關于數字滿度電平及其與模擬電平關系的幾點認識

奚修仲

(滕州市廣播影視總臺，山東 滕州277500)

1 數字音頻系統中滿刻度電平的概念

dBFS（dB Full Scale）是數字音頻信號電平單位，也叫滿度相對電平。Full Scale指0 dBFS的位置，等于滿度的數字音頻參考電平?！皾M刻度”是指轉換器可能達到“數字過載”之前的最大可編碼模擬信號電平。數字音頻信號以系統能處理的最大音頻信號的編碼為基準值，數字音頻信號幅度的編碼相對于這個最大音頻編碼所代表的幅度之比，即為滿度相對電平，因為規定最大值為基準，所以，實際數字音頻信號的相對電平都為負值。

2 幾個不同的標準

現今存在兩個不同的數字基準編碼電平，一個是SMPTE（美國電影與電視工程師協會）提出的，一個是EBU（歐洲廣播聯盟）提出的。兩個標準都明確規定，無論用多少比特的量化精度，基準編碼電平（coding level）都應該與系統最大編碼電平有相對固定的關系。

SMPTE的規定為“0dBFS對應+24dBu”，其對數字音頻設備滿度電平的相關表述為：

校準信號為比系統最大電平低20dB的1kHz正弦波?？紤]16比特有效位編碼，此最大電平的正峰值為7FFF（十六進制），負峰值為8000（十六進制）；

電平檢測表應校準到穩態參考信號（－20dBFS），相當于音頻節目信號的正常工作電平（2000年廣電總局發布的GY/T152《電視中心制作系統運行維護規程》中規定我國電視制作音頻系統的校準電平為+ 4dBu，所以數字滿度電平應為+24dBu）。

EBU（R 68-2000）的規定為“0dBFS對應+22dBu”，其對數字音頻設備滿度電平的相關表述為：

校準信號為1kHz正弦波；音頻節目的最大允許電平應比校準電平高9dB；考慮到操作誤差和音頻節目瞬間峰值的影響，應留6dB的電平儲備量；考慮到廣播用準峰值表的特性，實際的峰值比準峰值表的指示要高3dB；在數字設備中，數字音頻信號編碼電平的校準電平應比系統最大可編碼電平低18dB（2000年廣電總局發布的GY/T152《電視中心制作系統運行維護規程》中規定我國電視制作音頻系統的校準電平為+4dBu，所以數字滿度電平應為+22dBu）。

根據國家標準，數字音頻設備所采用的編碼方式應符合GB／T14919－1994《數字聲音信號源編碼技術規范》的規定，編碼方式至少相當于PCM16bit均勻量化的精度。參照這一標準，行業標準GY/T 192-2003《數字音頻設備的滿度電平》規定：在廣播電視音頻系統中，數字設備的滿度電平值0dBFS對應的模擬信號電壓電平為＋24dBu（即SMPTE RP155的標準）；考慮到我國廣播電臺的實際情況，現階段允許滿度電平值0dBFS對應模擬信號電壓電平+22dBu的數字設備繼續使用。所以這里我們明確了我國廣播電視音頻系統的滿度電平為+ 24dBu（“0”dBFS對應+24dBu），數字基準電平為-20dBFS，模擬校準電平為+4dBu。

3 模擬電平、峰值電平與數字音頻信號編碼電平的關系

在錄制0VU1kHz正弦波信號時，采用SMPTE標準的設備其數字峰值表（DPPM）讀數為－20dBFS；采用EBU標準的設備其數字峰值表（DPPM）讀數為－18dBFS。但一個節目由多種頻率組成，受峰值因數（注*）的影響，數字音頻信號編碼電平（dBFS）與模擬電平VU值并不是完全的線性關系，只是有明顯的正相關性。我國采用的I型PPM表與VU表的校準點為-9dB。

4 實際工作中遇到的問題

目前電視臺存在著大量的混合音頻制作系統。如果音頻系統基準電平選擇不恰當，會造成系統工作電平起伏變化，甚至導致失真增大，信噪比減小，同時還影響到不同單位間的節目交換。如果不了解各種音頻表的特性，很有可能錄出來的節目電平偏大或者偏小，造成信噪比過小或者節目電平出現過載失真。

電視臺的數字音頻設備主要有兩種，一種是數字基準電平為-20dBFS的SMPTE標準設備，另一種為數字基準電平為-18dBFS的EBU標準設備。不管是符合我國廣電行業數字基準編碼電平-20dBFS、模擬基準電平+4dBu的標準設備還是數字基準編碼電平為-18dBFS、模擬基準電平為0dBu非標準設備，我們都應該先分別按設備原標準校準單機設備的工作電平，使設備能達到自身標準規定的指標，然后根據各自工作電平的標準，采取措施實現電平匹配，使系統輸出符合我國廣電行業的指標。在一個混合系統中，如果標準設備連接于非標設備之前，應提高非標準設備輸入增益來提升電平，使信號符合非標準設備的額定電平。如果非標準設備連接于標準設備之前，應降低標準設備的輸入增益來衰減電平，使信號符合標準設備的額定電平。

建議今后在數字設備的招投標、設備選型、維護校準、設備驗收等的數字化進程中，涉及數字設備的音頻信號幅度指標時均應符合廣電行業標準GY/T 192-2003《數字音頻設備的滿度電平》標準的規定，即執行音頻系統的滿度電平為+24dBu，數字基準電平為-20dBFS，模擬校準電平為+4dBu的標準。

目前，廣電總局已統一節目的聲音基準電平為：模擬電平0VU，+ 4dBm、數字電平－20dBFS。這一基準電平很重要，它是節目聲音工作電平的基準依據，也是節目聲音質量的基礎。如果基準電平設置不規范，即使電平運用范圍得當，也容易造成過載失真、信噪比過小、動態范圍狹窄等聲音質量的問題。

注*峰值因數：聲音信號的峰值對有效值之比為該信號的“峰值因數”，不同的信號“峰值因數”不同，實際信號（非正弦波信號）的峰值因數不再具有正弦波信號的的關系，常見聲音信號峰值因數一般為1～5之間。

［1］國標GB/T14919－1994數字聲音信號源編碼技術規范[S].

［2］廣電行業標準GY/T 192-2003數字音頻設備的滿度電平[S].

［3］國家廣電總局2000年發布的GY/T152電視中心制作系統運行維護規程[S].

［4］國家廣電總局.國家廣播電影電視總局電視節目技術質量（金帆獎）獎勵辦法[Z].2002.

［5］美國電影與電視工程師協會（SMPTE RP 155-1997）標準[S].

［6］歐洲廣播聯盟（EBU R 68-2000）標準[S].