2024年4月25日发(作者：抄谷玉)
典
型
体
验
中央电视台
钟 辰
摘 要
科技发展迅猛，广播电视行业已经进入4K时代。在演
高。之所以没有采用基于IP传输的系统架构，主要是因为
播室4K超高清系统中，4K摄像机是非常重要的一环。本
当时的IP系统还是采用10Gbps带宽的压缩传输方式，系
文介绍了池上UHK-430 4K超高清摄像机的发展由来、技
统中自然会涉及到很多压缩、解压缩、编码、解码的环节
术特点、支持的4K色彩基础，还对该机器在节目制作中的
（10Gbps带宽满足不了8K信号48Gbps的传输要求）。其
特色应用进行了阐述。
实早在2004年，池上就已开发了第一代8K摄像机，到现
在已经发展到第三代，机器的技术、重量、品质也早已全
面超越以前。但由于广播电视领域已经不可能从高清直接
关键词
一步跨越到8K时代，因此近年池上开始转而在现有8K技
HDR HLG 非压缩传输 AXII处理器 12G-SDI
术上开发4K超高清摄像机，UHK-430就是代表型号（图1）。
由于它是从8K技术转化而来，因此它的图像处理器、光缆
中央电视台新台址E区的大型演播室已经配备了池上
传输系统都是8K技术，处理和传输4K信号仍有很大富裕。
UHK-430 4K超高清摄像机，该机在大型综艺电视节目制
作中的表现优异。作为4K超高清摄像机技术领域的排头
兵，池上UHK-430凭借其先进的感光器件、优异的信号
处理芯片，配合以ITU R-BT.2020宽色域和HLG伽玛支
持的HDR宽动态，使画面的动态细节层次还原得更加细
腻。除了技术性能外，操作的可靠性和升级改进后的特色
功能也是UHK-430值得称赞的地方，下面从几个方面进
行介绍。
一 UHK-430 4K超高清摄像机的发展
基础
1. 发展
1
在2016年的里约奥运会上，池上和日本NHK联合制
作的世界上第一辆8K转播车就首次实现了奥运会的8K
2. HDR（High Dynamic Range）宽动态
转播。该车配有10台8K池上SHK-810超高清摄像机，
我们经常说4K的HDR拍摄，HDR全称是High
8K/4K/HD兼容矩阵，支持8K制作的切换台、监视器等。
Dynamic Range即高动态范围图像技术，简称宽动态。之
转播车系统的每路8K信号都采用4根12Gbps的铜制同轴
前这项技术应用于摄影方面，在4K超高清时代，宽动态
线缆，用以传输非压缩48Gbps的8K图像信号，稳定性很
是与分辨率同等重要的概念。在自然界中场景亮度的动态
现代电视技术
140
2018.8
典 型 体 验
2
范围是非常广的，正午太阳直射时的中心亮度级别定义为
曲线，也称为OETF（Opto-Electrical Transfer Function 光电
10
9
nit（尼特），而夜空中最微弱的星光亮度级别是10
-6
nit，
转换特性），就是传统电视体系中的摄像机伽玛，宽动态和
场景物动态范围是10
15
:1。人眼通过瞳孔的缩放可以感知最
标准动态的伽玛曲线是不一样的，并且一提到4K超高清摄
弱3×10
-5
到最强2×10
4
尼特的亮度变化，但在瞳孔不变
像机，HDR和HLG总是一并提及，HLG也是针对HDR的
的情况下人眼不可能在一个场景中同时识别最低和最高亮
伽玛曲线（其中EOTF即电光转换特性，监视器中电信号
度，能够识别的最大对比度约为10
5
:1。HDR系统能够再现
转换为显示光亮度的特性，就是传统电视体系中的显像管
10
5
:1对比度就够了，超过这个范围人眼也看不到。
伽玛；OOTF
即光光转换特性，从摄像机到监视器的拍摄
图2中左边是高清摄像机SDR标准动态范围拍摄景物
显示系统总特性，就是系统伽玛）。国际电联2016年7月
后，经转换、传输、显示的效果。可以看出屋内景物很暗，
发布的ITU-R BT.2100文件中建议HDR采用PQ（ST2084）
同时窗外的高亮度景物失去灰度层次和色彩。右边是4K超
和HLG作为播出格式，其中HLG定义了OETF（摄像机
高清摄像机打开HDR宽动态拍摄景物后，转换、传输、显
端），采用与现有高清电视相同的相对亮度体系，最大动态
示的效果。可以看出高亮度景物与暗部的灰度层次都能正
范围1200%，可变伽玛，显示亮度1000尼特时系统伽玛为
确再现。而且在非标准监看状态下，通过4K摄像机拍摄的
1.2，OETF用对数曲线对动态范围压缩节省传输资源。PQ
宽动态信号，即便在普通不支持宽动态的监视器上显示时
（Perceptual Quantization 感知量化）是一种绝对亮度体系，
也能很好地表现出亮度层次来，只是亮度绝对值达不到宽
它定义了EOTF（显像管端），采用绝对亮度体系，最大动
动态监视器所能看到的效果。因此最好是在标准状态下监
态范围10000%，最高亮度10000尼特。
看，也就是摄像机信号是宽动态的，同时监视器也支持宽
图3中的绿色曲线是普通的不加拐点的Rec.709伽玛
动态显示，这样景物还原的亮度绝对值和层次都会最大化
曲线，当视频信号的电平值达到100%时，画面拍摄的亮
且完美地体现出来。HDR宽动态不仅仅是说亮度体系层次
度值也是100%的。蓝色曲线是SDR标准动态范围的加
不一样，它的色域也是不一样的，下面分开说明。
拐点的Rec.709+KNEE伽玛曲线，普通高清摄像机用的就
是这条曲线，可以看到当信号电平达到
100%时，亮度范
3. HLG相对亮度体系
围可以达到600%的极限。红色曲线就是HDR宽动态的
HLG即Hybrid Log Gamma混合对数伽玛曲线。我们
HLG伽玛曲线，可以清楚地看到当视频电平值达到100%
可以把HDR宽动态简单的理解为管理亮度层次的伽玛曲
时，画面对应的亮度值可以达到1200%，也就是说它可以
线，也就是摄像机中被摄景物光亮度转换为电信号的特性
把1200%的亮度变化在100%的视频电平幅度里表现出来，
141
Advanced Television
Engineering
2018/8
Practice Cases
典
型
体
验
4. BT.2020宽色域
标准状态下4K超高清摄像机宽动态拍摄时不仅亮度取
样不一样，它的色域也是不一样的。拍摄时不仅需要设置
HLG伽玛曲线，彩色矩阵的色域也要改为宽色域。2012年
ITU
发布了ITU-R BT.2020的色域标准，也就是常说的宽
色域。它采用了CIE的D光源（D65）为基准白，可再现
63.3%可见光色域，是目前显示设备的最大色域。而高清摄
像机所用的BT.709色域只能再现33.5%的可见光谱。在目
前高清、4K同播的情况下，池上UHK-430 4K摄像机的彩
色矩阵也同时支持BT.2020宽色域和709色域，可以分别
设置也可以联动设置。图4中黄线区域是BT.709色域，黑
色为BT.2020宽色域，后者明显大于前者，但较人眼的色
3
域还有近35%的差距。因此4K宽动态拍摄时图像的亮度
可见HLG伽玛动态范围远远超过高清摄像机使用的709伽
层次和彩色还原都较高清拍摄有巨大的提高。
玛的标准动态范围。
HLG伽玛曲线在应用时有几个突出的优势：首先，由
于HLG是一个相对亮度值的伽玛曲线，因此它对终端显示
设备的亮度要求不高，比如说监视器的亮度值达不到宽动
态要求的尼特值时（技术制造的原因），但HLG伽玛仍然
能在这样的低亮度显示设备中正确表现它的亮度层次，虽
然还原的亮度没有达到视觉的最高亮度，但相对的亮度层
次仍然不会丢失，这就是4K摄像机信号在HLG下即使在
普通监视器上显示图像也比传统高清好的原因。其次，图
3中HLG伽玛在信号幅度在10%时就开始修正曲线，并将
从50%到1200%的亮度区间表现在视频信号幅度从30%
到100%的范围里，因此可以充分表现出画面的整体动态
范围、亮度层次和高光再现。而709伽玛曲线却把80%到
600%的亮度区间全都压缩在视频信号幅度从80%到100%
的范围里，很难表现高亮度的层次，动态范围也小。第三，
在同样的亮度下，HLG的暗部比709的暗部层次要更暗，
好处是减少了暗部噪波的发生，信号信噪比更好，这一点
4
对4K信号的传输编码有着很大的优势。第四、在测试中发
现，应用HLG伽玛的图像信号在传输中反复编解码时造成
二 UHK-430 4K超高清摄像机的技术
的画面噪波以及信息的丢失率都比较低，并且能在有限带
特点
宽中传输更丰富的亮度层次。
基于以上优点，广电行业的日系厂家认为未来的摄像
1. 4K信号拾取、处理、传输
机会把HDR宽动态的伽玛曲线都统一到HLG上来（之前
由于4K图像信号的质量最大程度上依赖位于系统前端
各厂商针对宽动态开发了很多自己的伽玛曲线，比如索尼
摄像机所拾取的光信号质量及本身处理环节的好坏，因此
的Slog，池上的Ilog等）。考虑到目前高清和4K同播的情
摄像机的技术水准要求就非常高。池上UHK-430 4K超高
况，池上UHK-430 4K摄像机同时支持4K宽动态HLG和
清摄像机是从原池上8K摄像机向下开发而来的，有了更高
高清标准动态的709伽玛，拍摄时既可以分别设置也可以
的8K技术做应用和保障，4K品质就更卓越。UHK-430是
联动设置。
一台真正的全4K摄像机，从传感器前的三色分光棱镜开
现代电视技术
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2018.8
典 型 体 验
始就是全4K分辨率的，这一要求很高。如果分光棱镜达生支持BT.2020宽色域，与4K有关的各类伽玛曲线、彩色
不到4K分辨率，即使后面的CMOS传感器支持4K分辨补偿矫正、镜头识别校正、聚焦辅助等以及兼容高清的图
率，那实际拍摄的画面也达不到真4K分辨率。光线经分光像处理功能均在这个芯片中完成。
棱镜分成R:G:B是4:4:4三基色后经过3片2/3英寸全4K
UHK-430的传输同样使用8K摄像机的40Gbps带宽
（3840×2160）分辨率的CMOS传感器进行光电转换，保的传输光缆，由于无压缩的4K（50P）基带信号带宽需要
证了拍摄源头就可以得到更好的分辨率和色彩，是真真正
12Gbps，因此光缆可在机头和CCU之间传输全带宽非压
正的非压缩4K标准（3片传感器相比较单片传感器的好处缩4K图像信号，其中还有28Gbps的带宽富裕，技术拓展
在于R/G/B每路都由一片传感器处理，保证全4K分辨率时空间非常大（非压缩的好处是画面所有亮、色细节都保留，
色度信号也是完整无丢失的；单片传感器由于采用拜耳阵在虚拟扣像时会非常有利，也少了压缩传输带来的延时困
列导致G/R/B颜色比例是50%、25%、25%，造成色度信息扰）。因此UHK-430从拍摄到处理到传输都是真真正正的
缺失，由于每个单色画面还要进行差值运算，画面分辨率非压缩（RGB 4:4:4）4K，它的画质还原是非常令人满意的。
会进一步降低，已经不是真正的4K），图5所示。
2. 机体分离
UHK-430仍然保持了分体式的机身结构设计（图7），
也就是机头的拍摄部分（Sensor Unit）和传输部分（Main
Unit）可以组合在一起也可以是分开的（最远50米，由光
缆连接），在业内这一设计确实少见，但在一些特殊场合应
用却非常有价值。比如说在摇臂或者机器人上使用时，可
以只把摄像机的拍摄部分挂在摇臂或机器人的前端，能够
大幅降低设备操作的负重。另外在外场转播时摄像员可以
手持拍摄部分而将传输部分固定在特种车上，方便移动又
降低工作负重。此外传输部分也可以适配其他种类的机头
和镜头方便灵活使用。
5
光电转换后就是各类
7
信号处理电路了，池上的
核心技术AXII处理器本身
3. CCU控制
就是为第三代的8K摄像
UHK-430控制单元是CCU-430，其信号输出的SDI接
机设计的（图6），现在也
口多达37路，可同时独立输出4K和HD两种信号，4K信
一样向下复制到4K摄像
号输出的扩展选件可在软件控制下设置成独立8路12G-SDI
机的处理中来。AXII原生
非压缩4K基带信号输出，或者4路12G非压缩4K输出
支持4K信号的非压缩处
+4条3G-SDI的一路4K输出，或者8条3G-SDI的两路4K
6
理，内置12轴彩色矩阵原
输出（图8）。
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典
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移动终端控制等都很有优势，但这
些优势在非压缩IP中体现得会更好。
因此在SMPTE ST- 2110发布25Gbps
带宽的IP标准后，通讯厂家支持
25Gbps的部件出来后以及这一标准
的IP收发设备实现小型化和低功耗
稳定后，池上将直接研发25Gbps的
非压缩IP摄像机产品。
4. 寻像器特点
UHK-430机头适配几种型号的
寻像器，不过新特点是寻像器不再
是被动显示机头数据，而是与机头
双向交互信息。因此在操作机头菜
单时不用找机身按键，只需在寻像
器上操作机头菜单即可。更方便的
做法是技术人员可以在OCP上就能
8
直接打开机头菜单设置，不用再跑
到演播室里面去了。
目前4K制作的系统架构主要有单路12G-SDI、4路
3G-SDI和IP以太网这三种模式，行业内各厂家对三种系统
三 UHK-430 4K的实用功能
模式的青睐各有侧重，三种架构也同时存在于4K制作系统
内。12G-SDI线缆虽然有些粗重且不耐折压，但池上认为其
UHK-430摄像机在使用中的一些小功能经常能起到意
仍有几种好处：首先，一条12G-SDI电缆传1路完整非压
想不到的效果。
缩的4K信号不用改变自高、标清以来演播室或转播车系统
的设计使用习惯，用线量也少。第二，非压缩的4K基带信
1. 安全监测电压
号没有延时和编码的困扰，因此信号稳定性和可靠性高（即
CCU-430通过光缆给机头提供220伏的交流动力电，但
便系统中其他制作设备需要压缩解压缩，也能减少反复叠
在复合光缆中还有两根细铜线负责传输27.5伏的安全监测电
加次数），在直播节目中信号路由出现问题时可以更换其他
压，主要对人、机起保护作用。当CCU开机光缆插到机头
备份接口也方便排查，有利于播出安全。第三，目前一条
上时，机头处于红灯显示的待机状态，自检的安全电压已经
12G-SDI电缆已经能支持100米的4K传输距离，未来数月
先行加到机头上，目的是检测机头匹配以及内部是否正常。
也将支持到200米，完全满足演播室系统内的距离要求。
没问题后CCU收到确认信息，之后高压电才会供给机头。在
IP系统架构是未来的发展方向，其也有自己的发展
正常拍摄过程中如果光缆从机头上突然拔掉，安全监测电压
优势。目前IP的10Gbps以太网带宽即便全用上（在专
会要求CCU立即切断高压电，保护人员和设备。在节目录
用SDN
软件定义下）也满足不了1路4K非压缩基带信号
制结束后只需关闭CCU电源即可，不需要再关闭机头开关。
（12Gbps）的传输，因此必须压缩编码。在IP系统中切换台、
监视器等环节前后反复的压缩与解压缩，4K画质损失和延
2. 白平衡（AWB）
时会出现叠加效应。另外IP系统若出现故障点，排查起来
对于UHK-430来说，白平衡的操作也改进了。考虑到
比较困难。因此在目前的压缩IP时代，池上认为在演播室
演播厅里不同位置的摄像机限于机位和镜头的原因，因此
或转播车内部，12G-SDI要明显优于IP架构。
在做白平衡调整时不再需要白色测试卡充满屏幕，每个机
不过IP架构确实是发展趋势，其交换机结构的1路信
位画面中只要有大于10%的白卡面积就可以了。需要注意
号输入多路复用、中央分配、远距离传输以及未来的无线
的是在白色卡后面不能出现比白卡还要亮的光源。
现代电视技术
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3. 增益（GAIN）
平虽然使画面显得不那么灰，但画面原有暗部细节失去层
摄像机的增益大部分时间都放在0档，但是现在4K超
次。打开主杂散光能把灰色画面的亮度层次拉开，恢复暗
高清摄像机的灵敏度越来越高，大型演播厅的专业灯光照
部细节。
度也越来越强，现场感觉很亮，此时光圈的f值会很大（甚
至大于10），物理光圈开得很小，这会影响到画面四周的分
7. 寻像器的聚焦辅助功能
辨率。建议可以把增益放到负值，同时打开光圈，使其工
虽然4K摄像机的分辨率越来越高，但寻像器的尺寸却
作在最佳参数位（以f4为中心），此时画面整体分辨率、景
没有提高，摄像员仅通过观察寻像器画面是否清晰来判断
深、信噪比都会有很好的表现。甚至可以在定景深、定光
画面是否聚焦几乎很困难。聚焦辅助功能可以把画面需要
圈的情况下，通过连续调整增益来实现画面效果。
聚焦的区域定义出来，如果该区域焦点聚实，则这个区域
会变成黑白色（颜色可设定）提示。
4. 黑压缩/扩展
UHK-430支持黑压缩/扩展功能，黑压缩/扩展是只针
8. 4K HDR和2K SDR同步拍摄
对画面暗部区域调节亮度的伽玛曲线，这一功能在某些特
UHK-430支持4K HDR和2K SDR同步拍摄输出，
殊情况下使用。比如需要突出画面中心某个很亮的主题，
4K和2K需要先分别设置为如下标准：4K+HLG伽玛
而主题四周越暗越好，就可以使用黑压缩。或者在虚拟抠
+BT.2020宽色域；2K+0.45伽玛+ BT.709标准色域。然后
像时灯光不匀造成被抠对象背景明暗不均时，都可调整黑
先以4K HDR宽动态监视器为基准，调整光圈值达到满意
扩展来修正暗部亮度来确保抠像质量。
的画面效果后，再在高清SDR监视器上监看，此时画面会
过度曝光，需要把高清的增益降低来削弱画面的整体亮度
5. 边缘柔化（SOFT DTL）
达到满意效果。
主持人在穿着毛衣做虚拟抠像时，抠色后的边缘织物
会出现亮边和闪烁等非正常现象。此时打开SOFT DTL功
四 小结
能，摄像机会自动将过多的轮廓补偿切掉，消除抠像边缘
的不正常现象。
池上UHK-430 4K超高清摄像机在技术层面的性能十分
优异，但技术功能还是为艺术表现而工作。艺术需要技术的
6. 主杂散光
支持，又在技术的基础上表现着思维与情感。如何将技术
尤其在舞台上喷放效果烟雾时，应该优先调整摄像机
与艺术完美地结合起来，让导演和观众的主观感受也同我
的主杂散光（FLARE）而不是底电平。这是因为降低底电
们的赞美一样，这是每一个技术人员应该追求的目标。
（上接第54页）
和个性化策略配置。世界杯期间，阿里云智能审核
服务帮助客户实现平台自有用户产生内容的全量检
查防护，包括上百万条用户评论的实时审核。
阿里云智能审核服务实际使用效果非常理想，
帮助客户节约了90%的人工审核成本，如此大规
模的内容审核业务量只需要1个岗位2名人员，负
责对算法疑似内容进行人工复审，复查发布内容是
否有遗漏审核的风险，并及时更新样本库。实践证
明阿里云智能内容审核服务仅偶尔在变异广告场景
下出现过漏报情况，在涉政、涉黄、涉暴、低俗等
审核范围内做到了100%内容合规。
在时效性上，阿里云内容智能审核能够远优于
人工审核，对图片和文本的审核能够在毫秒级完成，
5
客户世界杯期间内容智能审核架构
正常互动的用户在终端感知不到有审核延时。
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科技发展迅猛，广播电视行业已经进入4K时代。在演
高。之所以没有采用基于IP传输的系统架构，主要是因为
播室4K超高清系统中，4K摄像机是非常重要的一环。本
当时的IP系统还是采用10Gbps带宽的压缩传输方式，系
文介绍了池上UHK-430 4K超高清摄像机的发展由来、技
统中自然会涉及到很多压缩、解压缩、编码、解码的环节
术特点、支持的4K色彩基础，还对该机器在节目制作中的
（10Gbps带宽满足不了8K信号48Gbps的传输要求）。其
特色应用进行了阐述。
实早在2004年，池上就已开发了第一代8K摄像机，到现
在已经发展到第三代，机器的技术、重量、品质也早已全
面超越以前。但由于广播电视领域已经不可能从高清直接
关键词
一步跨越到8K时代，因此近年池上开始转而在现有8K技
HDR HLG 非压缩传输 AXII处理器 12G-SDI
术上开发4K超高清摄像机，UHK-430就是代表型号（图1）。
由于它是从8K技术转化而来，因此它的图像处理器、光缆
中央电视台新台址E区的大型演播室已经配备了池上
传输系统都是8K技术，处理和传输4K信号仍有很大富裕。
UHK-430 4K超高清摄像机，该机在大型综艺电视节目制
作中的表现优异。作为4K超高清摄像机技术领域的排头
兵，池上UHK-430凭借其先进的感光器件、优异的信号
处理芯片，配合以ITU R-BT.2020宽色域和HLG伽玛支
持的HDR宽动态，使画面的动态细节层次还原得更加细
腻。除了技术性能外，操作的可靠性和升级改进后的特色
功能也是UHK-430值得称赞的地方，下面从几个方面进
行介绍。
一 UHK-430 4K超高清摄像机的发展
基础
1. 发展
1
在2016年的里约奥运会上，池上和日本NHK联合制
作的世界上第一辆8K转播车就首次实现了奥运会的8K
2. HDR（High Dynamic Range）宽动态
转播。该车配有10台8K池上SHK-810超高清摄像机，
我们经常说4K的HDR拍摄，HDR全称是High
8K/4K/HD兼容矩阵，支持8K制作的切换台、监视器等。
Dynamic Range即高动态范围图像技术，简称宽动态。之
转播车系统的每路8K信号都采用4根12Gbps的铜制同轴
前这项技术应用于摄影方面，在4K超高清时代，宽动态
线缆，用以传输非压缩48Gbps的8K图像信号，稳定性很
是与分辨率同等重要的概念。在自然界中场景亮度的动态
现代电视技术
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典 型 体 验
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范围是非常广的，正午太阳直射时的中心亮度级别定义为
曲线，也称为OETF（Opto-Electrical Transfer Function 光电
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nit（尼特），而夜空中最微弱的星光亮度级别是10
-6
nit，
转换特性），就是传统电视体系中的摄像机伽玛，宽动态和
场景物动态范围是10
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:1。人眼通过瞳孔的缩放可以感知最
标准动态的伽玛曲线是不一样的，并且一提到4K超高清摄
弱3×10
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尼特的亮度变化，但在瞳孔不变
像机，HDR和HLG总是一并提及，HLG也是针对HDR的
的情况下人眼不可能在一个场景中同时识别最低和最高亮
伽玛曲线（其中EOTF即电光转换特性，监视器中电信号
度，能够识别的最大对比度约为10
5
:1。HDR系统能够再现
转换为显示光亮度的特性，就是传统电视体系中的显像管
10
5
:1对比度就够了，超过这个范围人眼也看不到。
伽玛；OOTF
即光光转换特性，从摄像机到监视器的拍摄
图2中左边是高清摄像机SDR标准动态范围拍摄景物
显示系统总特性，就是系统伽玛）。国际电联2016年7月
后，经转换、传输、显示的效果。可以看出屋内景物很暗，
发布的ITU-R BT.2100文件中建议HDR采用PQ（ST2084）
同时窗外的高亮度景物失去灰度层次和色彩。右边是4K超
和HLG作为播出格式，其中HLG定义了OETF（摄像机
高清摄像机打开HDR宽动态拍摄景物后，转换、传输、显
端），采用与现有高清电视相同的相对亮度体系，最大动态
示的效果。可以看出高亮度景物与暗部的灰度层次都能正
范围1200%，可变伽玛，显示亮度1000尼特时系统伽玛为
确再现。而且在非标准监看状态下，通过4K摄像机拍摄的
1.2，OETF用对数曲线对动态范围压缩节省传输资源。PQ
宽动态信号，即便在普通不支持宽动态的监视器上显示时
（Perceptual Quantization 感知量化）是一种绝对亮度体系，
也能很好地表现出亮度层次来，只是亮度绝对值达不到宽
它定义了EOTF（显像管端），采用绝对亮度体系，最大动
动态监视器所能看到的效果。因此最好是在标准状态下监
态范围10000%，最高亮度10000尼特。
看，也就是摄像机信号是宽动态的，同时监视器也支持宽
图3中的绿色曲线是普通的不加拐点的Rec.709伽玛
动态显示，这样景物还原的亮度绝对值和层次都会最大化
曲线，当视频信号的电平值达到100%时，画面拍摄的亮
且完美地体现出来。HDR宽动态不仅仅是说亮度体系层次
度值也是100%的。蓝色曲线是SDR标准动态范围的加
不一样，它的色域也是不一样的，下面分开说明。
拐点的Rec.709+KNEE伽玛曲线，普通高清摄像机用的就
是这条曲线，可以看到当信号电平达到
100%时，亮度范
3. HLG相对亮度体系
围可以达到600%的极限。红色曲线就是HDR宽动态的
HLG即Hybrid Log Gamma混合对数伽玛曲线。我们
HLG伽玛曲线，可以清楚地看到当视频电平值达到100%
可以把HDR宽动态简单的理解为管理亮度层次的伽玛曲
时，画面对应的亮度值可以达到1200%，也就是说它可以
线，也就是摄像机中被摄景物光亮度转换为电信号的特性
把1200%的亮度变化在100%的视频电平幅度里表现出来，
141
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4. BT.2020宽色域
标准状态下4K超高清摄像机宽动态拍摄时不仅亮度取
样不一样，它的色域也是不一样的。拍摄时不仅需要设置
HLG伽玛曲线，彩色矩阵的色域也要改为宽色域。2012年
ITU
发布了ITU-R BT.2020的色域标准，也就是常说的宽
色域。它采用了CIE的D光源（D65）为基准白，可再现
63.3%可见光色域，是目前显示设备的最大色域。而高清摄
像机所用的BT.709色域只能再现33.5%的可见光谱。在目
前高清、4K同播的情况下，池上UHK-430 4K摄像机的彩
色矩阵也同时支持BT.2020宽色域和709色域，可以分别
设置也可以联动设置。图4中黄线区域是BT.709色域，黑
色为BT.2020宽色域，后者明显大于前者，但较人眼的色
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域还有近35%的差距。因此4K宽动态拍摄时图像的亮度
可见HLG伽玛动态范围远远超过高清摄像机使用的709伽
层次和彩色还原都较高清拍摄有巨大的提高。
玛的标准动态范围。
HLG伽玛曲线在应用时有几个突出的优势：首先，由
于HLG是一个相对亮度值的伽玛曲线，因此它对终端显示
设备的亮度要求不高，比如说监视器的亮度值达不到宽动
态要求的尼特值时（技术制造的原因），但HLG伽玛仍然
能在这样的低亮度显示设备中正确表现它的亮度层次，虽
然还原的亮度没有达到视觉的最高亮度，但相对的亮度层
次仍然不会丢失，这就是4K摄像机信号在HLG下即使在
普通监视器上显示图像也比传统高清好的原因。其次，图
3中HLG伽玛在信号幅度在10%时就开始修正曲线，并将
从50%到1200%的亮度区间表现在视频信号幅度从30%
到100%的范围里，因此可以充分表现出画面的整体动态
范围、亮度层次和高光再现。而709伽玛曲线却把80%到
600%的亮度区间全都压缩在视频信号幅度从80%到100%
的范围里，很难表现高亮度的层次，动态范围也小。第三，
在同样的亮度下，HLG的暗部比709的暗部层次要更暗，
好处是减少了暗部噪波的发生，信号信噪比更好，这一点
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对4K信号的传输编码有着很大的优势。第四、在测试中发
现，应用HLG伽玛的图像信号在传输中反复编解码时造成
二 UHK-430 4K超高清摄像机的技术
的画面噪波以及信息的丢失率都比较低，并且能在有限带
特点
宽中传输更丰富的亮度层次。
基于以上优点，广电行业的日系厂家认为未来的摄像
1. 4K信号拾取、处理、传输
机会把HDR宽动态的伽玛曲线都统一到HLG上来（之前
由于4K图像信号的质量最大程度上依赖位于系统前端
各厂商针对宽动态开发了很多自己的伽玛曲线，比如索尼
摄像机所拾取的光信号质量及本身处理环节的好坏，因此
的Slog，池上的Ilog等）。考虑到目前高清和4K同播的情
摄像机的技术水准要求就非常高。池上UHK-430 4K超高
况，池上UHK-430 4K摄像机同时支持4K宽动态HLG和
清摄像机是从原池上8K摄像机向下开发而来的，有了更高
高清标准动态的709伽玛，拍摄时既可以分别设置也可以
的8K技术做应用和保障，4K品质就更卓越。UHK-430是
联动设置。
一台真正的全4K摄像机，从传感器前的三色分光棱镜开
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典 型 体 验
始就是全4K分辨率的，这一要求很高。如果分光棱镜达生支持BT.2020宽色域，与4K有关的各类伽玛曲线、彩色
不到4K分辨率，即使后面的CMOS传感器支持4K分辨补偿矫正、镜头识别校正、聚焦辅助等以及兼容高清的图
率，那实际拍摄的画面也达不到真4K分辨率。光线经分光像处理功能均在这个芯片中完成。
棱镜分成R:G:B是4:4:4三基色后经过3片2/3英寸全4K
UHK-430的传输同样使用8K摄像机的40Gbps带宽
（3840×2160）分辨率的CMOS传感器进行光电转换，保的传输光缆，由于无压缩的4K（50P）基带信号带宽需要
证了拍摄源头就可以得到更好的分辨率和色彩，是真真正
12Gbps，因此光缆可在机头和CCU之间传输全带宽非压
正的非压缩4K标准（3片传感器相比较单片传感器的好处缩4K图像信号，其中还有28Gbps的带宽富裕，技术拓展
在于R/G/B每路都由一片传感器处理，保证全4K分辨率时空间非常大（非压缩的好处是画面所有亮、色细节都保留，
色度信号也是完整无丢失的；单片传感器由于采用拜耳阵在虚拟扣像时会非常有利，也少了压缩传输带来的延时困
列导致G/R/B颜色比例是50%、25%、25%，造成色度信息扰）。因此UHK-430从拍摄到处理到传输都是真真正正的
缺失，由于每个单色画面还要进行差值运算，画面分辨率非压缩（RGB 4:4:4）4K，它的画质还原是非常令人满意的。
会进一步降低，已经不是真正的4K），图5所示。
2. 机体分离
UHK-430仍然保持了分体式的机身结构设计（图7），
也就是机头的拍摄部分（Sensor Unit）和传输部分（Main
Unit）可以组合在一起也可以是分开的（最远50米，由光
缆连接），在业内这一设计确实少见，但在一些特殊场合应
用却非常有价值。比如说在摇臂或者机器人上使用时，可
以只把摄像机的拍摄部分挂在摇臂或机器人的前端，能够
大幅降低设备操作的负重。另外在外场转播时摄像员可以
手持拍摄部分而将传输部分固定在特种车上，方便移动又
降低工作负重。此外传输部分也可以适配其他种类的机头
和镜头方便灵活使用。
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光电转换后就是各类
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信号处理电路了，池上的
核心技术AXII处理器本身
3. CCU控制
就是为第三代的8K摄像
UHK-430控制单元是CCU-430，其信号输出的SDI接
机设计的（图6），现在也
口多达37路，可同时独立输出4K和HD两种信号，4K信
一样向下复制到4K摄像
号输出的扩展选件可在软件控制下设置成独立8路12G-SDI
机的处理中来。AXII原生
非压缩4K基带信号输出，或者4路12G非压缩4K输出
支持4K信号的非压缩处
+4条3G-SDI的一路4K输出，或者8条3G-SDI的两路4K
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理，内置12轴彩色矩阵原
输出（图8）。
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典
型
体
验
移动终端控制等都很有优势，但这
些优势在非压缩IP中体现得会更好。
因此在SMPTE ST- 2110发布25Gbps
带宽的IP标准后，通讯厂家支持
25Gbps的部件出来后以及这一标准
的IP收发设备实现小型化和低功耗
稳定后，池上将直接研发25Gbps的
非压缩IP摄像机产品。
4. 寻像器特点
UHK-430机头适配几种型号的
寻像器，不过新特点是寻像器不再
是被动显示机头数据，而是与机头
双向交互信息。因此在操作机头菜
单时不用找机身按键，只需在寻像
器上操作机头菜单即可。更方便的
做法是技术人员可以在OCP上就能
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直接打开机头菜单设置，不用再跑
到演播室里面去了。
目前4K制作的系统架构主要有单路12G-SDI、4路
3G-SDI和IP以太网这三种模式，行业内各厂家对三种系统
三 UHK-430 4K的实用功能
模式的青睐各有侧重，三种架构也同时存在于4K制作系统
内。12G-SDI线缆虽然有些粗重且不耐折压，但池上认为其
UHK-430摄像机在使用中的一些小功能经常能起到意
仍有几种好处：首先，一条12G-SDI电缆传1路完整非压
想不到的效果。
缩的4K信号不用改变自高、标清以来演播室或转播车系统
的设计使用习惯，用线量也少。第二，非压缩的4K基带信
1. 安全监测电压
号没有延时和编码的困扰，因此信号稳定性和可靠性高（即
CCU-430通过光缆给机头提供220伏的交流动力电，但
便系统中其他制作设备需要压缩解压缩，也能减少反复叠
在复合光缆中还有两根细铜线负责传输27.5伏的安全监测电
加次数），在直播节目中信号路由出现问题时可以更换其他
压，主要对人、机起保护作用。当CCU开机光缆插到机头
备份接口也方便排查，有利于播出安全。第三，目前一条
上时，机头处于红灯显示的待机状态，自检的安全电压已经
12G-SDI电缆已经能支持100米的4K传输距离，未来数月
先行加到机头上，目的是检测机头匹配以及内部是否正常。
也将支持到200米，完全满足演播室系统内的距离要求。
没问题后CCU收到确认信息，之后高压电才会供给机头。在
IP系统架构是未来的发展方向，其也有自己的发展
正常拍摄过程中如果光缆从机头上突然拔掉，安全监测电压
优势。目前IP的10Gbps以太网带宽即便全用上（在专
会要求CCU立即切断高压电，保护人员和设备。在节目录
用SDN
软件定义下）也满足不了1路4K非压缩基带信号
制结束后只需关闭CCU电源即可，不需要再关闭机头开关。
（12Gbps）的传输，因此必须压缩编码。在IP系统中切换台、
监视器等环节前后反复的压缩与解压缩，4K画质损失和延
2. 白平衡（AWB）
时会出现叠加效应。另外IP系统若出现故障点，排查起来
对于UHK-430来说，白平衡的操作也改进了。考虑到
比较困难。因此在目前的压缩IP时代，池上认为在演播室
演播厅里不同位置的摄像机限于机位和镜头的原因，因此
或转播车内部，12G-SDI要明显优于IP架构。
在做白平衡调整时不再需要白色测试卡充满屏幕，每个机
不过IP架构确实是发展趋势，其交换机结构的1路信
位画面中只要有大于10%的白卡面积就可以了。需要注意
号输入多路复用、中央分配、远距离传输以及未来的无线
的是在白色卡后面不能出现比白卡还要亮的光源。
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3. 增益（GAIN）
平虽然使画面显得不那么灰，但画面原有暗部细节失去层
摄像机的增益大部分时间都放在0档，但是现在4K超
次。打开主杂散光能把灰色画面的亮度层次拉开，恢复暗
高清摄像机的灵敏度越来越高，大型演播厅的专业灯光照
部细节。
度也越来越强，现场感觉很亮，此时光圈的f值会很大（甚
至大于10），物理光圈开得很小，这会影响到画面四周的分
7. 寻像器的聚焦辅助功能
辨率。建议可以把增益放到负值，同时打开光圈，使其工
虽然4K摄像机的分辨率越来越高，但寻像器的尺寸却
作在最佳参数位（以f4为中心），此时画面整体分辨率、景
没有提高，摄像员仅通过观察寻像器画面是否清晰来判断
深、信噪比都会有很好的表现。甚至可以在定景深、定光
画面是否聚焦几乎很困难。聚焦辅助功能可以把画面需要
圈的情况下，通过连续调整增益来实现画面效果。
聚焦的区域定义出来，如果该区域焦点聚实，则这个区域
会变成黑白色（颜色可设定）提示。
4. 黑压缩/扩展
UHK-430支持黑压缩/扩展功能，黑压缩/扩展是只针
8. 4K HDR和2K SDR同步拍摄
对画面暗部区域调节亮度的伽玛曲线，这一功能在某些特
UHK-430支持4K HDR和2K SDR同步拍摄输出，
殊情况下使用。比如需要突出画面中心某个很亮的主题，
4K和2K需要先分别设置为如下标准：4K+HLG伽玛
而主题四周越暗越好，就可以使用黑压缩。或者在虚拟抠
+BT.2020宽色域；2K+0.45伽玛+ BT.709标准色域。然后
像时灯光不匀造成被抠对象背景明暗不均时，都可调整黑
先以4K HDR宽动态监视器为基准，调整光圈值达到满意
扩展来修正暗部亮度来确保抠像质量。
的画面效果后，再在高清SDR监视器上监看，此时画面会
过度曝光，需要把高清的增益降低来削弱画面的整体亮度
5. 边缘柔化（SOFT DTL）
达到满意效果。
主持人在穿着毛衣做虚拟抠像时，抠色后的边缘织物
会出现亮边和闪烁等非正常现象。此时打开SOFT DTL功
四 小结
能，摄像机会自动将过多的轮廓补偿切掉，消除抠像边缘
的不正常现象。
池上UHK-430 4K超高清摄像机在技术层面的性能十分
优异，但技术功能还是为艺术表现而工作。艺术需要技术的
6. 主杂散光
支持，又在技术的基础上表现着思维与情感。如何将技术
尤其在舞台上喷放效果烟雾时，应该优先调整摄像机
与艺术完美地结合起来，让导演和观众的主观感受也同我
的主杂散光（FLARE）而不是底电平。这是因为降低底电
们的赞美一样，这是每一个技术人员应该追求的目标。
（上接第54页）
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正常互动的用户在终端感知不到有审核延时。
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