4K 超高清電視三維聲的選擇與探索

陳純丹

（廣東廣播電視臺，廣東 廣州 510066）

1 4K 超高清電視音頻選擇三維聲的原因

4K 超高清電視的出現(xiàn)，除了在分辨率方面比傳統(tǒng)的高清電視有了很大提升之外，HDR、高幀率等新技術(shù)的應(yīng)用也為電視觀眾帶來了沉浸式體驗，包括更亮麗細(xì)膩的畫面、更豐富的色彩以及更流暢的運動，畫面質(zhì)量有了全方位提升。聲音作為電視節(jié)目的另一個重要的呈現(xiàn)形式，必須做出相應(yīng)的提升，要配合畫面給觀眾帶來沉浸式體驗，從而滿足人民日益增長的美好生活需要。

三維聲（3D-Audio）在國外也被叫做沉浸式音頻（Immersive Audio）。相比傳統(tǒng)的5.1 環(huán)繞聲，它的最大特點是增加了多個頂部聲道，使得聲音可以呈現(xiàn)在一個真正的三維空間中，從而為觀眾帶來與4K 畫面相匹配的沉浸式體驗。此外，一些基于對象（Object-Based）的三維聲如杜比全景聲（Dolby Atmos），還可以通過對象（Object）在三維空間中的定位和移動進(jìn)一步強(qiáng)化這種沉浸式體驗。

從歐美發(fā)達(dá)國家電視音視頻技術(shù)的演進(jìn)路線來看，標(biāo)清電視配合立體聲音頻、高清電視配合5.1環(huán)繞聲音頻、超高清電視配合三維聲或沉浸式音頻已經(jīng)成為基本的共識。我國在標(biāo)清電視甚至是高清電視時代，一直沿用單聲道音頻。在高清時代，立體聲和環(huán)繞聲也并不是主流的聲音格式。超高清電視時代，應(yīng)該抓住機(jī)遇，提高電視節(jié)目的聲音制作檔次，使其與世界先進(jìn)潮流匹配。

2 三維聲在終端呈現(xiàn)的現(xiàn)狀

在消費類終端，三維聲音頻技術(shù)已經(jīng)有了相當(dāng)廣泛的設(shè)備支持，大量家庭終端具備DTS:X、Auro-3D、DolbyAtmos、MPEG-H 以及DRA 等解碼。以杜比全景聲技術(shù)（Dolby Atmos）為例，它承載的編碼格式主要包括Dolby TrueHD 和Dolby Digital Plus（即eAC3，或可以簡稱為DD+/DD Plus）。其中，Dolby TrueHD 技術(shù)多用于藍(lán)光光盤，而DD+除了可以應(yīng)用于藍(lán)光光盤外，還可以應(yīng)用于電視廣播、流媒體等分發(fā)渠道。

在消費類終端呈現(xiàn)三維聲效果，最好的辦法是搭建一套家庭影院系統(tǒng)。目前，消費類市場上，家庭影院的核心——影音接收機(jī)（AV Receiver）絕大多數(shù)都可以支持Dolby TrueHD 和Dolby Digital Plus兩種技術(shù)的解碼和渲染。根據(jù)產(chǎn)品的功能特性，這些影音接收機(jī)的輸出聲道包括8 聲道、10 聲道以及12 聲道或更多。消費者可以根據(jù)自己的實際情況，搭建相應(yīng)的5.1.2、5.1.4、7.1.4 或更復(fù)雜的還音系統(tǒng)。

在搭建家庭影院系統(tǒng)之外，還可以使用更簡單的方法，其中包括Soundbar（國內(nèi)命名為回音壁）。這是一種條狀的音箱，內(nèi)置相應(yīng)的解碼器（Dobly Atmos、MPEG-H、Auro-3D、DTS:X）和若干揚(yáng)聲器單元，包括向上反射的揚(yáng)聲器單元。通過相應(yīng)的算法和向上反射的技術(shù)，可以使觀眾獲得和家庭影院非常接近的沉浸式體驗。

除此之外，目前的一些電視機(jī)產(chǎn)品也可以支持相應(yīng)的解碼技術(shù)，甚至把Soundbar內(nèi)置到電視機(jī)內(nèi)。消費者只要把信號源連接到電視機(jī)，即可獲得沉浸式體驗。我國終端產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)配套齊全、產(chǎn)業(yè)鏈完善，是消費端音響設(shè)備的產(chǎn)業(yè)基地，更匯聚了海信、創(chuàng)維、長虹、TCL 以及康佳等一批彩電企業(yè)，促使超高清三維聲的一體化產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。

在移動端，包括蘋果、三星、華為以及OPPO 在內(nèi)的主流手機(jī)生產(chǎn)商，都推出了支持三維聲的手機(jī)和平板電腦。一些OTT 運營商包括愛奇藝、優(yōu)酷等，也都在自己的移動客戶端植入了支持三維聲的技術(shù)。目前，在這些平臺上已經(jīng)有了相當(dāng)數(shù)量的三維聲內(nèi)容。

需要強(qiáng)調(diào)的是，推送移動端還可以使用雙耳渲染后的方式傳輸，即通過算法（主要是處理HRTF“頭相關(guān)相位傳輸函數(shù)”）把三維聲轉(zhuǎn)換為雙耳渲染版的兩聲道，普通移動端不必植入新技術(shù)就可體驗沉浸式三維聲效果。目前，支持實時雙耳渲染的硬件產(chǎn)品有Dolby 的DP590（制作域產(chǎn)品）、Smyth SVS 的Realiser A16（為錄音棚混音師設(shè)計）以及植入Auro-3D 技術(shù)的STRM AUDIO（民用消費端）等。具備非實時推送算法的國內(nèi)專業(yè)聲學(xué)機(jī)構(gòu)很多，包括全景聲科技南京有限公司、廣州合睿科技等。

3 三維聲傳輸?shù)目尚行?/h2>

三維聲的傳輸分為兩個階段——面向消費者的傳輸和制作域內(nèi)部的傳輸。

3.1 面向消費者的傳輸

面向消費者的傳輸中，MPEG-H 和Dolby Atmos都有成熟的解決方案。MPEG-H 還能提供互動體驗，消費者可以根據(jù)自己的喜好控制環(huán)境聲與體育解說的比例，選擇不同的語言解說，但需要在編碼端寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。MPEG-H 已被韓國4K 頻道使用，近年還參與歐洲歌唱錦標(biāo)賽的內(nèi)容分發(fā)編碼，其國內(nèi)團(tuán)隊也開始進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)推廣。而杜比的Dolby Digital Plus（以下簡稱DD+）可以作為杜比全景聲的編碼格式，通過電視廣播、流媒體等形式分發(fā)到用戶終端，碼率可以低至448 kb/s。前面提到的互聯(lián)網(wǎng)平臺上的杜比全景聲內(nèi)容和近兩年與互聯(lián)網(wǎng)平臺以及國內(nèi)外各大電視機(jī)構(gòu)合作制作的杜比全景聲直播節(jié)目，都是采用DD+編碼，如2019 年世界杯、2020 年歐洲冠軍杯聯(lián)賽（CCTV 5 APP）以及超級樂隊（CCTV 音樂 APP）等。

3.2 制作域內(nèi)部的傳輸

對于制作域內(nèi)部的傳輸，新建系統(tǒng)基本支持?jǐn)y帶16CH 音頻基帶信號。若攜帶通道能力限制，可以使用Dolby ED2 的方式。Dolby ED2 是Dolby E的下一代技術(shù)，可以支持杜比全景聲音頻及其元數(shù)據(jù)。當(dāng)前支持DolbyE 解碼和透傳的設(shè)備都可以同樣支持Dolby ED2。2016 年的歐洲杯、2020 年的歐洲冠軍杯決賽以及歐洲國家杯決賽，主辦方都是通過ED2 回傳杜比全景聲音頻。同樣，使用ED2在制作域內(nèi)部傳輸?shù)倪€包括英超聯(lián)賽。

4 制作技術(shù)系統(tǒng)

制作技術(shù)系統(tǒng)分為后期制作系統(tǒng)和直播制作系統(tǒng)兩部分。

后期制作系統(tǒng)暫時只有杜比公司工具較完善，核心是杜比全景聲渲染工具。該工具目前有硬件（DAMS）和軟件（DAPS）兩個版本，可以配合Protools、Nuendo 等音頻工作站使用。制作域直接輸出基于聲道的三維聲信號，在分發(fā)端需要相應(yīng)的編碼工具將制作好的杜比全景聲母版文件編碼為TrueHD 或DD+等交付格式。

直播制作調(diào)音臺具備5.1.4 母線最佳。如果沒有5.1.4 母線，至少需要具備5.1 母線。監(jiān)聽揚(yáng)聲器系統(tǒng)配置為5.1.4 格式。Smyth SVS 的Realiser A16可以作為其他輔助工位的耳機(jī)監(jiān)聽輸出。直播制作系統(tǒng)可以借助杜比全景聲的渲染工具（DP590）、Dolby DD+編碼工具（DP591）以及質(zhì)量檢查工具（DP580）。

5 三維聲內(nèi)容制作

三維聲內(nèi)容制作需要技術(shù)與藝術(shù)有機(jī)結(jié)合。節(jié)目內(nèi)容創(chuàng)作人員要了解聲音呈現(xiàn)的先進(jìn)性，音頻技術(shù)人員也要清晰節(jié)目制作的整體流程。得益于廣東作為中國改革開放的前沿陣地，廣東民眾在音頻領(lǐng)域的整體基礎(chǔ)較為扎實，相應(yīng)的軟硬件及廠家資源較為集中。廣東電視節(jié)目口和技術(shù)口的電視節(jié)目制作人員勇立潮頭，在較早就對三維聲音頻等新興技術(shù)開展了多次研討，集思廣益，獲得了較為豐富的認(rèn)知。

廣東廣播電視臺音頻團(tuán)隊從2017 年開始實踐與探索電視三維聲內(nèi)容制作。2017 年的三維聲作品《2017CBA 總決賽廣東vs 新疆》，獲得2018 年廣電總局第一屆三維聲大賽三等獎；2018 年與4K 綜藝頻道宣推組一起參與策劃三維聲純?nèi)寺暻宄璩?jié)目《美麗人聲》，在現(xiàn)場進(jìn)行了三維聲混音，并進(jìn)行雙耳渲染推送給現(xiàn)場所有帶耳機(jī)的觀眾。圖1、圖2 和圖3 分別為《美麗人聲》現(xiàn)場混音間、觀眾席及系統(tǒng)圖。

節(jié)目2019 年在廣東4K 綜藝頻道順利播出（受限與播出鏈路聲道承載能力，實際為環(huán)繞聲播出，三維聲及雙耳版本進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)端推送）。三維聲作品《2018 年國際羽聯(lián)年度總決賽男雙決賽》，獲2019年金帆獎聲音制作體育實況一等獎第一名。2019年12 月1 日CBA 揭幕戰(zhàn)，實現(xiàn)了超高清三維聲遠(yuǎn)程制作，并把帶三維聲的TS 碼流推送到體驗區(qū)的民用終端，成功呈現(xiàn)了三維聲端到端技術(shù)生產(chǎn)鏈路。圖4 和圖5 分別為遠(yuǎn)程制作混音間和信號流程圖。

6 電視三維聲的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

從國際關(guān)注度高的項目看，2018 年俄羅斯世界杯官方信號已送出超高清三維聲，2020 東京奧運主轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)更宣布所有場館音頻信號為沉浸式，可見國外對超高清三維聲的探索已快速推進(jìn)。隨著我國超高清電視技術(shù)的推進(jìn)和配合超高清產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)發(fā)展，我國的電視三維聲產(chǎn)業(yè)將迎來一波需求高潮。廣東廣電產(chǎn)業(yè)可以借助這一東風(fēng)，探索更合理的解決方案，利用本土的音頻編解碼專業(yè)團(tuán)隊（廣晟數(shù)碼、合睿科技等），聯(lián)合芯片研發(fā)、平臺服務(wù)等龍頭企業(yè)，解決有線終端和移動終端的超高清三維聲傳輸及呈現(xiàn)，從而形成自有知識產(chǎn)權(quán)的生態(tài)產(chǎn)業(yè)。

廣東廣電音頻團(tuán)隊一直不遺余力參與超高清三維聲的探索與實踐，但是基于安全播出、技術(shù)保障配置的人員數(shù)量不足以應(yīng)付過多的“高規(guī)格”生產(chǎn)制作，雖然能借助廣東錄音師協(xié)會等平臺共享省內(nèi)廣電系統(tǒng)人以及邀請熱心的錄音師參與，但基于電視制作流程又能參與此類“高規(guī)格”制作的人力資源依舊十分短缺。因此，需規(guī)劃超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決策層給予相應(yīng)的政策支持，打通生產(chǎn)環(huán)節(jié)上的瓶頸，促使超高清三維聲產(chǎn)業(yè)持續(xù)、良性發(fā)展。