响度问题及解决方法初探

电视伴音响度问题及解决方法初探程宏王麒黄帅摘要：本文根据实际工作中遇到的响度问题，不仅从专业技术人员的角度，更重要是从观众与用户的角度出发，进行了一系列主客观测试和初步分析。从目前的响度标准及立法、电视信号链路上存在的响度问题、初步解决方法以及国内电视台在响度控制方面取得成果等几方面对响度问题进行了梳理与阐述。关键词：响度标清高清响度标准响度归一元数据自动音量控制（AVC）电视节目离不开声音，声音也充实着电视节目，声音在电视中发挥着不可替代的作用。广播电视行业在当今众多传播载体中，要想取得满意的传播效果，就必须重视电视声音。电视伴音响度的忽大忽小给电视观众带来了很大的困扰。仅从主观听觉而言，不同频道的节目声音就相差较大，而同一频道的不同节目的声音差别也较大。电视伴音响度的不一致严重影响了收视效果，影响了数字电视的服务质量。针对用户反应在有线电视接收端节目响度存在一定差异的问题，北京电视台播出部就此进行了一系列主观与客观测试。1北京地区高标清频道存在的响度问题主观测试是完全站在用户的角度上去反复聆听。我们选取了几个测试地点，分别位于北京市海淀区学院路、北京市海淀区人民大学、北京市石景山区鲁谷、北京市朝阳区建国路、北京市昌平区回龙观、北京市顺义区城区。在这些地点，我们的小组成员通过北京歌华有线的高清机顶盒对央视《新闻联播》节目及我台转播的《新闻联播》节目进行反复监听比较，发现高标清输出音量的差异存在一些共性的情况（在电视机的自动音量调整功能关闭的情况下），即：SDBTV1=SDCCTV1HDBTV1=HDCCTV1SDCCTV1HDCCTV1（SDBTV1HDBTV1；SDBTV1HDCCTV1）随后，我们就高标清频道音频输出差异进行了更广泛的监听。进一步发现除了央视和北京电视台，几个主要的省级卫视频道（湖南电视台、浙江电视台、黑龙江电视台等）在各时段也存在标清的输出响度大于高清输出响度的现象，人耳感觉较明显。由此我们认为，在北京地区的用户接收端，对于高标清同播频道而言，普遍存在标清频道的输出响度大于高清频道的现象。为了进一步探明原因，我们在北京电视台的播出机房和总控机房，再次分别对BTV卫视的信号进行监听。通过客观和主观测试，我们初步确认BTV播出机房输出的卫视高清、标清SDI输出音频信号不存在明显差异。由此我们认为造成高标清音频输出信号存在明显差异的原因有可能出在播出机房之后，各传送环节需要进行排查。可能是传输、接收以及主观听觉等同性因素所造成的。2具体客观测试的数据和初步判断2014年6月26日下午15：30至2014年6月27日下午15：30，技术设备管理部的技术人员对这一时段来自于BTV及央视的电视信号进行了收录。录制方式分别为：（1）北京电视台播出链路（键控器之前）HD-SDI/SD-SDI信号调度至收录网收录，高清录制格式：MPEGⅡ/I帧/100M；标清录制格式：MPEGⅡ/I帧/50M。由非编工作站输出HD-SDI/SD-SDI信号，经解嵌后AES信号输入响度分析仪（DOLBYLM100）进行数据分析。（2）中央电视台传送的HD-SDI/SD-SDI信号输入北京电视台播出传输系统之前调度至收录网收录，高清录制格式：MPEGⅡ/I帧/100M；标清录制格式：MPEGⅡ/I帧/50M。由非编工作站输出HD-SDI/SD-SDI信号，经解嵌后AES信号输入响度分析仪（DOLBYLM100）进行数据分析。测试数据如下图所示图1北京电视台卫视频道与中央电视台综合频道24小时播出节目响度数据分析图图2北京电视台卫视频道转播新闻联播节目与中央电视台综合频道新闻联播节目响度数据分析图表1北京电视台卫视频道与中央电视台综合频道24小时播出节目响度数据统计测试频道响度均值(dB)响度值范围(dB)响度变化幅值(dB)CCTV1标清-24.6-23.6～-25.72.1BTV卫视标清-27.2-22.2～-35.112.9BTV卫视高清-27.3-22.1～-35.012.9CCTV1高清-30.6-28.6～-34.05.4根据客观测试及多次主观聆听的结果，我们做出如下判断：1）北京地区，央视及几个不同的主要省级卫视频道（湖南电视台、浙江电视台、黑龙江电视台）也存在标清的音量比高清大很多的现象，人耳感觉明显。初步表明标清的音量比高清大很多的现象普遍存在，不仅仅只限于北京电视台和中央电视台。2）北京电视台卫视频道的高清SDI信号和标清SDI信号响度基本一致。北京电视台卫视频道的播出中心链路没有对外来信号进行增益上的调整和处理。造成高标清音频输出信号存在明显差异的原因出在播出机房之后，针对到达最终电视观众的各传送环节均需要进行进一步排查。3）各国内电视台普遍存在，同一频道所制作的不同节目的声音主观感觉不同。不同类型的节目，存在不同的声音主观感觉。4）同一节目的高清与标清频道音频输出给观众不同的声音主观感觉。可能是传输、接收以及主观听觉等共性因素所造成的。3有关响度的定义及响度的基本要素3.1响度的定义和电视伴音响度控制机理响度是人们对以声音进行重放的音频信号的一种感觉特性。它是振幅、频率和带宽的非线性复合函数。响度描述的是声音的响亮程度，表示人耳对声音的主观感受。响度的大小与发声体的振幅、距发声体的远近、声音发散程度、人耳的主观感觉及声波传播介质相关。电视伴音响度控制的主要指标包括：响度目标值、节目响度容许偏差值及响度动态范围。控制上述指标，即可实现对电视伴音响度的控制。（1）响度目标值用来对电视伴音信号的响度进行归一化制作或者播出的标准数值，规定这一目标值，可以统一制作播出规范，从而对电视伴音响度进行有效控制和管理。根据国内外相关标准，响度目标值宜设定为-24LKFS，该响度值可以兼顾设备电平校准和后续的节目制作习惯。该目标值适用于单一节目的响度控制和频道整体响度监测控制。（2）节目响度容许偏差值这一参数主要指节目的响度测量值与目标值偏离的范围。节目响度容许偏差值宜为响度目标值的±2LKFS。实现各类节目的响度统一即可实现频道响度一致。（3）节目响度动态范围节目响度动态范围是指以响度目标值为中心的按照快速模式测量的响度数值的上下浮动范围。响度动态范围宜以响度目标值为中心的听感舒适区内上下浮动，不超出听感容忍区。3.2响度的基本要素有以下几点（1）响度单位：响度单位有LKFS、LUFS以及LU。LKFS（LoudnessK-weightedFullScale）：参照数字信号满电平的K计权响度，是响度的绝对测量单位，应用于ITUBS.1770以及ATSCA/85标准中。LUFS（LoudnessUnitsFullScale）：以数字信号满电平值为基础的响度单位，是响度的绝对测量单位，应用于EBU标准中。LU（LoudnessUnits）：响度单位，是响度的相对测量单位。（2）节目响度：指节目在整个节目时长上的整体响度。节目响度电平是以LUFS或LKFS为单位的节目响度值。（3）响度范围（LRA）：反映一个节目内的响度分布。（4）最大真峰值电平（dBTP）：指在连续时间域内，节目音频信号波形的最大值。（5）响度目标值：对于ATSCA/85标准而言，其推荐的响度目标值为-24LKFS；对于EBUR128标准而言，其设定的响度目标值为-23LUFS。（6）门限（Gating）：门限就是要将节目中不需要纳入响度计算的部分排除出去。其中分为绝对门限（响度低于-70LKFS）和相对门限（低于平均响度值-10LU）。4国际相关组织的响度标准及具有代表性的响度立法4.1ITU：在ITU-RBS.1770建议书中，ITU建议当要求音频通道或者节目响度的客观测量要便于节目传送和交换时，应采用“客观多声道响度测量算法”中规定的算法；在节目制作和后期制作中采用的、用于指示节目响度的方法可以以“客观多声道响度测量算法”中规定的算法为基础；当需要指示数字音频信号的真正峰值电平时，测量方法应基于“准确测量“真正峰值”电平的准则”中指出的准则，或者一个能提供类似或较好结果的方法。同时进一步建议：进一步的工作应该旨在扩充“客观多声道响度测量算法”中规定的算法，从而提供短时响度的指示；应该考虑到如果证实新的响度算法提供的性能要明显优于“客观多声道响度测量算法”中规定的算法，可能需要更新本建议书。4.2EBU：在EBU推荐标准R.128中，EBU推荐节目响度、响度范围、最大真峰值电平应当作为描述音频信号的个性特征；节目响度电平应当标准化至-23LUFS示值的目标响度电平。对于不能实现精确规整的节目片断（例如：直播节目），其响度电平与目标电平的允许偏差一般不超过±1LU；测量的音频信号必须包含全部内容，不能对任何特定成分作加重，例如声音、音乐或音效；测量应采用与ITU-RBS.1770和EBU技术档案3341[4]相兼容的响度表。同时EBU进一步建议对于已经标准化至-23LUFS目标电平的节目，其响度元数据的示值应当设置为-23LUFS；元数据必须总是准确指示节目的实际响度，即便由于某些原因，节目响度未被标准化至-23LUFS；涉及制作及设备实现的音频处理、系统及操作，应当在兼容EBU技术档案3343[6]的情况下进行；涉及节目分发领域的音频处理、系统及操作应当在兼容EBU技术档案3344[7]的情况下进行。这个推荐标准从2012年开始实施，到了2013年底，所有欧盟国家均已采纳并执行这个标准。4.3《降低商业广告音量法案》（CommercialAdvertisementLoudnessMitigation，CALMAct）:该法案2010年12月由美国总统奥巴马签署通过，经过一年的宽限准备期后，由美国联邦通信委员会(FCC)正式开始负责监督执行。美国的广播电视公司、有线电视及卫星电视公司都必须遵守这一法案的规定，电台及网络节目则不受限。该法案的提出是为了保护观众不受音量过大的广告的侵扰，尤其是过吵、过于刺耳的广告对儿童的危害。这个看似小题大做的法案广获美国民众的支持，同时也将推动一些无法适应目前美国电视节目平均音量的广告商与广电公司的技术升级。CALM法案规定如果消费者坐在家里投诉商业广告和节目之间音量不一致，该电视台可能为一次违规被罚款1万美元。一旦被投诉一次，待查电视台7天内必须向FCC提供播出广播码流的24小时“抽查”以保证合规。如果无投诉，电视台仍需在两年内每年提供抽查。此后，证明没有违反此法令的电视台不再必须抽查。5国内电视台在响度控制方面取得成果2009年广电总局规划院完成了《电视节目伴音响度一致性方案研究》的报告，对于电视伴音响度问题进行了较为全面的分析和研究。江苏广播电视集团于2010年承接了广电总局科技司《电视伴音响度控制技术和政策研究》项目工作，并于2012年通过广电总局验收；同时中央电视台也于2012年制定出“央视试行响度规范”，对推进我国电视音频技术发展发挥了重要作用。5.1以央视为例：央视在制定《电视节目音频制作的响度规范》的基础上，在全台实施整体的响度控制方案：（1）在现有专业音频制作域（演播室、后期录音棚）全面部署响度测量与响度控制设备，在音频岛内制作完成的音频文件在送至制作岛之前，需经过文件化响度测试，如果响度值未达到目标响度标准，则需返回重做直至达标为止。（2）视频制作岛：部署自动响度测量与校正软件，使得后台文件化测量、文件化响度校正成为非专业音频制作人员完成响度控制重要手段。（3）播出域：部署信号级频道响度控制器，并通过SNMP协议完成信号级节目响度测量与上报。5.2以江苏台为例：经过研究与实践，江苏电视台制定出电视节目伴音响度控制制作指南（暂行）。5.2.1声音电平表要求（1）节目声音信号电平在数字电平表上原则上不超过-9dBFS；最大不能超过-6dBFS。（2）节目制作过程中，声音电平在数字电平表中宜以-15dBFS为中心上下波动。5.2.2声音响度要求（1）节目声音响度在响度表上原则上不超过-21LKFS；最大不超过-18LKFS。（2）节目制作过程中，声音响度在响度表中宜以-24LKFS为中心上下波动。5.2