8K时代到来！北京广播电视台8K节目技术审看和质量管理的探索与实践分享
作者 | 北京广播电视台 郭豪珺
订阅 | 010-86092062
北京广播电视台8K超高清试验频道于2021年12月31日顺利开播，成为国内第一家常态化播出的8K超高清频道。截至8K超高清试验频道开播前夕，北京广播电视台制作完成8K精品节目50小时以上，其中包括《紫禁城》《极致中国》《自然北京》《北京古建》《2021/2022年BRTV春节联欢晚会》等优秀纪录片、专题片和综艺节目。
通过不断的探索与实践，积累了大量8K超高清节目的生产经验。相比于高清和4K(同播标准)，8K在分辨率、高动态范围、节目沉浸感和效果呈现方面都有了极大提升。
01
8K节目技术审看与质量管理遇到的问题
传统审看流程的弊端
受传统高清节目生产流程和审看习惯影响，内容审看和技术审查一般会等到所有后期工序完成后再进行。节目内容审看的主观性较强，可控性低，涉及剪辑修改的概率大，进而导致后续工种联动修改。
8K数据处理负荷与消耗时间都是高清的指数倍。若沿用高清时代的生产流程，修改剪辑部分，就需要重新调色渲染、特技渲染、时间线合成渲染，甚至5.1环绕声的重新混音制作，每一个环节都需要花费比高清慢几何倍数以上的代价。因此，如何优化生产流程、提高生产效率、减少节目修改花费的高额时间成本，成为8K内容生产必须考虑的问题之一。
8K审看监听系统的选型
为了获得最佳视听体验效果，8K节目审看监听需要专业硬件设备与环境作为支撑。截至2022年初，世界上已有日本NHK、中央广播电视总台、北京广播电视台3家媒体单位开播了8K频道，受制于用户需求少、研发成本高、技术瓶颈大、疫情等综合因素影响，市场上与8K相关的硬件产品生态仍不够完善，如8K播放终端、8K专业显示终端、视频传输接口转换器等关键设备。
考虑到不同应用场景、应用需求的差异，行业内可供参考的可行性方案较少，8K审看监听系统作为节目技术审看与质量管理的实施前提，面临着设备选型灵活度低、成本高的挑战。
8K节目客观评价的局限性
我国先后制定并完善了GY/T307-2017、GY/T315-2018等相关标准，规范了超高清视音频客观技术参数交换值，为节目客观评价提供了明确参考标准。传统高清节目技术审看工作一般只保证最低限度的“安全播出”，即客观评价指标符合相关标准，这对于8K高质量视听呈现需求来说是远远不够的。
在实际8K节目生产中，团队发现有些“最合理”的客观评价指标，有时并不是节目呈现效果最佳的指标。观众主观审美与客观评价指标的把控上存在偏差。在节目创作与技术审查环节中，刻意追求“合理”“归一化”的客观指标，反而不利于灵活发挥8K超高清、HDR高动态范围技术的优势，具有一定的局限性。
8K节目主观评价内容的探索
8K节目基于大屏幕、宽视角、多视点特性的观看模式，使得画面中的任何瑕疵都难以隐藏。在观看8K节目时，人眼生理上获得的刺激度高，沉浸感强，对于节目质量的评价更偏向基于人眼生理反馈的主观感知。
由于现阶段我国尚未发布专门针对8K超高清视频的主观评价标准，普通观众与专业人员的收看方式、兴趣关注点、观看距离等存在差异，不同观众的视觉感知能力与审美标准也不相同，这给主观评价标准制订造成了很大的困难。因此，为了提高8K节目质量与观众的视觉体验，探索与研究8K主观评价内容是很有必要的。
02
北京广播电视台8K节目录播生产流程优化
8K视频素材的数据处理压力巨大，占用存储空间与读写带宽是同等高清编码的16倍以上，后期对于图像数据的精加工处理(如多级调色、降噪处理、稳定处理、特效制作、时间线合成渲染等)会直接耗尽工作站算力资源。当前基于PCIe3.0架构的工作站已达发展瓶颈，其有限的总线带宽限制了工作站的配置性能，难以负荷8K渲染运算需要的硬件算力。
因此，北京广播电视台8K节目录播生产流程将内容审看前置于剪辑工作结束后，待节目内容定剪后，再进行后续耗费生成时间的高算力处理工作，最大限度避免了因内审剪辑修改造成的多工种联动渲染的问题，如图所示。
北京广播电视台8K节目录播生产流程
在8K试验频道开播初期，受硬件设备制约，所有8K节目都采用了以单机拍摄、后期制作的“专题片、纪录片”类的生产流程。
前期拍摄阶段，使用大靶面CMOS的8K摄影机搭载全画幅电影镜头，录制高质量RAW数据或高宽容度Log文件素材。DIT通过数据管理将拍摄素材整理、归档、转码(如果需要)、分发到相关工种。8K后期制作依托多格式交互性异构生产网，可根据项目制作需求选择源码编辑或代理编辑模式。内审后节目定剪完成，内容部分不再修改，而后调色、唱词、音频制作、包装特效等工作并行启动。时间线合成后输出节目成品，进入技审、QC质量管理环节，节目修改完毕后备播入库、发播。
03
北京广播电视台8K节目技术审看
8K+5.1环绕声沉浸式视听审看系统
北京广播电视台在8K超高清试验频道的建设中，搭建了8K+5.1环绕声沉浸式视听审看系统。系统功能定位于8K技术审看、质量管理、5.1环绕声听音、参观展示等。系统硬件包含审片工作站、4x12G-SDI转HDMI2.1转换器、98寸8K客户端电视、技监设备、功放、5.1监听音箱、远程控制辅助设备等。
考虑到技术审看时8K节目拷贝、迁移、存储等数据量压力，审片工作站通过点对点KVM光纤链路，与8K制作机房编辑站点互通，具备远程协同制作能力。通过远程访问制作域8K中央存储系统的节目备播库，可完成8K剪辑、调色、审看等工作，整合资源配置，优化了8K生产流程，系统拓扑结构如图所示。
8K+5.1环绕声沉浸式视听审看系统拓扑图
观看环境与最佳观看距离
观看环境方面，根据ITU-RBT.2246-7、GY/T340-2020等技术标准，专业审看主观评价环境亮度要求≤5cd/m²，显示器后的背景亮度与图像峰值亮度的比值≤0.005，D65的背景色温。虽然观众群体的实际观看环境受客观因素影响，较难满足以上条件，但在技术审看中仍应尽量实现，以获得较好的视觉灵敏度，同时避免非必要光源对观看显示的干扰。
最佳观看距离是影响超高清画面观看体验的重要依据之一。虽然超高清主观评价的最佳观看距离与视场角在我国标准(GY/T340-2020)上已有规范，但在实际应用环境中，普通观众收看与专业技术人员审看，注视兴趣点与观看距离是不完全一致的，这主要与不同受众群体的观看侧重点有关，两种情况都是客观存在的。因此，我们在8K节目技术审看时采用的最佳观看距离，兼顾了专业人员与普通观众的不同需求。当侧重8K清晰度、图像细节、沉浸感检视时，采用0.75倍—0.8倍画面高度的最佳观看距离，约96°视场角;当侧重舒适度、模拟家庭环境时，采用1.5倍—1.6倍画面高度的最佳观看距离(同为4K最佳观看距离)，约58°视场角。
5.1环绕声扬声器系统配置
为满足8K节目监听需求，审看场景需布置5.1环绕声扬声器。我们参考GY/T316-2018标准的扬声器放置要求，采用了标准中的B型系统配置(0+5+0)，即左声道、右声道、中置声道、左环绕声道、右环绕声道的扬声器全部与收听者在同一层(中层扬声器)，超重低音扬声器摆放位于底层，如下表所示。
这种配置方式所带来的问题在于，8K客户端电视的水平位置会与中置声道扬声器相冲突，因此需要将8K电视自身扬声器作为中置声道使用，以中心听音位区域为参考的各扬声器响度设置约87dB。
5.1环绕声扬声器统一由功放进行控制，功放与8K客户端电视通过HDMI ARC音频回传通道连接，整体音频功率控制支持电视遥控与功放本地调整联动。系统中可通过音响系统切换，实现5.1环绕声外置扬声器监听、8K电视内置扬声器5.1环绕声下混后的立体声监听，用于模拟现实中较为普遍的2种听音环境。
8K节目客观评价与质量管理
备播文件元数据检测
元数据检测是 8K 技术审看的首要步骤，目的是防止备播文件包含错误元数据导致播出服务器报警或无法进行播出节目代码绑定，是确保安全播出的重要环节。通常可以使用色彩科学体系较为完善的后期软件自带的媒体资源管理器或第三方软件等进行检索与查看。 例如 Davinci Resolve、Baselight、MediaInfo 等， 如图所示。
8K备播文件元数据检测
检测内容包括文件命名需符合播出规范，不可包含“*”“#”“+”等非法字符;节目时长为整分整秒、节目起始时间码为00:00:00:00;分辨率、帧率、画幅比、扫描制式、色彩空间、HDR标准、压缩编码、封装格式、声道信息等参数信息符合表1中《北京广播电视台8K节目备播文件视频参数》规范。
8K节目HLG电平值使用与资源分配
在早期BT.2100标准中，HLG 100%线性光动态范围对应50%的电平值，约100尼特。2017年之后，随着BT.2390和BT.2408标准的相继发布，在OETF计算公式不变的前提下，HLG 100%的线性光动态范围对应变为75%的电平值，约203尼特。即:HLG 100%的动态范围对应电平从理论值的50%，变成了原本约318%动态范围对应的75%并沿用至今。
上述线性光动态范围与电平值对应关系的变化，导致了HLG的动态范围从1200%/100%理论值的12倍，降低为实际1200%/318%≈3.77倍(377%动态范围)。上述计算方式是基于HLG窄域电平使用为前提的。
HLG窄域在10比特量化编码值中使用的有效范围是64-940，对应0%至100%的HLG电平值，量化编码值使用率约86%。HLG窄域包含的375%动态范围，可以满足高动态电平区域使用率较低的HDR/SDR同播制作，但对于需要充分展现HDR高动态范围优势的8K制播需求来说仍是不够理想的。
因此，在BT.2390-5标准中提出了推荐在HLG制作中使用超白电平部分，有利于增加高动态范围，更好地发挥HDR技术的优势。北京广播电视台8K超高清试验频道在节目制播域统一使用了HLG窄域包含超黑超白数据的标准。
HLG电平与量化码值对应图
HLG窄域包含超黑超白数据在10比特量化编码值中使用的有效范围是4-1019，对应-7%至109%的HLG电平值。对于超黑电平部分，由于可见光领域并不存在比黑还黑的“黑”，超黑电平部分的使用主要针对信号域而非显示端。制作域HLG窄域监看可被有效显示的10比特量化编码值为64-1019，对应0%至109%的电平值。
与4KHDR/SDR同播制作主要使用75%或79%电平值以下部分不同的是，非同播类8K节目采用了前期拍摄RAW数据记录为主，后期调色制作的方式，不用考虑参考白电平值等诸多限制，这给予了前后期更自由、更广阔的创作空间。单纯从客观评价的角度出发，在黑白电平(包含超黑超白区域)不超标的情况下，是否充分发挥HDR高动态范围的特性是8K节目技术审查重点检查内容之一。
综上所述，8K节目需要在充分使用SDR资源的基础上，尽可能多地利用HDR资源部分，才能较好地发挥出HLG的高动态范围的优势。
目前有很多从事超高清生产的人员在HDR高动态范围创作中单方面追求“亮度”，特别是在非同播模式下，这是HDR创作中较为常见的误区之一。以8K节目《燕京八绝——金漆镶嵌》中的某个画面为例，调色中为了追求HDR的“亮度”将大量图像电平资源集中在HDR资源分配的电平区间。画面亮度虽然高，但是画面中HLG 0%-75%的SDR资源部分利用率低，黑电平过高，动态范围不足，画面呈现效果并不理想。
8K节目《燕京八绝——金漆镶嵌》截图
另一方面，根据BT.2408标准中给出的推荐值，1-2型浅肤色人种HLG电平值为55%-65%，3-4型中等肤色人种的HLG电平值为45%-60%。上述标准中推荐值与实际节目创作时的客观环境、观众主观审美倾向之间存在一定差异性。
例如8K节目《2022年北京广播电视台春节联欢晚会》舞台中化妆后且位于主光区的女歌手。精致的化妆效果使面部过渡异常平滑，加上舞台光的照射，女歌手面部亮度在主观视觉效果上已与身上白色的演出服装接近。
在后期调色工作中，团队尝试了2种不同的创作方式，一种侧重于艺术审美呈现，在HLG资源分配中，画面像素总数中约63%大于203尼特，处于HDR资源区间。人物面部鼻梁高光亮度约435尼特、脸部颧骨下方部分约247尼特、脸颊阴影部分约67尼特。由于利用了100%-109%的超白部分，画面电平值未产生削波，人物面部细节与衣服高光纹理也未出现丢失。客观评价指标与BT.2408中定义的人种肤色亮度电平区间有较大的偏离。
侧重艺术审美呈现的画面截图(仅供示意，非HLG正确显示效果)
侧重艺术审美呈现的HLG资源分配方式
另一种创作方式侧重于客观评价指标的合理性，在HLG资源分配中，画面像素总数中约23%大于203尼特，处于HDR资源区间。人物面部鼻梁高光亮度约237尼特、脸部颧骨下方部分约116尼特、脸颊阴影部分约27尼特。
第二种创作方式除电平值资源分配与第一种不同外，色度、锐度方面的调色参数值与第一种一致，同样利用了100%-109%的超白部分，电平值未削波，人物面部细节与衣服高光纹理未丢失，客观评价指标与BT.2408中定义的3-4型人种肤色亮度电平区间较为接近。
侧重客观评价指标合理性的HLG资源分配方式
两种创作方式在客观指标上均符合安全播出的标准，团队分别挑选了节目创作人员(导演、制片人、编导等)、专业内容生产人员(摄像、剪辑、DIT、调色等)以及非专业影视从业人员(模拟一般观众)。在接近≤5cd/m²的技审环境与日常办公室环境亮度的2个场景，选择同样的8K客户端电视，以画面先后出现对比的方式进行主观评价。
在技审环境亮度场景中，超过半数人员认为侧重客观评价指标合理性的画面更真实，侧重艺术审美呈现的人脸肤色亮度稍高，但长时间观看后可适应，后者肤色更通透，演员更好看。而在日常办公室环境亮度场景中，大部分人员认为侧重客观评价指标合理性的画面人脸“不够透亮”，侧重艺术审美呈现画面的人脸肤色亮度可接受，演员看起来更好看。
综上所述，8K节目创作中，客观评价“合理”的画面，有时并不一定是视觉呈现效果最好的。单纯依靠客观评价指标来判断8K节目质量的优劣，是存在一定局限性的。在峰值电平不超标的前提下，刻意追求“合理”电平值分配的标准化与一致性，一定程度上会限制节目艺术创作的空间，影响节目效果。
5.1 环绕声下混立体声监听检测
北京广播电视台8K超高清试验频道节目播出文件采用8声道(5.1环绕声+立体声)标准，但是实际播出过程中，只对1至6声道的5.1环绕声通过杜比AC-3编码的方式传输，7、8立体声左右声道只作为应急备份。8K试验频道可以通过歌华机顶盒(北京部分试点小区)、IPTV网络电视、京8App手机移动端、部分城市户外大屏端等多种途径收看。由于不同用户接收终端的解码扬声器与播出信号传输声道数量并不匹配，因此编码传输后的5.1环绕声需要通过下混立体声处理才能被正常监听。
实际8K节目生产中，很难保证所有节目都具备环绕声收声与制作条件，为了匹配8声道播出标准、提升生产效率，目前8K节目音频制作部分，使用了原生5.1环绕声制作与简单5.1环绕声制作2种方式。简单5.1环绕声音频源多为立体声，通过对不同声道分配能量转换权重参数与添加延时差进行5.1环绕声上转换。目前业内已有多家厂商开发出了立体声、5.1环绕声的快速上转换工具，应用验证已十分成熟。
考虑到能够接收到北京广播电视台8K试验频道播出信号，且拥有5.1扬声器配置的观众非常稀少，因此在技术审看与监听工作中，相比监听5.1环绕声，监听5.1环绕声下混后的立体声更具有普适性，也更能模拟与还原末级用户实际收听时的客观环境，确保音频的安全播出与高质量播出。
04
结 语
目前8K系统架构、制播技术及相关标准的制订仍处于探索阶段。8K制作流程复杂、硬件设备算力有限、超高清内容生产人员稀缺等是制约节目生产效率的主要因素，控制生产成本、提高生产效率是亟待解决的核心问题之一。从8K技术的长远发展与应用推广来看，无论任何时候，保证节目质量都应作为追求节目产量的必备前提。
节目创作人员与专业制作人员也应转变思维，创新节目形态，在追求艺术效果的同时，发挥出8K技术特点及优势，避免技术创新而节目守旧。8K节目带给观众的视觉体验更强烈，节目质量管理工作中的主观评价权重增加，需要在保证安全播出与技术规范的前提下，追求更好的观看舒适度、沉浸感与播出呈现效果，探索先进影像技术应用的更多可能。
8K节目技术审看和质量管理的探索与实践完整内容见《影视制作》4月刊
推荐阅读
| 用心做好每一个细节——《漫长的季节》主创专访 | |
| 第十三届北京国际电影节“注目未来”单元荣誉颁布，七大荣誉花落谁家？ | |
| 档案资料的诗意“重构”应用如何实现？纪录电影《火山挚恋》提供解决之道 | |
| 虚拟制作有了大舞台！国内虚拟拍摄基地及案例汇总 | |
| 第30届大学生电影节正式启动，31部“光影青春”优秀入选影片揭晓 |
我知道你在看哟