關(guān)于數(shù)字滿度電平及其與模擬電平關(guān)系的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

奚修仲

(滕州市廣播影視總臺(tái)，山東 滕州277500)

1 數(shù)字音頻系統(tǒng)中滿刻度電平的概念

dBFS（dB Full Scale）是數(shù)字音頻信號(hào)電平單位，也叫滿度相對(duì)電平。Full Scale指0 dBFS的位置，等于滿度的數(shù)字音頻參考電平。“滿刻度”是指轉(zhuǎn)換器可能達(dá)到“數(shù)字過(guò)載”之前的最大可編碼模擬信號(hào)電平。數(shù)字音頻信號(hào)以系統(tǒng)能處理的最大音頻信號(hào)的編碼為基準(zhǔn)值，數(shù)字音頻信號(hào)幅度的編碼相對(duì)于這個(gè)最大音頻編碼所代表的幅度之比，即為滿度相對(duì)電平，因?yàn)橐?guī)定最大值為基準(zhǔn)，所以，實(shí)際數(shù)字音頻信號(hào)的相對(duì)電平都為負(fù)值。

2 幾個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)今存在兩個(gè)不同的數(shù)字基準(zhǔn)編碼電平，一個(gè)是SMPTE（美國(guó)電影與電視工程師協(xié)會(huì)）提出的，一個(gè)是EBU（歐洲廣播聯(lián)盟）提出的。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都明確規(guī)定，無(wú)論用多少比特的量化精度，基準(zhǔn)編碼電平（coding level）都應(yīng)該與系統(tǒng)最大編碼電平有相對(duì)固定的關(guān)系。

SMPTE的規(guī)定為“0dBFS對(duì)應(yīng)+24dBu”，其對(duì)數(shù)字音頻設(shè)備滿度電平的相關(guān)表述為：

校準(zhǔn)信號(hào)為比系統(tǒng)最大電平低20dB的1kHz正弦波。考慮16比特有效位編碼，此最大電平的正峰值為7FFF（十六進(jìn)制），負(fù)峰值為8000（十六進(jìn)制）；

電平檢測(cè)表應(yīng)校準(zhǔn)到穩(wěn)態(tài)參考信號(hào)（－20dBFS），相當(dāng)于音頻節(jié)目信號(hào)的正常工作電平（2000年廣電總局發(fā)布的GY/T152《電視中心制作系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》中規(guī)定我國(guó)電視制作音頻系統(tǒng)的校準(zhǔn)電平為+ 4dBu，所以數(shù)字滿度電平應(yīng)為+24dBu）。

EBU（R 68-2000）的規(guī)定為“0dBFS對(duì)應(yīng)+22dBu”，其對(duì)數(shù)字音頻設(shè)備滿度電平的相關(guān)表述為：

校準(zhǔn)信號(hào)為1kHz正弦波；音頻節(jié)目的最大允許電平應(yīng)比校準(zhǔn)電平高9dB；考慮到操作誤差和音頻節(jié)目瞬間峰值的影響，應(yīng)留6dB的電平儲(chǔ)備量；考慮到廣播用準(zhǔn)峰值表的特性，實(shí)際的峰值比準(zhǔn)峰值表的指示要高3dB；在數(shù)字設(shè)備中，數(shù)字音頻信號(hào)編碼電平的校準(zhǔn)電平應(yīng)比系統(tǒng)最大可編碼電平低18dB（2000年廣電總局發(fā)布的GY/T152《電視中心制作系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》中規(guī)定我國(guó)電視制作音頻系統(tǒng)的校準(zhǔn)電平為+4dBu，所以數(shù)字滿度電平應(yīng)為+22dBu）。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字音頻設(shè)備所采用的編碼方式應(yīng)符合GB／T14919－1994《數(shù)字聲音信號(hào)源編碼技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，編碼方式至少相當(dāng)于PCM16bit均勻量化的精度。參照這一標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 192-2003《數(shù)字音頻設(shè)備的滿度電平》規(guī)定：在廣播電視音頻系統(tǒng)中，數(shù)字設(shè)備的滿度電平值0dBFS對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電壓電平為＋24dBu（即SMPTE RP155的標(biāo)準(zhǔn)）；考慮到我國(guó)廣播電臺(tái)的實(shí)際情況，現(xiàn)階段允許滿度電平值0dBFS對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)電壓電平+22dBu的數(shù)字設(shè)備繼續(xù)使用。所以這里我們明確了我國(guó)廣播電視音頻系統(tǒng)的滿度電平為+ 24dBu（“0”dBFS對(duì)應(yīng)+24dBu），數(shù)字基準(zhǔn)電平為-20dBFS，模擬校準(zhǔn)電平為+4dBu。

3 模擬電平、峰值電平與數(shù)字音頻信號(hào)編碼電平的關(guān)系

在錄制0VU1kHz正弦波信號(hào)時(shí)，采用SMPTE標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備其數(shù)字峰值表（DPPM）讀數(shù)為－20dBFS；采用EBU標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備其數(shù)字峰值表（DPPM）讀數(shù)為－18dBFS。但一個(gè)節(jié)目由多種頻率組成，受峰值因數(shù)（注*）的影響，數(shù)字音頻信號(hào)編碼電平（dBFS）與模擬電平VU值并不是完全的線性關(guān)系，只是有明顯的正相關(guān)性。我國(guó)采用的I型PPM表與VU表的校準(zhǔn)點(diǎn)為-9dB。

4 實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題

目前電視臺(tái)存在著大量的混合音頻制作系統(tǒng)。如果音頻系統(tǒng)基準(zhǔn)電平選擇不恰當(dāng)，會(huì)造成系統(tǒng)工作電平起伏變化，甚至導(dǎo)致失真增大，信噪比減小，同時(shí)還影響到不同單位間的節(jié)目交換。如果不了解各種音頻表的特性，很有可能錄出來(lái)的節(jié)目電平偏大或者偏小，造成信噪比過(guò)小或者節(jié)目電平出現(xiàn)過(guò)載失真。

電視臺(tái)的數(shù)字音頻設(shè)備主要有兩種，一種是數(shù)字基準(zhǔn)電平為-20dBFS的SMPTE標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，另一種為數(shù)字基準(zhǔn)電平為-18dBFS的EBU標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。不管是符合我國(guó)廣電行業(yè)數(shù)字基準(zhǔn)編碼電平-20dBFS、模擬基準(zhǔn)電平+4dBu的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備還是數(shù)字基準(zhǔn)編碼電平為-18dBFS、模擬基準(zhǔn)電平為0dBu非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，我們都應(yīng)該先分別按設(shè)備原標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)單機(jī)設(shè)備的工作電平，使設(shè)備能達(dá)到自身標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)，然后根據(jù)各自工作電平的標(biāo)準(zhǔn)，采取措施實(shí)現(xiàn)電平匹配，使系統(tǒng)輸出符合我國(guó)廣電行業(yè)的指標(biāo)。在一個(gè)混合系統(tǒng)中，如果標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接于非標(biāo)設(shè)備之前，應(yīng)提高非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸入增益來(lái)提升電平，使信號(hào)符合非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的額定電平。如果非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之前，應(yīng)降低標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的輸入增益來(lái)衰減電平，使信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的額定電平。

建議今后在數(shù)字設(shè)備的招投標(biāo)、設(shè)備選型、維護(hù)校準(zhǔn)、設(shè)備驗(yàn)收等的數(shù)字化進(jìn)程中，涉及數(shù)字設(shè)備的音頻信號(hào)幅度指標(biāo)時(shí)均應(yīng)符合廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 192-2003《數(shù)字音頻設(shè)備的滿度電平》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，即執(zhí)行音頻系統(tǒng)的滿度電平為+24dBu，數(shù)字基準(zhǔn)電平為-20dBFS，模擬校準(zhǔn)電平為+4dBu的標(biāo)準(zhǔn)。

目前，廣電總局已統(tǒng)一節(jié)目的聲音基準(zhǔn)電平為：模擬電平0VU，+ 4dBm、數(shù)字電平－20dBFS。這一基準(zhǔn)電平很重要，它是節(jié)目聲音工作電平的基準(zhǔn)依據(jù)，也是節(jié)目聲音質(zhì)量的基礎(chǔ)。如果基準(zhǔn)電平設(shè)置不規(guī)范，即使電平運(yùn)用范圍得當(dāng)，也容易造成過(guò)載失真、信噪比過(guò)小、動(dòng)態(tài)范圍狹窄等聲音質(zhì)量的問(wèn)題。

注*峰值因數(shù)：聲音信號(hào)的峰值對(duì)有效值之比為該信號(hào)的“峰值因數(shù)”，不同的信號(hào)“峰值因數(shù)”不同，實(shí)際信號(hào)（非正弦波信號(hào)）的峰值因數(shù)不再具有正弦波信號(hào)的的關(guān)系，常見(jiàn)聲音信號(hào)峰值因數(shù)一般為1～5之間。

［1］國(guó)標(biāo)GB/T14919－1994數(shù)字聲音信號(hào)源編碼技術(shù)規(guī)范[S].

［2］廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 192-2003數(shù)字音頻設(shè)備的滿度電平[S].

［3］國(guó)家廣電總局2000年發(fā)布的GY/T152電視中心制作系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程[S].

［4］國(guó)家廣電總局.國(guó)家廣播電影電視總局電視節(jié)目技術(shù)質(zhì)量（金帆獎(jiǎng)）獎(jiǎng)勵(lì)辦法[Z].2002.

［5］美國(guó)電影與電視工程師協(xié)會(huì)（SMPTE RP 155-1997）標(biāo)準(zhǔn)[S].

［6］歐洲廣播聯(lián)盟（EBU R 68-2000）標(biāo)準(zhǔn)[S].