電視伴音響度測量及控制技術(shù)

徐康娟，周克勝

（江蘇廣播電視總臺，江蘇 210008）

電視伴音響度不一致是近年一直被討論并試圖解決的問題。筆者曾經(jīng)參加了《電視伴音響度控制技術(shù)和政策研究》項目組的工作，對響度的測量和控制技術(shù)進(jìn)行了研究，在此與諸位同仁分享、交流。

電視伴音響度控制技術(shù)包括響度的測量和響度控制兩部分。

1 響度測量技術(shù)

1.1 響度測量設(shè)備

響度測量的關(guān)鍵是選擇好測量設(shè)備。建議采用符合ITU相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的響度表。對于各類響度儀表和監(jiān)測軟件，可使用ITU《Report ITU-R BS.2217 Compliance material for Recommendation ITU-R BS.1770》提供的標(biāo)準(zhǔn)測試音頻文件進(jìn)行校準(zhǔn)。

ITU標(biāo)準(zhǔn)建議的響度表，有如下幾種模式：

相關(guān)廠商提供了符合ITU標(biāo)準(zhǔn)的響度監(jiān)測設(shè)備。除圖1中幾種響度表模型外，還包括其他不同顯示模式的響度表：顯示實際響度數(shù)值的響度表、柱狀表、雷達(dá)表等。部分廠商推出了基于音頻工作站的響度插件，或者可獨立運行的實時響度監(jiān)測軟件，以及可以對音頻文件進(jìn)行響度分析的軟件。以下為幾種不同顯示類型響度表：

圖2為雷達(dá)表盤圖示，它可以同時顯示實時響度和真實峰值電平以及歷史響度。顯示界面為環(huán)形，色彩區(qū)分不同響度，使用者可以很容易地辨別出響度是否處于響度舒適區(qū)范圍內(nèi)。

圖3為柱狀表盤圖示，它可以同時顯示實時響度和真實峰值電平以及歷史響度，表頭顯示方式與電平PPM表相似，比較符合傳統(tǒng)監(jiān)視習(xí)慣。

圖4為基于PC平臺的響度表軟件界面，它可同時顯示多種響度數(shù)值（瞬時、短時、節(jié)目響度）。

圖5為數(shù)字響度表，它可輸出響度記錄數(shù)據(jù)用于節(jié)目響度分析。

實時響度監(jiān)測軟件可對實時音頻信號進(jìn)行測試，包括電平、響度、準(zhǔn)峰值，測量日志可輸出。

1.2 響度測量工具應(yīng)用環(huán)境建議

上述滿足ITU標(biāo)準(zhǔn)的響度表在實際電視節(jié)目制作、播出、傳輸及分發(fā)工作中均可采用，結(jié)合不同的工作需求，各個環(huán)節(jié)應(yīng)有不同的側(cè)重：

（1）節(jié)目制作環(huán)節(jié)，宜使用雷達(dá)表或者柱狀表，便于實時觀察。制作人員應(yīng)同時關(guān)注響度表快速模式和積分模式的響度數(shù)值?？焖倌Ｊ綌?shù)值用于實時控制響度值，使其在目標(biāo)值上下合理范圍內(nèi)波動；積分模式數(shù)值用于控制節(jié)目的整體響度，保持節(jié)目整體響度的一致性。

（2）節(jié)目播出環(huán)節(jié)，宜使用能自動生成響度日志文件的響度監(jiān)測設(shè)備，重點關(guān)注積分模式的響度數(shù)值。響度監(jiān)測設(shè)備的日志文件和生成的監(jiān)測曲線可以更加精確地反映監(jiān)測時段內(nèi)響度的變化情況。該數(shù)據(jù)可以和播出串聯(lián)單對比分析，為各個頻道提供全面的響度監(jiān)控數(shù)據(jù)，為制作環(huán)節(jié)提供控制依據(jù)；該數(shù)據(jù)還可以為播出環(huán)節(jié)自動響度控制設(shè)備的參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。

（3）信號傳輸、分發(fā)環(huán)節(jié)，宜使用能自動生成響度日志文件的設(shè)備，定期匯總分析各頻道響度數(shù)據(jù)，為上游環(huán)節(jié)提供反饋。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)響度表常見模式

圖2 雷達(dá)表表盤圖示

圖3 柱狀表表盤圖示

圖4 基于PC平臺的響度軟件表圖示界面

1.3 響度測量工具使用建議

響度測量工具一般都可提供多種信號格式或文件格式輸入、多種數(shù)據(jù)顯示模式、多種測量結(jié)果報告，可根據(jù)不同應(yīng)用場合進(jìn)行選擇。

（1）信號源選擇

用戶可根據(jù)測試信號類型選擇合適的輸入，模擬或數(shù)字，SDI嵌入音頻或AES數(shù)字音頻。

圖5 數(shù)字響度表

圖6 實時響度監(jiān)測軟件界面

（2）數(shù)據(jù)顯示模式

部分響度表可選擇節(jié)目電平、瞬時響度（M）&短時響度（S）、瞬時響度（M）&長期響度（L）等多種組合顯示模式，制作環(huán)節(jié)應(yīng)關(guān)注瞬時響度和長期響度，播出環(huán)節(jié)應(yīng)關(guān)注短時響度和長期響度；SCALE可以選擇絕對響度值（LKFS）顯示或者相對響度值（LU）顯示，絕對響度值應(yīng)該在-23 LKFS上下擺動，相對響度值應(yīng)該在0 LU上下擺動。一般情況宜選擇相對響度值顯示，因其比較直觀，觀測者不需要與目標(biāo)值比對就可直接知道當(dāng)前響度與目標(biāo)值的偏離值。

（3）數(shù)據(jù)輸出

測試音頻文件響度的設(shè)備，可以輸出.TXT、.CVS、.XLS等記錄響度的文件，一般可選擇1 s、5 s或10 s輸出一個響度值。用戶可以根據(jù)這些離散值生成折線圖表，觀察響度變化趨勢及響度動態(tài)范圍。有些軟件除可以給出這些離散值外，還可以給出一段音頻文件的對白響度、平均響度，用戶可以根據(jù)這個平均響度值與目標(biāo)值的偏離值平移電平使這段音頻達(dá)到響度目標(biāo)值。

（4）日志文件應(yīng)用

有些信號監(jiān)測設(shè)備，可以實現(xiàn)24 h不間斷測量響度，并以0:00——24:00為間隔自動生成一個響度日志文件。這類測試設(shè)備，適合在播出域使用，用戶可以觀察全天響度曲線，曲線可反映24 h內(nèi)響度中心值位置及響度隨時間的變化、響度動態(tài)范圍是否符合舒適區(qū)范圍。根據(jù)日志與節(jié)目單比對，用戶可以鎖定響度異常的節(jié)目，其對應(yīng)精度達(dá)到秒。這類測試軟件在參數(shù)設(shè)置上需要注意給出數(shù)據(jù)的時間間隔應(yīng)該≤5 s，保證很短片段的廣告或宣傳片的響度能被正確反映。

1.4 響度測量數(shù)據(jù)

對響度測量數(shù)據(jù)的分析與解讀，是電視伴音響度控制的基礎(chǔ)。圖7為某頻道黃金時段響度曲線分析。

（1）響度測量值

響度測量值可通過快速模式和積分模式兩種測量方式得到。

快速模式采用較短的測量時間，主要用于現(xiàn)場制作、后期制作和播放。

積分模式采用較長的測量時間，用于質(zhì)量控制（主要集中在節(jié)目輸入階段）、節(jié)目發(fā)送和后期分析。

長時間對快速模式測量數(shù)據(jù)的監(jiān)測與記錄，可以全面準(zhǔn)確反映節(jié)目響度情況。

（2）節(jié)目響度值

節(jié)目響度值采用積分模式獲得，為單一節(jié)目從開始到結(jié)束的平均響度，節(jié)目響度值應(yīng)符合-23±2 LKFS。這一指標(biāo)可以對電視臺節(jié)目制播流程中每一個可獨立分割的節(jié)目進(jìn)行響度控制。

單聲道、雙聲道、立體聲、5.1環(huán)繞立體聲節(jié)目都應(yīng)按照此目標(biāo)值進(jìn)行制作，響度測量值應(yīng)為-23±2 LKFS。

圖7中的節(jié)目響度中心值可視為節(jié)目響度值，僅《新聞聯(lián)播》符合響度標(biāo)準(zhǔn)。

（3）節(jié)目響度動態(tài)范圍

該參數(shù)指節(jié)目內(nèi)部響度變化的范圍，采用快速模式獲得。在節(jié)目響度符合目標(biāo)值情況下，響度動態(tài)宜在舒適區(qū)范圍內(nèi)，極限不應(yīng)超出容忍區(qū)上限。

圖7 某頻道黃金時段響度曲線分析

圖7中《新聞聯(lián)播》響度動態(tài)范圍較好落在舒適區(qū)范圍內(nèi)；節(jié)目預(yù)告響度動態(tài)范圍并不大，但響度中心值超過目標(biāo)值4 dB，所以不滿足要求。

（4）播出響度值

播出響度值為一個頻道長期播出響度值，采用積分模式獲得，應(yīng)符合-23±2 LKFS，該值無法反映節(jié)目間響度跳變、響度動態(tài)范圍。

圖7中播出響度值基本滿足要求，但節(jié)目跳變明顯存在，不滿足響度一致性要求。

（5）播出響度動態(tài)范圍

播出響度動態(tài)范圍指一個頻道全天播出節(jié)目的響度范圍一致，采用快速模式獲得，它應(yīng)該與節(jié)目響度范圍一致，在響度舒適區(qū)范圍內(nèi)活動，極限不應(yīng)超出容忍區(qū)上限。

該指標(biāo)可以解決播出響度跳變問題，應(yīng)使用24 h不間斷監(jiān)測，并能自動生成響度曲線的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。

圖8為某頻道24 h播出響度曲線。

2 響度控制技術(shù)

2.1 響度控制技術(shù)分類

響度控制技術(shù)可以分為兩大類：節(jié)目響度歸一化技術(shù)，即通過設(shè)備、人工等手段，把節(jié)目響度控制在目標(biāo)值；元數(shù)據(jù)控制技術(shù)，即在節(jié)目制作端寫入該節(jié)目響度元數(shù)據(jù)，接收端用戶自行設(shè)定自己期望的響度值，對該節(jié)目進(jìn)行還原。

根據(jù)我國目前電視制播的實際情況，短期內(nèi)采用響度歸一化方式可以較快地改善現(xiàn)有問題；隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制播方式的推進(jìn)，采用元數(shù)據(jù)控制技術(shù)是未來發(fā)展方向之一。

2.1.1 響度歸一化技術(shù)

采用響度歸一化方式，在技術(shù)手段上較為簡單，對于現(xiàn)有制播鏈路的系統(tǒng)影響較小，可以兼顧現(xiàn)有的各類制播系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^制作域的人工控制、制播環(huán)節(jié)的設(shè)備自動控制、文件化控制等多種技術(shù)手段來實施。響度歸一化方式涉及制播、傳輸、分發(fā)諸多環(huán)節(jié)，必須依賴完整的控制實施流程：包括政策宣貫、標(biāo)準(zhǔn)制定操作培訓(xùn)、建立監(jiān)督和反饋機(jī)制。

（1）人工控制

這里指的人工控制，是指通過人耳的主觀監(jiān)聽和響度監(jiān)測設(shè)備指示，在節(jié)目制作環(huán)節(jié)對節(jié)目的響度進(jìn)行控制。這一手段主要應(yīng)用在制作領(lǐng)域的演播室、轉(zhuǎn)播車及后期制作階段。

在具備響度監(jiān)測設(shè)備的情況下，通過對響度表讀數(shù)的觀察，對節(jié)目電平、頻率、動態(tài)、聲道進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到響度目標(biāo)值。

在不具備響度監(jiān)測設(shè)備的情況下，則需要在校準(zhǔn)的監(jiān)聽環(huán)境中，通過主觀聽覺和對電平表的觀察，借助經(jīng)驗值對節(jié)目進(jìn)行響度調(diào)整。

（2）設(shè)備自動控制

設(shè)備自動控制包括對信號進(jìn)行自動控制和對文件進(jìn)行自動控制。

對信號控制：在通路中嵌入自動響度處理設(shè)備，調(diào)整設(shè)備參數(shù)，使節(jié)目響度達(dá)到目標(biāo)值。自動控制的關(guān)鍵是參數(shù)的設(shè)定，包括目標(biāo)值、控制門限值、響度范圍、分頻段設(shè)置參數(shù)、LIMIT、AGC值。制作域可以針對不同節(jié)目類型設(shè)置合適的參數(shù)，播出域則需要放寬門限，對信號進(jìn)行較“弱”控制，避免已經(jīng)控制過的信號被二次處理，影響主觀聽感。

對文件控制：對文件進(jìn)行響度分析，獲知響度，根據(jù)目標(biāo)值平移節(jié)目電平，使節(jié)目達(dá)到目標(biāo)響度。文件處理的關(guān)鍵是目標(biāo)值的設(shè)定及LIMIT參數(shù)設(shè)定，電平平移容易發(fā)生信號過大的危險，需要設(shè)上限保護(hù)。

圖9為電平一致情況下，進(jìn)行響度歸一后，電平超過上限后進(jìn)行限幅處理的示意圖：

2.1.2 響度元數(shù)據(jù)技術(shù)

元數(shù)據(jù)控制技術(shù)，需要在電視節(jié)目的制作、播出、傳輸、分發(fā)及用戶端全流程配合，保證在制作領(lǐng)域?qū)懭氲墓?jié)目響度元數(shù)據(jù)信息可以伴隨節(jié)目信號正確傳輸?shù)接脩魴C(jī)頂盒。

采用元數(shù)據(jù)技術(shù)，制作人員可以根據(jù)不同節(jié)目的制作特點進(jìn)行較為自由的節(jié)目制作，無需按照某一固定目標(biāo)值進(jìn)行響度控制。用戶在收到伴有元數(shù)據(jù)信號的節(jié)目后，可根據(jù)自己的欣賞習(xí)慣和家庭音響環(huán)境，在接收端進(jìn)行播放響度的設(shè)置。

采用響度元數(shù)據(jù)方式需要電視制播全鏈路的配合，該方式的實現(xiàn)由于牽涉較多設(shè)備和系統(tǒng)投入，在廣電系統(tǒng)全面實施需要較長的周期。

2.2 響度控制設(shè)備

圖10為音頻信號響度控制設(shè)備。這類設(shè)備均支持ITU-1770-1/2 及EBU-R128 國際通用響度標(biāo)準(zhǔn)，支持多種接口格式，支持1.0單聲道、2.0立體聲、5.1及7.1多聲道音頻，支持Web Confi guration 瀏覽器方式參數(shù)及設(shè)置頁面，能夠接受外部觸發(fā)（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議），啟動/停止響度測量進(jìn)程，并將測量結(jié)果通過SNMP協(xié)議報出，支持File Logger 在線及離線節(jié)目信號狀態(tài)分析。

圖11為音頻文件響度控制設(shè)備。DOLBY DP600服務(wù)器面板圖示，DP600是基于文件的響度控制設(shè)備，可以將音頻文件的響度調(diào)整至設(shè)定值。

2.3 響度控制設(shè)備的主要參數(shù)

（1）響度目標(biāo)值

響度目標(biāo)值應(yīng)設(shè)為-23 LKFS，這一參數(shù)決定響度控制后節(jié)目的響度值。

（2）門限（包括上限和下限）

當(dāng)響度值處于這兩個參數(shù)之間時，節(jié)目信號被視為安全，設(shè)備不對信號進(jìn)行響度控制，該參數(shù)響度應(yīng)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境設(shè)置。

圖9 響度控制后造成電平削波

對上限設(shè)置的考慮，可以比目標(biāo)值略大，但不能超過2 dB，否則節(jié)目控制結(jié)果不好，節(jié)目響度一定會超過目標(biāo)值。

有些設(shè)備則用下限參數(shù)和偏離目標(biāo)值參數(shù)進(jìn)行控制，兩者配合使用。

對下限（Freeze）設(shè)置的考慮：

播出域，該值應(yīng)適當(dāng)降低，-50 dB左右，避免電視劇、高爾夫、臺球節(jié)目中安靜場景的噪音被提升。

制作域，根據(jù)不同的節(jié)目類型也應(yīng)該有不同值。語言類節(jié)目，可適當(dāng)提高，以使談話或新聞節(jié)目的響度平穩(wěn)；大動態(tài)音樂類節(jié)目需要降低，以獲得更大動態(tài)。制作者應(yīng)不斷嘗試，找出最合適的值。

（3）控制力度

該參數(shù)決定當(dāng)需要進(jìn)行響度控制時，增益或衰減的最大數(shù)值。（見圖13）

（4）響應(yīng)速度

這個參數(shù)決定了響度控制的響應(yīng)速度，有些設(shè)備用attack time和release time來設(shè)置。

除此之外，不同的設(shè)備各有其響度優(yōu)化方法，用戶應(yīng)根據(jù)實際情況，比較不同參數(shù)處理的結(jié)果，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境找出最合適的設(shè)置。

圖12為幾個響度控制設(shè)備的處理結(jié)果，不同的處理方法、不同參數(shù)設(shè)置導(dǎo)致響度控制的幅度、速度各不相同。

圖10 音頻信號響度控制設(shè)備

圖11 音頻文件響度控制設(shè)備

圖12 同樣信號采用不同設(shè)備處理前后的電平信號波形

圖13 同樣信號經(jīng)不同設(shè)備控制前后的信號響度對比

3 結(jié)束語

本文僅從技術(shù)層面分析了響度的測量及控制，縱觀電視節(jié)目制作、播出、傳輸、分發(fā)到用戶全流程，可知伴音響度控制是一個系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌解決。期待現(xiàn)有的技術(shù)手段能為政策的制定、全鏈路響度控制策略提供強(qiáng)有力支撐，早日實現(xiàn)用戶端電視伴音響度一致，避免收視觀眾頻繁操作遙控器調(diào)節(jié)音量。