電視伴音響度測量及控制技術

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。筆者曾經參加了《電視伴音響度控制技術和政策研究》項目組的工作，對響度的測量和控制技術進行了研究，在此與諸位同仁分享、交流。

電視伴音響度控制技術包括響度的測量和響度控制兩部分。

1 響度測量技術

1.1 響度測量設備

響度測量的關鍵是選擇好測量設備。建議采用符合ITU相關標準的響度表。對于各類響度儀表和監測軟件，可使用ITU《Report ITU-R BS.2217 Compliance material for Recommendation ITU-R BS.1770》提供的標準測試音頻文件進行校準。

ITU標準建議的響度表，有如下幾種模式：

相關廠商提供了符合ITU標準的響度監測設備。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：顯示實際響度數值的響度表、柱狀表、雷達表等。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測軟件，以及可以對音頻文件進行響度分析的軟件。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。顯示界面為環形，色彩區分不同響度，使用者可以很容易地辨別出響度是否處于響度舒適區范圍內。

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，比較符合傳統監視習慣。

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值（瞬時、短時、節目響度）。

圖5為數字響度表，它可輸出響度記錄數據用于節目響度分析。

實時響度監測軟件可對實時音頻信號進行測試，包括電平、響度、準峰值，測量日志可輸出。

1.2 響度測量工具應用環境建議

上述滿足ITU標準的響度表在實際電視節目制作、播出、傳輸及分發工作中均可采用，結合不同的工作需求，各個環節應有不同的側重：

（1）節目制作環節，宜使用雷達表或者柱狀表，便于實時觀察。制作人員應同時關注響度表快速模式和積分模式的響度數值?？焖倌Ｊ綌抵涤糜趯崟r控制響度值，使其在目標值上下合理范圍內波動；積分模式數值用于控制節目的整體響度，保持節目整體響度的一致性。

（2）節目播出環節，宜使用能自動生成響度日志文件的響度監測設備，重點關注積分模式的響度數值。響度監測設備的日志文件和生成的監測曲線可以更加精確地反映監測時段內響度的變化情況。該數據可以和播出串聯單對比分析，為各個頻道提供全面的響度監控數據，為制作環節提供控制依據；該數據還可以為播出環節自動響度控制設備的參數設置提供依據。

（3）信號傳輸、分發環節，宜使用能自動生成響度日志文件的設備，定期匯總分析各頻道響度數據，為上游環節提供反饋。

圖1 標準響度表常見模式

圖2 雷達表表盤圖示

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、多種數據顯示模式、多種測量結果報告，可根據不同應用場合進行選擇。

（1）信號源選擇

用戶可根據測試信號類型選擇合適的輸入，模擬或數字，SDI嵌入音頻或AES數字音頻。

圖5 數字響度表

圖6 實時響度監測軟件界面

（2）數據顯示模式

部分響度表可選擇節目電平、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，制作環節應關注瞬時響度和長期響度，播出環節應關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，絕對響度值應該在-23 LKFS上下擺動，相對響度值應該在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值比對就可直接知道當前響度與目標值的偏離值。

（3）數據輸出

測試音頻文件響度的設備，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。用戶可以根據這些離散值生成折線圖表，觀察響度變化趨勢及響度動態范圍。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，用戶可以根據這個平均響度值與目標值的偏離值平移電平使這段音頻達到響度目標值。

（4）日志文件應用

有些信號監測設備，可以實現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內響度中心值位置及響度隨時間的變化、響度動態范圍是否符合舒適區范圍。根據日志與節目單比對，用戶可以鎖定響度異常的節目，其對應精度達到秒。這類測試軟件在參數設置上需要注意給出數據的時間間隔應該≤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 響度測量數據

對響度測量數據的分析與解讀，是電視伴音響度控制的基礎。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，用于質量控制（主要集中在節目輸入階段）、節目發送和后期分析。

長時間對快速模式測量數據的監測與記錄，可以全面準確反映節目響度情況。

（2）節目響度值

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

單聲道、雙聲道、立體聲、5.1環繞立體聲節目都應按照此目標值進行制作，響度測量值應為-23±2 LKFS。

圖7中的節目響度中心值可視為節目響度值，僅《新聞聯播》符合響度標準。

（3）節目響度動態范圍

該參數指節目內部響度變化的范圍，采用快速模式獲得。在節目響度符合目標值情況下，響度動態宜在舒適區范圍內，極限不應超出容忍區上限。

圖7 某頻道黃金時段響度曲線分析

圖7中《新聞聯播》響度動態范圍較好落在舒適區范圍內；節目預告響度動態范圍并不大，但響度中心值超過目標值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，應符合-23±2 LKFS，該值無法反映節目間響度跳變、響度動態范圍。

圖7中播出響度值基本滿足要求，但節目跳變明顯存在，不滿足響度一致性要求。

（5）播出響度動態范圍

播出響度動態范圍指一個頻道全天播出節目的響度范圍一致，采用快速模式獲得，它應該與節目響度范圍一致，在響度舒適區范圍內活動，極限不應超出容忍區上限。

該指標可以解決播出響度跳變問題，應使用24 h不間斷監測，并能自動生成響度曲線的設備進行監測。

圖8為某頻道24 h播出響度曲線。

2 響度控制技術

2.1 響度控制技術分類

響度控制技術可以分為兩大類：節目響度歸一化技術，即通過設備、人工等手段，把節目響度控制在目標值；元數據控制技術，即在節目制作端寫入該節目響度元數據，接收端用戶自行設定自己期望的響度值，對該節目進行還原。

根據我國目前電視制播的實際情況，短期內采用響度歸一化方式可以較快地改善現有問題；隨著數字化網絡化制播方式的推進，采用元數據控制技術是未來發展方向之一。

2.1.1 響度歸一化技術

采用響度歸一化方式，在技術手段上較為簡單，對于現有制播鏈路的系統影響較小，可以兼顧現有的各類制播系統?？梢酝ㄟ^制作域的人工控制、制播環節的設備自動控制、文件化控制等多種技術手段來實施。響度歸一化方式涉及制播、傳輸、分發諸多環節，必須依賴完整的控制實施流程：包括政策宣貫、標準制定操作培訓、建立監督和反饋機制。

（1）人工控制

這里指的人工控制，是指通過人耳的主觀監聽和響度監測設備指示，在節目制作環節對節目的響度進行控制。這一手段主要應用在制作領域的演播室、轉播車及后期制作階段。

在具備響度監測設備的情況下，通過對響度表讀數的觀察，對節目電平、頻率、動態、聲道進行調整，達到響度目標值。

在不具備響度監測設備的情況下，則需要在校準的監聽環境中，通過主觀聽覺和對電平表的觀察，借助經驗值對節目進行響度調整。

（2）設備自動控制

設備自動控制包括對信號進行自動控制和對文件進行自動控制。

對信號控制：在通路中嵌入自動響度處理設備，調整設備參數，使節目響度達到目標值。自動控制的關鍵是參數的設定，包括目標值、控制門限值、響度范圍、分頻段設置參數、LIMIT、AGC值。制作域可以針對不同節目類型設置合適的參數，播出域則需要放寬門限，對信號進行較“弱”控制，避免已經控制過的信號被二次處理，影響主觀聽感。

對文件控制：對文件進行響度分析，獲知響度，根據目標值平移節目電平，使節目達到目標響度。文件處理的關鍵是目標值的設定及LIMIT參數設定，電平平移容易發生信號過大的危險，需要設上限保護。

圖9為電平一致情況下，進行響度歸一后，電平超過上限后進行限幅處理的示意圖：

2.1.2 響度元數據技術

元數據控制技術，需要在電視節目的制作、播出、傳輸、分發及用戶端全流程配合，保證在制作領域寫入的節目響度元數據信息可以伴隨節目信號正確傳輸到用戶機頂盒。

采用元數據技術，制作人員可以根據不同節目的制作特點進行較為自由的節目制作，無需按照某一固定目標值進行響度控制。用戶在收到伴有元數據信號的節目后，可根據自己的欣賞習慣和家庭音響環境，在接收端進行播放響度的設置。

采用響度元數據方式需要電視制播全鏈路的配合，該方式的實現由于牽涉較多設備和系統投入，在廣電系統全面實施需要較長的周期。

2.2 響度控制設備

圖10為音頻信號響度控制設備。這類設備均支持ITU-1770-1/2 及EBU-R128 國際通用響度標準，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 瀏覽器方式參數及設置頁面，能夠接受外部觸發（網絡協議），啟動/停止響度測量進程，并將測量結果通過SNMP協議報出，支持File Logger 在線及離線節目信號狀態分析。

圖11為音頻文件響度控制設備。DOLBY DP600服務器面板圖示，DP600是基于文件的響度控制設備，可以將音頻文件的響度調整至設定值。

2.3 響度控制設備的主要參數

（1）響度目標值

響度目標值應設為-23 LKFS，這一參數決定響度控制后節目的響度值。

（2）門限（包括上限和下限）

當響度值處于這兩個參數之間時，節目信號被視為安全，設備不對信號進行響度控制，該參數響度應根據應用環境設置。

圖9 響度控制后造成電平削波

對上限設置的考慮，可以比目標值略大，但不能超過2 dB，否則節目控制結果不好，節目響度一定會超過目標值。

有些設備則用下限參數和偏離目標值參數進行控制，兩者配合使用。

對下限（Freeze）設置的考慮：

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

制作域，根據不同的節目類型也應該有不同值。語言類節目，可適當提高，以使談話或新聞節目的響度平穩；大動態音樂類節目需要降低，以獲得更大動態。制作者應不斷嘗試，找出最合適的值。

（3）控制力度

該參數決定當需要進行響度控制時，增益或衰減的最大數值。（見圖13）

（4）響應速度

這個參數決定了響度控制的響應速度，有些設備用attack time和release time來設置。

除此之外，不同的設備各有其響度優化方法，用戶應根據實際情況，比較不同參數處理的結果，根據不同的應用環境找出最合適的設置。

圖12為幾個響度控制設備的處理結果，不同的處理方法、不同參數設置導致響度控制的幅度、速度各不相同。

圖10 音頻信號響度控制設備

圖11 音頻文件響度控制設備

圖12 同樣信號采用不同設備處理前后的電平信號波形

圖13 同樣信號經不同設備控制前后的信號響度對比

3 結束語

本文僅從技術層面分析了響度的測量及控制，縱觀電視節目制作、播出、傳輸、分發到用戶全流程，可知伴音響度控制是一個系統工程，需要統籌解決。期待現有的技術手段能為政策的制定、全鏈路響度控制策略提供強有力支撐，早日實現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節音量。