【摘要】隨著視音頻數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)圖像和伴音的要求也越來(lái)越高，為了更好地滿足觀眾欣賞高品質(zhì)節(jié)目的需求，貴州廣播電視臺(tái)從2010年起，啟動(dòng)了貴州衛(wèi)視高清頻道技術(shù)項(xiàng)目建設(shè)，2013年10月28日，貴州衛(wèi)視高清頻道在貴州省內(nèi)有線電視網(wǎng)正式開(kāi)播，給觀眾帶來(lái)了很好的收視體驗(yàn)。

在目前的電視播出過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)不同節(jié)目的聲音電平差異很大，帶來(lái)響度的跳變；而各個(gè)節(jié)目間的響度差異巨大，當(dāng)節(jié)目切換時(shí)聲音會(huì)出現(xiàn)跳變。因此，對(duì)于伴音的播出，最重要的問(wèn)題就是獲得響度的一致性，同時(shí)又保證不損害動(dòng)態(tài)范圍，避免破壞音質(zhì)。在播出系統(tǒng)中增加數(shù)字音頻信號(hào)自動(dòng)響度控制設(shè)備可以控制播出節(jié)目的整體平均響度；并可控制播出節(jié)目的峰值電平，可以很好的解決這一問(wèn)題。貴州衛(wèi)視高清頻道也在播出末端加入了響度控制處理設(shè)備。本文簡(jiǎn)要介紹自動(dòng)響度控制設(shè)備在貴州廣播電視臺(tái)高清播出系統(tǒng)中的應(yīng)用、以及實(shí)際使用效果。

一.響度的概念

響度（Loudness）人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感覺(jué)稱為響度。它是電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波振動(dòng)時(shí)度量聲音能量的一個(gè)指標(biāo)，我們經(jīng)常說(shuō)的音量其實(shí)就代表了響度。響度是一個(gè)復(fù)雜的聲學(xué)仿真概念，更多的是代表聽(tīng)眾的一種主觀感覺(jué)，用單位（sone）來(lái)表示大小，和聲壓級(jí)、頻率有密切關(guān)系，定義1000Hz、40dB純音時(shí)響度為lsone。

通常，人們?nèi)菀讓⒙曇綦娖胶晚懚葍蓚€(gè)概念混淆，錯(cuò)誤地理解為控制電平就是控制了響度。實(shí)際上，用客觀指標(biāo)度量音頻電平本身有多種方法，如VU表、PPM表、dBFS表等，最接近人耳聽(tīng)覺(jué)特性的是VU表，VU表指針或條狀圖的擺動(dòng)特性可以大致描述信號(hào)還原為聲音時(shí)音量的變化，也就是人耳最終感覺(jué)到的響度變化，但也只是大致，并非特別準(zhǔn)確，而PPM或dBFS表，則是響應(yīng)于音頻信號(hào)的峰值或準(zhǔn)峰值，這類表頭通常只對(duì)控制信號(hào)的峰值有用。

音頻的響度是一項(xiàng)主觀測(cè)量指標(biāo)，就其本質(zhì)而言，它與音頻電平?jīng)]有線性關(guān)系，而是具有與音頻信號(hào)的實(shí)際強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的心理感受特征。因此，不同的人對(duì)相同的信號(hào)感知的響度有所不同，相同的人在不同的環(huán)境對(duì)相同的信號(hào)的感知也是不相同的。

二.播出環(huán)節(jié)中常見(jiàn)的響度處理設(shè)備類型

1.基于全局針對(duì)素材文件的非實(shí)時(shí)響度處理設(shè)備，這種設(shè)備根據(jù)一定的策略讀取存儲(chǔ)區(qū)的素材文件，提取整個(gè)素材文件的音頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行短期或長(zhǎng)期響度分析并計(jì)算與響度預(yù)期值的差值，根據(jù)該差值進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理后的音頻數(shù)據(jù)重新打包生成符合播出要求的素材文件。這類設(shè)備由于是采用非實(shí)時(shí)處理方式，其對(duì)素材文件的所有音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行相同大小的調(diào)整，不改變信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)聲音質(zhì)量基本無(wú)影響，適合在節(jié)目播出前部署。

2.實(shí)時(shí)響度處理設(shè)備，該種方式提取音頻信號(hào)的部分信息，按照響度預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。這種方式通常改變音頻序列的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)聲音質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，音頻序列的平均輸出響度與響度預(yù)期值不完全一致，這類設(shè)備由于硬件連接非常簡(jiǎn)單容易部署適合在播出線上使用。

三.我臺(tái)節(jié)目播出流程和節(jié)目音頻狀況

我臺(tái)播出節(jié)目分為三類：1.電視劇；2.自辦節(jié)目；3.廣告。電視劇播出時(shí)，先采集原版劇進(jìn)入電視劇編輯系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)編輯后進(jìn)入播出系統(tǒng)播出，在電視劇原版采集時(shí)上載人員會(huì)對(duì)節(jié)目音頻進(jìn)行調(diào)整。自辦節(jié)目播出時(shí)，先通過(guò)上載服務(wù)器采集素材，然后遷移到播出服務(wù)器播出，在上載服務(wù)器采集時(shí)上載人員同樣會(huì)對(duì)節(jié)目音頻進(jìn)行調(diào)整；廣告節(jié)目播出同樣通過(guò)上載服務(wù)器采集素材，但素材采集由廣告部門(mén)完成，對(duì)節(jié)目音頻把控相對(duì)較松。使用泰克WFM7120自帶響度測(cè)量?jī)x選擇在黃金時(shí)段播出的電視劇（青春烈火）、自辦節(jié)目（養(yǎng)生）、廣告包的原始節(jié)目進(jìn)行節(jié)目響度測(cè)量分析，采用ITU-R BS.1770標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果如表1所示：

從測(cè)試結(jié)果可以看出：我臺(tái)電視劇節(jié)目平均響度在24LKFS左右、自辦節(jié)目平均響度在22LKFS左右、廣告節(jié)目的平均響度在20LKFS左右，電視劇最大響度和最小響度間大部分時(shí)間相差約5LKFS（由于測(cè)試節(jié)目有靜音片段，導(dǎo)致最大值和最小值間相差23LKFS）、自辦節(jié)目最大響度和最小響度間相差5LKFS、廣告節(jié)目最大響度和最小響度間相差最大超過(guò)14LKFS。電視劇節(jié)目平均響度符合播出要求，自辦節(jié)目和廣告節(jié)目的平均響度偏高，廣告節(jié)目之間的響度差異較大。

四.我臺(tái)高清頻道播出結(jié)構(gòu)及自動(dòng)響度控制設(shè)備使用方式

貴州衛(wèi)視高清頻道采用了主切換臺(tái)和備切換開(kāi)關(guān)雙鏈路架構(gòu)，在主切換臺(tái)后使用了LA的AERO.one響度控制器，在備鏈路的切換開(kāi)關(guān)后使用了HARRIS的APM 6803板卡式響度控制處理設(shè)備，播出系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1：

LA和HARRIS的響度控制器中都預(yù)置了大量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并且根據(jù)大量電視臺(tái)在響度和動(dòng)態(tài)范圍處理方面的參考數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)了很多設(shè)置，用戶可以通過(guò)調(diào)用這些設(shè)置根據(jù)自己節(jié)目的特點(diǎn)修改一些參數(shù)獲得適合的播出效果。因此我們只需要根據(jù)播出環(huán)境選擇相應(yīng)的預(yù)設(shè)做適當(dāng)?shù)男薷募纯?。在?shí)際使用中因?yàn)榇蠖鄶?shù)參數(shù)設(shè)置都相互關(guān)聯(lián)，一些修改可能會(huì)產(chǎn)生針對(duì)當(dāng)前內(nèi)容不易立刻察覺(jué)的影響，加上前期廠家已針對(duì)各種類型的音樂(lè)、電視劇、情景劇、談話節(jié)目等等做過(guò)優(yōu)化，在實(shí)際使用中LA我們選擇了Chinese_TV預(yù)設(shè)，HARRIS我們選擇了MED預(yù)設(shè)。兩者都是目標(biāo)響度基于ITU BS.1770測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的24 LKFS的預(yù)設(shè)，該預(yù)設(shè)項(xiàng)提供了溫和的動(dòng)態(tài)范圍處理，可用于各類節(jié)目?jī)?nèi)容。值得注意的是為保證所有聲道信號(hào)處理的一致性，所有處理器中必須調(diào)用統(tǒng)一的預(yù)置效果，設(shè)置參數(shù)也應(yīng)盡可能相同。

五.響度處理設(shè)備性能和實(shí)際使用效果測(cè)試

1.HD-SDI接口特性測(cè)試

自動(dòng)響度控制處理設(shè)備是播出通道中關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣會(huì)直接影響通道特性，因此我們首先對(duì)其進(jìn)行了通道指標(biāo)的測(cè)試，測(cè)試時(shí)按照實(shí)際播出鏈路進(jìn)行測(cè)試：高清數(shù)字視頻信號(hào)由總控矩陣輸入，經(jīng)總控矩陣、幀同步器、高清數(shù)字視頻分配器、高清頻道主切換器、切換臺(tái)、由LA AERO.one自動(dòng)響度控制器輸出，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2：

高清數(shù)字視頻信號(hào)由總控矩陣輸入，經(jīng)總控矩陣、幀同步器、高清數(shù)字視頻分配器、高清頻道主切換器、切換臺(tái)、由Harris APM6803自動(dòng)響度控制器輸出，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3：

HD-SDI接口特性測(cè)試數(shù)據(jù)顯示兩種設(shè)備均符合通道技術(shù)指標(biāo)要求，采用切換臺(tái)加LA AERO.one自動(dòng)響度控制器的主通路處理后的聲話完全同步，采用切換開(kāi)關(guān)加HARRIS APM6803自動(dòng)響度控制器的備通路處理后的聲音比畫(huà)面稍微超前Ims，但遠(yuǎn)小于l幀，也符合相關(guān)技術(shù)要求，觀眾察覺(jué)不到聲話不同步的現(xiàn)象，完全滿足播出要求。

2.實(shí)際使用效果測(cè)試

自動(dòng)響度控制器的通道性能完全符合相關(guān)要求，接下來(lái)我們關(guān)心的問(wèn)題是它到底在響度方面起到了什么作用，效果如何。我臺(tái)目前播出節(jié)目主要分電視劇、自辦節(jié)目、廣告三類，我們分別對(duì)三類節(jié)目的實(shí)際使用效果進(jìn)行了測(cè)量。

由于主播出鏈路使用切換臺(tái)播出，在進(jìn)入響度前有音頻處理環(huán)節(jié)，可對(duì)音頻進(jìn)行增益調(diào)整，測(cè)試時(shí)將切換臺(tái)音頻增益調(diào)整設(shè)置為Odb。在黃金時(shí)段選取一集電視劇、一檔自辦欄目和一段廣告包直接對(duì)實(shí)際播出信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)從視頻服務(wù)器后視頻分配器取信號(hào)對(duì)素材原始響度進(jìn)行測(cè)量，在播出末端視頻分配器分別取主、備通路信號(hào)進(jìn)行處理后的響度測(cè)量，測(cè)量使用泰克WFM7120采用ITU-R BS.1770標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定基準(zhǔn)值-24LKFS。

（1）電視劇

通過(guò)實(shí)際測(cè)試可以看出電視劇由于前期制作相對(duì)較為規(guī)范，整個(gè)節(jié)目能夠保持在一定舒適的響度范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)播出系統(tǒng)響度控制后能較好的保持一個(gè)整體舒適的平均響度范圍。測(cè)試結(jié)果截圖對(duì)比如圖2所示：

測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4：

（2）自辦節(jié)目

自辦節(jié)目在規(guī)范性上相對(duì)電視劇較差，整體節(jié)目響度偏大，但在整個(gè)節(jié)目?jī)?nèi)響度能夠控制在一定范圍內(nèi)，節(jié)目響度差異不大，通過(guò)播出線上的響度控制設(shè)備處理后能控制在一個(gè)整體舒適的平均響度范圍。測(cè)試結(jié)果截圖對(duì)比如圖3所示：測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表5表5自辦節(jié)目響度測(cè)量結(jié)果

（3）廣告

廣告節(jié)目由于制作不規(guī)范，各個(gè)制作單位水平不一、目前沒(méi)有相關(guān)的響度標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致節(jié)目響度差異較大，部分廣告商出于商業(yè)目的制作時(shí)故意提高響度，在制作階段對(duì)節(jié)目進(jìn)行嚴(yán)重的壓縮限幅處理，電平非常標(biāo)準(zhǔn)，可是還原出來(lái)的響度嚴(yán)重破壞了頻道整體的均勻響度水平，通過(guò)播出線的響度控制設(shè)備處理后仍然能控制在一個(gè)整體舒適的平均響度范圍。測(cè)試結(jié)果截圖對(duì)比如圖4所示：

測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表6：

通過(guò)對(duì)各種不同節(jié)目聲音大小進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合對(duì)三類節(jié)目平均響度的測(cè)量結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)音量過(guò)大超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，經(jīng)過(guò)響度控制設(shè)備后會(huì)被按比例壓低，且聲音還原度好，沒(méi)有破音。相反，當(dāng)音量過(guò)小低于預(yù)設(shè)值時(shí)，經(jīng)過(guò)響度控制設(shè)備后會(huì)被按比例放大。兩種響度控制設(shè)備都能很好的控制節(jié)目播出響度，且處理后的節(jié)目平均響度趨于一致，使節(jié)目平均響度長(zhǎng)期保持在一個(gè)舒適區(qū)域給觀眾帶來(lái)了應(yīng)有的聽(tīng)覺(jué)審美感受。

六.存在的問(wèn)題

在貴州衛(wèi)視高清頻道播出后我們發(fā)現(xiàn)，在少部分節(jié)目之間仍然存在聲音大小跳變的現(xiàn)象，這種情況大多出現(xiàn)在廣告節(jié)目當(dāng)中。選取出現(xiàn)聲音跳變的廣告節(jié)目在視頻服務(wù)器重新播放，并在視頻服務(wù)器節(jié)點(diǎn)和播出末端節(jié)點(diǎn)取信號(hào)進(jìn)行響度測(cè)量分析。測(cè)量結(jié)果截圖對(duì)比如圖5所示：測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表7：

從測(cè)量結(jié)果可以看出在沒(méi)有經(jīng)過(guò)響度處理設(shè)備處理前，該節(jié)目最大響度達(dá)到15LKFS，最小響度34LKFS兩者差值達(dá)到19LKFS，響度發(fā)生跳躍處差值也接近這一數(shù)值。經(jīng)過(guò)響度控制處理設(shè)備后最大響度達(dá)到-17LKFS，最小響度29LKFS兩者仍然相差12LKFS，響度發(fā)生跳躍處差值仍然有10LKFS。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)研究，只要響度不脫離 “舒適區(qū)”，聽(tīng)眾就可以接受一定的響度變化，“舒適區(qū)”是指偏離理想響度值約+3LU至5LU的響度區(qū)間，我國(guó)實(shí)測(cè)的響度舒適點(diǎn)的響度理想值對(duì)應(yīng)23 LKFS。我臺(tái)在播出線上使用的響度控制設(shè)備屬于實(shí)時(shí)響度控制，實(shí)時(shí)響度調(diào)整設(shè)備處理音頻時(shí)先提取音頻的部分信息，按照響度預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，當(dāng)音量過(guò)大超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，經(jīng)過(guò)響度控制設(shè)備后會(huì)被按比例壓低。相反，當(dāng)音量過(guò)小低于過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，經(jīng)過(guò)響度控制設(shè)備后會(huì)被按比例放大。這種方式節(jié)目的平均輸出響度與響度預(yù)期值不完全一致。部分廣告節(jié)目之間由于響度差異太大即使經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)響度處理仍然難以達(dá)到“舒適區(qū)”要求，當(dāng)相鄰兩條節(jié)目間聲音大小差異過(guò)大時(shí)即使通過(guò)實(shí)時(shí)響度處理設(shè)備處理，仍然會(huì)存在聲音大小跳變。

七.結(jié)論

在播出系統(tǒng)中增加數(shù)字音頻信號(hào)自動(dòng)響度控制設(shè)備可以控制播出節(jié)目的整體平均響度；并可控制播出節(jié)目的峰值電平，保證安全播出。自動(dòng)響度控制器在我臺(tái)播出系統(tǒng)中使用后極大的改善了我臺(tái)節(jié)目播出質(zhì)量，減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，起到了事半功倍的效果。但響度控制的最大目的是提升播出品質(zhì)，改善觀眾收視體驗(yàn)，它不僅僅是播出部門(mén)的事，響度控制器也只是最基本的規(guī)范手段，并不能完全改善播出音頻質(zhì)量，采用這種方式還會(huì)改變節(jié)目的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)節(jié)目的音質(zhì)帶來(lái)一定的影響?；谌值捻懚日{(diào)整為非實(shí)時(shí)應(yīng)用能夠通過(guò)計(jì)算與響度預(yù)期值的差值，根據(jù)該差值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。這種方式對(duì)節(jié)目的所有音頻信號(hào)進(jìn)行相同大小的調(diào)整，不改變信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)聲音質(zhì)量基本無(wú)影響，在節(jié)目制作后播出前對(duì)節(jié)目文件進(jìn)行操作即能改善音效又能保證播出，當(dāng)前這種方式更適合目前播出環(huán)境。要徹底改善節(jié)目響度，提高播出質(zhì)量還要尋找更加清晰有效的標(biāo)準(zhǔn)和制作方法，提高音頻制作、傳輸水平，將響度控制由播出末級(jí)逐步向制作領(lǐng)域前推，在節(jié)目制作源端實(shí)現(xiàn)響度標(biāo)準(zhǔn)、在末端對(duì)節(jié)目傳輸環(huán)節(jié)加以規(guī)范，給觀眾帶去更美好的視聽(tīng)感受。