信号源，需要满足非编线的剪辑需求，设置成对应的HD-SDR(色彩空间BT709)；与此同时，为了希望能够在4K HDR制作里面得到更好的高动态曝光，我们牺牲了一些HD-SDR低动态的一些数值，在IP51下变换设置里将HDR-SDR Gain设置成了-11db，基本差了2档光圈，同时将HDR-SDR的主黑电平降了-3db(根据实际情况定，也可以在RCP上进行对底电平进行操作)；
通过提高HDR-SDR的增益差的方式，虽然使得高动态时，SDR不能的亮度不至于过曝，但缺点是画面的细节会损失，底电平也会相应的太高，正常央视建议的增益差是-7db，这也是在台内非编网不支持HDR制作时，所采取的折中的办法。
四、总结
此次4K节目制作过程中的实际测试，也是我们4K制作的一个学习摸索阶段，目前节目制作首要保障的是高清的播出，尤其是HD-SDR还要进入非编系统，因此导致4K PGM下变换后会出现多个下变换方式，如果以后升级4K HDR制作，4K作为主，HD作为备，则可以统一设置下变换为HD-HDR（色彩空间BT2020），这样在导演区监看和技术区调光上，也能够统一。
4K HDR的制作，还有许多问题需要客服，首先，除了节目制作前端要升级4K制作、4K剪辑、4K编码传输、4K播出以外，在节目播出端，也要有能够支持4K播出的设备能将这些制作前端的信号准确还原出来；其次，4K HDR和HD SDR同步制作的模式将还会延续很长的一段时间，具体要看播出平台，如果是手机或者网络电视端，可以尝试侧重4K HDR的制作，适当牺牲HD SDR，目前手机和网络电视，大部分都支持HDR的显示（有基于HDR10、HDR400、HLG等等），中高端的电视，峰值亮度基本能达到500nit，但对于色彩空间BT2020，目前市场上大部分的电视机和手机屏，还只能达到BT709的范围；最后，最终还是要主流媒体起引领作用，如央视，对于4K HDR的制作和播出，之后一定会出一版可行性方案或者标准，然后制作端和播出端，按照给的标准进行统一生产-制作-分发-播出。
