超高清舞劇電影《天路》“4K+5G”影院直播技術(shù)分析

孫洋

[摘要]分析國家大劇院舞劇電影《天路》的4K超高清直播制作、影院直播的嘗試和調(diào)整、5G傳輸?shù)穆酚?，以及利?K技術(shù)的探索。

[關(guān)鍵詞]舞劇《天路》;舞臺+銀屏;超高清;4K電影;8K電影;5G;同步直播

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.07.012

當今時代科技迅猛發(fā)展，舞臺藝術(shù)需要借力新技術(shù)擴大傳播，新科技需要與各種應(yīng)用嫁接出新的需求。國家大劇院在這方面不斷探索，以舞劇電影《天路》為例，采用4K超高清技術(shù)拍攝，并通過5G技術(shù)在首都電影院及網(wǎng)絡(luò)同步直播，借助最新科技手段推廣傳播高品質(zhì)舞臺藝術(shù)精品，努力探索舞臺藝術(shù)產(chǎn)業(yè)化運營新模式。筆者將重點分析舞劇電影《天路》的4K超高清直播制作、影院直播的嘗試和調(diào)整、5G傳輸?shù)穆酚桑约袄?K技術(shù)的探索，較為詳細地分析各環(huán)節(jié)的實現(xiàn)過程及技術(shù)要點。

1國家大劇院舞臺藝術(shù)電影的發(fā)展

作為國家最高表演藝術(shù)中心，也是國內(nèi)首家制作歌劇電影的藝術(shù)機構(gòu)，國家大劇院通過“舞臺+銀屏”的方式，借助科技的“翅膀”讓藝術(shù)影片傳播到千家萬戶，讓百姓在家門口就能觀看到國家大劇院舞臺上的世界藝術(shù)經(jīng)典。國家大劇院也在不斷借助最新科技手段，探索舞臺藝術(shù)產(chǎn)業(yè)化運營的新模式。

2013年5月，由著名男高音大師多明戈主演的國家大劇院首部高清歌劇電影《納布科》完成拍攝制作，標志著國家大劇院拉開了“歌劇電影”制作的序幕。受當時技術(shù)條件限制，采用高清格式制作，1920×1080的分辨率，50幀的隔行掃描。對于寬大的電影銀幕來說，無論是清晰度還是畫面的流暢度都稍顯不足。2015年，國家大劇院在歌劇電影《阿依達》的拍攝制作中，率先采用4K的超高清晰度攝影機，畫面分辨率是高清（HD）的4倍，并且具備HDR（高動態(tài)范圍）、WCG（寬色域）、HFR（高幀率）。2018年歌劇電影《這里的黎明靜悄悄》的拍攝制作，與SMG合作，進一步嘗試在制作4K歌劇電影版的同時，聯(lián)合制作了8K版歌劇電影。

國家大劇院至今已陸續(xù)拍攝并推出28部舞臺藝術(shù)影片，通過舉辦歌劇電影展映、歌劇電影進校園等方式，放映超過1400場，覆蓋國內(nèi)19個省市，有力促進了高雅藝術(shù)的推廣普及，以高科技引領(lǐng)藝術(shù)傳播創(chuàng)新實踐。

國家大劇院不滿足于4K歌劇電影的制作，還積極探索舞臺藝術(shù)電影直播之路，而不僅僅是在表演錄制完成后在院線上映播出。國家大劇院希望通過直播方式拉近觀眾與舞臺的距離，讓不在北京、不能親臨現(xiàn)場的觀眾也可以同步觀看到大劇院的舞臺藝術(shù)精品。歌劇或舞劇電影在影院直播成功的案例，在歐美劇院都有所驗證。英國皇家歌劇院影院直播項目啟動于2009年，從2009-2010直播季覆蓋3個國家、44家影院，如今已覆蓋48個國家、超過2000家影院，僅英國本土的簽約影院數(shù)就達到令人驚訝的440家;就院線觀影人數(shù)來看，2009年全球觀影人數(shù)為6萬人次，2014年共計超過了73萬人次;2015-2016直播季項目數(shù)量更是達到14個，歌劇、芭蕾各有6部在影院直播，另有2部在戶外大屏做公益直播。美國大都會歌劇院自2006年“高清直播”系列運作至今已有13年，期間，大都會歌劇院不僅大幅拓展了新觀眾，更從中獲得了巨大經(jīng)濟收益;每年約有10部作品會在“高清直播”季中進行現(xiàn)場轉(zhuǎn)播;“高清直播”系列已經(jīng)橫跨五大洲超過70個國家，共計約2200家影院進行直播，共售出2400萬張演出票“。

國家大劇院嘗試舞劇電影《天路》超高清“4K+5G”影院直播，是高雅藝術(shù)與高新技術(shù)的高度融合。通過高清晰度轉(zhuǎn)播的視聽方式，讓百姓對高雅藝術(shù)觸手可及，也是吸引更多觀眾關(guān)注舞臺藝術(shù)非常有效的舉措。

2中國首部4K超高清舞劇電影《天路》

為紀念改革開放40周年暨青藏鐵路建成通車12周年，2018年“七一”期間，國家大劇院推出歷時三年傾力打造的原創(chuàng)民族舞劇《天路》（見圖1），自首演以來收獲業(yè)內(nèi)和觀眾的一致好評。該劇是以改革開放重點工程“青藏鐵路”為創(chuàng)作背景的現(xiàn)實題材，圍繞漢藏民族團結(jié)、軍民魚水情深的主題，講述了三代人“不忘初心”堅守筑路的動人故事，還原了雪域高原上鐵道兵執(zhí)著堅守的筑路歲月，展現(xiàn)了青藏鐵路建設(shè)過程中的民族情、戰(zhàn)友情、姐弟情、母子情。該劇代表北京市參加第十二屆中國藝術(shù)節(jié)，榮摘第十六屆“文華大獎”。

為獻禮新中國成立70周年，國家大劇院邀請北京電影學院等多家機構(gòu)參與，采用4K拍攝技術(shù)，將舞劇拍攝成電影。此次舞劇電影聚焦演員們的形體語言和動作神態(tài)，將三代人修路的故事通過鏡頭語言展現(xiàn)。燈光著重戲劇性的表達，樸素、厚重，光色運用含蓄內(nèi)斂，通過燈光的明暗變化處理，塑造舞臺空間關(guān)系。舞美設(shè)計采用樸素的寫實主義風格，比如設(shè)置的貫通整個樂池1：1的鐵道模型，包括每個道釘、每根枕木的尺寸，以及每盞酥油燈的明暗閃爍都還原了現(xiàn)實生活的場景（見圖2）?；瘖y方面，完全按照真實圖片設(shè)計，通過曬傷、高原紅、唇裂等特效妝容體現(xiàn)了惡劣環(huán)境的艱苦狀態(tài)。動人的肢體表演、烘托氣氛的燈光效果和精致真實的舞美、服裝、化妝效果，使得舞劇電影在4K超高清影像的條件下，展現(xiàn)出劇中人物更加立體、飽滿、特有年代屬性顆粒般的質(zhì)感，使觀眾感到真實、可信。

由于舞劇《天路》整體照度較低，且光比反差很大，對攝像機的動態(tài)范圍和低照度噪點控制能力要求非常高;又由于背景采用投影投射動態(tài)畫面替代了一些靜態(tài)實景作為舞美效果，這也導致了整體的照度不能壓住投影亮度，對于對基礎(chǔ)照度有要求的攝像機來說，亮度就更顯不足。同時，主體的相對高亮照明和陰暗的背景環(huán)境，形成的高反差，比一般綜藝現(xiàn)場的對比度要高很多，這也導致過去SDR模式下的高清攝像機很難同時兼顧這么大的動態(tài)范圍和捕捉能力，這也需要將HDR技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)在的舞臺藝術(shù)電影的制作中。

3舞劇電影的直播制作

舞劇電影《天路》在國家大劇院戲劇院演出，采用4K+5G超高清向首都電影院（擁有4K LED電影銀幕）直播，并同步在咪咕視頻、咪咕音樂、移動魔百等手機、電視大屏客戶端進行4K超高清直播。國家大劇院端制作系統(tǒng)如圖3所示，視頻部分全部采用4KHDR制作流程（見圖4），音頻則按照5.1環(huán)繞聲標準制作（見圖5），最終合成加嵌后再編碼輸出。為了保證直播安全，提前做了詳盡的準備及測試工作，包括：拍攝測試、編解碼測試、傳輸通道測試等多個環(huán)節(jié)。其中，從國家大劇院到首都電影院直播的主通道，上下行都選擇了5G方式，通過每個環(huán)節(jié)獨立測通再到整個通路打通，所有環(huán)節(jié)都進行了反復(fù)試驗，以盡量保證最終做到萬無一失。

視頻部分，演出現(xiàn)場共架設(shè)了7套索尼4K UHD演播室攝像機HDC-4300配佳能4K UHD鏡頭，以輸出4KHDR信號源。7路4K信號通過SMPTE光纜從演出現(xiàn)場送到戲劇場外的4K轉(zhuǎn)播車上的4K攝像機基站HDCU-4300，每一路4K信號經(jīng)過視頻工程師處理后以IP流方式送到索尼4K切換臺XVS-7000。導播通過觀看監(jiān)視墻的畫面對攝像師的拍攝鏡頭進行調(diào)度，制作出高質(zhì)量的舞劇現(xiàn)場節(jié)目。

音頻部分，由于原有舞劇伴奏音樂為立體聲，考慮到影院為環(huán)繞聲播放條件，所以，在北京電影學院的制作棚內(nèi)，首先將原有的立體聲舞劇音樂制作成環(huán)繞聲分軌信號，并保證與原立體聲音源時長相同。在演出現(xiàn)場，將劇院內(nèi)擴聲使用的音頻工作站與播放電影環(huán)繞聲音頻工作站設(shè)置為同步播放，這樣就保證了轉(zhuǎn)播車收到的環(huán)繞聲音頻信號與劇場內(nèi)演出擴聲使用的音頻信號完全同步?，F(xiàn)場還架設(shè)了5支傳聲器來拾取舞蹈演員表演的同期聲，包括演員現(xiàn)場的吶喊聲和道具砸地板的聲音;另有2支吊裝的觀效傳聲器用來拾取觀眾的掌聲等。在劇場擴聲控制室同步播放的電影環(huán)繞聲、現(xiàn)場傳聲器拾取的同期聲通過轉(zhuǎn)播車進行合成后，混合出5.1環(huán)繞聲，多軌音頻信號輸出直接加嵌到視頻信號中，經(jīng)過編碼送往首都電影院。同步也會混合出一版立體聲，加嵌到視頻信號中，經(jīng)過編碼送往中國移動咪咕移動端。

4影院直播的嘗試和調(diào)整

首都電影院直播端的呈現(xiàn)是Onyx 9號廳內(nèi)寬達14m的Onyx LED電影屏（見圖6），擁有41只揚聲器的DTS：X臨境音的沉浸式還音技術(shù)配合超清超亮的顯示效果，可欣賞到更多普通銀幕影片無法表現(xiàn)出的細節(jié)，在充分領(lǐng)略電影魅力的同時，體驗電影工業(yè)的最強感受。三星Onyx LED電影屏融入了高動態(tài)范圍（HDR）技術(shù)，解決了圖像均勻性差和畫面失真等問題，能夠在峰值亮度下呈現(xiàn)完美的色彩準確度（DCI-P3色域），高度還原真實環(huán)境的色彩、深邃的黑暗、潔凈的純白，鮮明的對比度等，可突出相應(yīng)的質(zhì)感;而4K超清畫質(zhì)則讓人物表情呈現(xiàn)得更清晰明朗，讓觀影者感受到每一點細微的變化;DTS：X臨境音技術(shù)的采用，讓觀眾得到沉浸式的聲音享受。

直播前，對影院端各種技術(shù)條件進行了全面的測試，播放服務(wù)器可以播放HD、UHD等多種格式，幀率也可以支持到50f/s，但必須是經(jīng)過打包（DCP）后的放映文件格式，對于外來4K超高清直播信號的輸入端尚不支持，在設(shè)備廠家的大力支持下，才解決了直播信號播放的困擾。

影院直播，演出現(xiàn)場4K信號通過50Mbit/s碼率傳輸?shù)接霸?，采?840×2160的4K UHD分辨率、50f/s幀率播放。由于Onyx LED支持HDR技術(shù)以及DCI-P3色域，且經(jīng)過實際測試，能夠較好還原HLG標準的HDR效果。為了保證展現(xiàn)直播畫面更好的動態(tài)范圍并保證畫面色彩的一致性，經(jīng)過各種模式選擇比較后，最終確定采用HLG+BT.709色域的輸出方式。為使觀影效果達到理想狀態(tài)，特別將亮度調(diào)整為300nit，這一亮度超過以往電影放映數(shù)倍，也是為了更好呈現(xiàn)出高亮度和高反差的視覺體驗;同時過程中還發(fā)現(xiàn)，14m大屏幕的呈現(xiàn)效果，主觀感受畫面銳度過高，因此對轉(zhuǎn)播車輸出的畫面銳度進行了調(diào)整，使得觀影達到舒適的效果。經(jīng)過前期準備及現(xiàn)場調(diào)試，畫質(zhì)細膩清晰流暢，層次豐富，高度還原了現(xiàn)場表演的精彩細節(jié)和清晰的全景，觀眾獲得了身臨現(xiàn)場般的至高體驗。

網(wǎng)絡(luò)直播端，咪咕客戶端考慮了絕大多數(shù)用戶的實際情況，選擇采用4KSDR規(guī)格播出。

55G傳輸路由

5G網(wǎng)絡(luò)支撐超高清影像傳輸?shù)膬?yōu)勢明顯，特別是高帶寬（Gbit/s）、低時延（1ms）等特點，使得4K UHD信號不僅保持在50f/s的幀率，而且每一幀畫面之間的間隔短至0.02s，讓直播觀看更加流暢。

因此，此次直播的路由選擇使用5G網(wǎng)絡(luò)無線傳輸（從國家大劇院傳送至首都電影院主傳輸通道的上下行兩端），并采用了主備雙通道，兩路傳輸均通過基于H.265壓縮編碼技術(shù)的4K超高清編/解碼器，采用50Mbit/s碼率輸出4K UHD、50f/s標準的信號，如圖7所示。

關(guān)于50Mbit/s碼率的選擇，由于5G網(wǎng)絡(luò)上行帶寬遠小于下行帶寬，實測5G CPE（Customer Premise Equipment，5G接入終端設(shè)備）上行速率約為80Mbit/s。為了保證在大銀幕端的流暢呈現(xiàn)，還需要考慮中間各環(huán)節(jié)設(shè)備，如編解碼器、5G CPE等在長時間、高碼率下工作的穩(wěn)定性，編碼和傳輸碼率從80Mbit/s、50Mbit/s、30Mbit/s做了多種測試，通過主觀評判不同碼率下影院端呈現(xiàn)效果，最終還是選擇了相對穩(wěn)定又兼顧畫質(zhì)的50Mbit/s碼率來完成此次4K直播。

5G傳輸方面，本次采用NSA架構(gòu)，基于4.9G頻段（2.6G頻段也參與了測試），5G CPE鏈接到國家大劇院內(nèi)的5G基站（見圖8），通過光纖傳送到位于中國移動5G核心網(wǎng)機房（位于北京西城區(qū)馬連道），再通過光纖專線送到首都電影院端的5G基站，基站與位于首都電影院4K放映廳內(nèi)的5G CPE無線連接，再通過解碼器解出4K基帶信號在銀幕上呈現(xiàn)。

確定了傳輸碼率和傳輸路由后，必須經(jīng)過多次信號傳輸測試，以及全要素的長時間的壓力測試。測試過程中發(fā)現(xiàn)，使用不同品牌的5G CPE會使畫面的色調(diào)色溫有輕微變化，但不影響清晰度。經(jīng)過測試比較，選擇了畫面效果貼近原始畫面的設(shè)備。另外，在網(wǎng)絡(luò)測試帶寬沒有問題的情況下，還是會偶爾出現(xiàn)畫面卡頓和丟包的問題，通過測試和分析，初步總結(jié)經(jīng)驗為：（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一定要注意開機順序，上一級設(shè)備啟動穩(wěn)定后再開啟下一級設(shè)備，以便設(shè)備間搜尋IP地址;（2）上行和下行的CPE最好選用相同品牌，不同品牌設(shè)備傳輸過程中，誤碼出現(xiàn)的概率會高于使用相同品牌設(shè)備。

68K超高潔的探索

8K超高清晰度影像不僅帶來流暢細膩的畫面，8K影像分辨率相當于4K超高清分辨率的4倍、HD高清畫面分辨率的16倍。同時，與4K和高清相比，8K影像觀看視野提升了2～3倍，極為接近人眼觀察世界時的真實視野，仿佛身臨其境。

舞劇電影《天路》直播項目策劃伊始，希望采用6臺8K攝像機拍攝（見圖9），同期進行直播切換，再將經(jīng)過直播導演切換過的8K信號，編碼后通過5G傳輸通道傳送到顯示端，通過大尺寸8K顯示設(shè)備進行播放，完全達到8K技術(shù)直播的環(huán)境。但現(xiàn)有條件下，拍攝、傳輸、顯示三個環(huán)節(jié)，8K還都處于技術(shù)探索和試驗階段。在拍攝環(huán)節(jié)，國內(nèi)僅有一套參照日本NHK電視臺直播標準設(shè)計和集成的8K視頻轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，目前設(shè)備尚在陸續(xù)到貨階段;其他8K攝影機雖然可以滿足單機拍攝的功能，但無法承擔大型節(jié)目的直播制作。在傳輸環(huán)節(jié)，目前使用HEVC/H.265壓縮編碼來傳輸8K視頻，碼率近200Mbit/s，而傳輸5G信號的CPE上行速率僅為80Mbit/s，如果使用多鏈路捆綁（多CPE或多5G模塊）可增加上行帶寬，但會帶來相互干擾等問題，所以，目前使用5G技術(shù)傳輸8K視頻存在困難。在電影的顯示端，由于8K像素達到7680×4320（約每幀3300萬像素），還要滿足超高清視頻的HDR、WCG等技術(shù)標準，如果使用8K超高清投影機，雖然分辨率可以滿足8K顯示，但是如果想滿足HDR高動態(tài)范圍的顯示效果，呈現(xiàn)更好的色彩還原，還需要多臺投影機疊加，這在目前8K投影機風毛麟角的局面下不現(xiàn)實;同時，對于顯示屏，僅有個別品牌的8K液晶電視機或8K液晶顯示屏符合顯示技術(shù)標準，能夠達到8K超高清晰度觀看效果，但尺寸也多在60英寸～80英寸之間，無法滿足電影直播的觀看需求。

經(jīng)過反復(fù)研討，最終確定了舞劇電影《天路》采用4KA播，8K技術(shù)作為現(xiàn)場展示的應(yīng)用環(huán)節(jié)。為了探索應(yīng)用8K影像技術(shù)更好地呈現(xiàn)舞臺藝術(shù)創(chuàng)作，挑選了幾個舞臺燈光條件相對較好的舞段進行拍攝（便于8K攝像機光圈控制和聚焦），使用了2套8K UHD演播室攝像機（Sony HDC-8300）配富士8K UHD鏡頭，分別拍攝記錄不同景別舞蹈畫面，現(xiàn)場分別記錄在2臺不同8KUHD錄像機中，經(jīng)過后期編輯制作，制作成幾分鐘的舞劇《天路》8K視頻片段集錦，用于展臺展示，使8K超高清晰度視頻的高動態(tài)范圍使得在近80英寸屏幕上呈現(xiàn)，見圖10，畫面更加細膩、飽滿，高解析力讓人過目難忘。

7結(jié)語

隨著《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》的分批實施，大力推進超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展和相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為大勢所趨。5G的高帶寬、低延時、廣覆蓋的優(yōu)勢，為4K、8K超高清視頻信號的高質(zhì)量傳輸提供了最大的保障，特別是網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用，為無線鏈路提供了“專線性能”的保障。未來，會有更多的影院、劇院等地迎來5G的全面覆蓋，利用5G技術(shù)協(xié)助完成超高清信號的采集、傳輸、分發(fā)，提升傳輸碼率及傳輸穩(wěn)定性，讓百姓有機會在影院、在戶外大屏甚至在家中就能觀看到來自國內(nèi)外劇院舞臺上的舞臺藝術(shù)精品。國家大劇院也在不斷借助最新科技手段，探索舞臺藝術(shù)產(chǎn)業(yè)化運營的新模式。舞臺藝術(shù)精品的“4K+5G”“8K+5G”直播不僅是一次次新的嘗試，或?qū)⒊蔀橐环N常態(tài)。隨著高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，未來舞臺藝術(shù)資源會以更多元的方式走向市場。