自動響度控制器在貴州廣播電視臺高清頻道的應用及效果

【摘要】隨著視音頻數字技術的發展，人們對圖像和伴音的要求也越來越高，為了更好地滿足觀眾欣賞高品質節目的需求，貴州廣播電視臺從2010年起，啟動了貴州衛視高清頻道技術項目建設，2013年10月28日，貴州衛視高清頻道在貴州省內有線電視網正式開播，給觀眾帶來了很好的收視體驗。

在目前的電視播出過程中，常會出現不同節目的聲音電平差異很大，帶來響度的跳變；而各個節目間的響度差異巨大，當節目切換時聲音會出現跳變。因此，對于伴音的播出，最重要的問題就是獲得響度的一致性，同時又保證不損害動態范圍，避免破壞音質。在播出系統中增加數字音頻信號自動響度控制設備可以控制播出節目的整體平均響度；并可控制播出節目的峰值電平，可以很好的解決這一問題。貴州衛視高清頻道也在播出末端加入了響度控制處理設備。本文簡要介紹自動響度控制設備在貴州廣播電視臺高清播出系統中的應用、以及實際使用效果。

一.響度的概念

響度（Loudness）人耳對聲音強弱的主觀感覺稱為響度。它是電信號轉換為聲波振動時度量聲音能量的一個指標，我們經常說的音量其實就代表了響度。響度是一個復雜的聲學仿真概念，更多的是代表聽眾的一種主觀感覺，用單位（sone）來表示大小，和聲壓級、頻率有密切關系，定義1000Hz、40dB純音時響度為lsone。

通常，人們容易將聲音電平和響度兩個概念混淆，錯誤地理解為控制電平就是控制了響度。實際上，用客觀指標度量音頻電平本身有多種方法，如VU表、PPM表、dBFS表等，最接近人耳聽覺特性的是VU表，VU表指針或條狀圖的擺動特性可以大致描述信號還原為聲音時音量的變化，也就是人耳最終感覺到的響度變化，但也只是大致，并非特別準確，而PPM或dBFS表，則是響應于音頻信號的峰值或準峰值，這類表頭通常只對控制信號的峰值有用。

音頻的響度是一項主觀測量指標，就其本質而言，它與音頻電平沒有線性關系，而是具有與音頻信號的實際強度相關聯的心理感受特征。因此，不同的人對相同的信號感知的響度有所不同，相同的人在不同的環境對相同的信號的感知也是不相同的。

二.播出環節中常見的響度處理設備類型

1.基于全局針對素材文件的非實時響度處理設備，這種設備根據一定的策略讀取存儲區的素材文件，提取整個素材文件的音頻數據，進行短期或長期響度分析并計算與響度預期值的差值，根據該差值進行相應的處理，處理后的音頻數據重新打包生成符合播出要求的素材文件。這類設備由于是采用非實時處理方式，其對素材文件的所有音頻數據進行相同大小的調整，不改變信號的動態范圍，對聲音質量基本無影響，適合在節目播出前部署。

2.實時響度處理設備，該種方式提取音頻信號的部分信息，按照響度預期目標進行實時處理。這種方式通常改變音頻序列的動態范圍，對聲音質量產生一定的影響，音頻序列的平均輸出響度與響度預期值不完全一致，這類設備由于硬件連接非常簡單容易部署適合在播出線上使用。

三.我臺節目播出流程和節目音頻狀況

我臺播出節目分為三類：1.電視劇；2.自辦節目；3.廣告。電視劇播出時，先采集原版劇進入電視劇編輯系統，經過系統編輯后進入播出系統播出，在電視劇原版采集時上載人員會對節目音頻進行調整。自辦節目播出時，先通過上載服務器采集素材，然后遷移到播出服務器播出，在上載服務器采集時上載人員同樣會對節目音頻進行調整；廣告節目播出同樣通過上載服務器采集素材，但素材采集由廣告部門完成，對節目音頻把控相對較松。使用泰克WFM7120自帶響度測量儀選擇在黃金時段播出的電視劇（青春烈火）、自辦節目（養生）、廣告包的原始節目進行節目響度測量分析，采用ITU-R BS.1770標準，測量結果如表1所示：

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

四.我臺高清頻道播出結構及自動響度控制設備使用方式

貴州衛視高清頻道采用了主切換臺和備切換開關雙鏈路架構，在主切換臺后使用了LA的AERO.one響度控制器，在備鏈路的切換開關后使用了HARRIS的APM 6803板卡式響度控制處理設備，播出系統簡圖如圖1：

LA和HARRIS的響度控制器中都預置了大量的國際標準，并且根據大量電視臺在響度和動態范圍處理方面的參考數據預設了很多設置，用戶可以通過調用這些設置根據自己節目的特點修改一些參數獲得適合的播出效果。因此我們只需要根據播出環境選擇相應的預設做適當的修改即可。在實際使用中因為大多數參數設置都相互關聯，一些修改可能會產生針對當前內容不易立刻察覺的影響，加上前期廠家已針對各種類型的音樂、電視劇、情景劇、談話節目等等做過優化，在實際使用中LA我們選擇了Chinese_TV預設，HARRIS我們選擇了MED預設。兩者都是目標響度基于ITU BS.1770測量標準的24 LKFS的預設，該預設項提供了溫和的動態范圍處理，可用于各類節目內容。值得注意的是為保證所有聲道信號處理的一致性，所有處理器中必須調用統一的預置效果，設置參數也應盡可能相同。

五.響度處理設備性能和實際使用效果測試

1.HD-SDI接口特性測試

自動響度控制處理設備是播出通道中關鍵設備，其技術指標的優劣會直接影響通道特性，因此我們首先對其進行了通道指標的測試，測試時按照實際播出鏈路進行測試：高清數字視頻信號由總控矩陣輸入，經總控矩陣、幀同步器、高清數字視頻分配器、高清頻道主切換器、切換臺、由LA AERO.one自動響度控制器輸出，測試結果見表2：

高清數字視頻信號由總控矩陣輸入，經總控矩陣、幀同步器、高清數字視頻分配器、高清頻道主切換器、切換臺、由Harris APM6803自動響度控制器輸出，測試結果見表3：

HD-SDI接口特性測試數據顯示兩種設備均符合通道技術指標要求，采用切換臺加LA AERO.one自動響度控制器的主通路處理后的聲話完全同步，采用切換開關加HARRIS APM6803自動響度控制器的備通路處理后的聲音比畫面稍微超前Ims，但遠小于l幀，也符合相關技術要求，觀眾察覺不到聲話不同步的現象，完全滿足播出要求。

2.實際使用效果測試

自動響度控制器的通道性能完全符合相關要求，接下來我們關心的問題是它到底在響度方面起到了什么作用，效果如何。我臺目前播出節目主要分電視劇、自辦節目、廣告三類，我們分別對三類節目的實際使用效果進行了測量。

由于主播出鏈路使用切換臺播出，在進入響度前有音頻處理環節，可對音頻進行增益調整，測試時將切換臺音頻增益調整設置為Odb。在黃金時段選取一集電視劇、一檔自辦欄目和一段廣告包直接對實際播出信號進行測量，測量時從視頻服務器后視頻分配器取信號對素材原始響度進行測量，在播出末端視頻分配器分別取主、備通路信號進行處理后的響度測量，測量使用泰克WFM7120采用ITU-R BS.1770標準，設定基準值-24LKFS。

（1）電視劇

通過實際測試可以看出電視劇由于前期制作相對較為規范，整個節目能夠保持在一定舒適的響度范圍內，經過播出系統響度控制后能較好的保持一個整體舒適的平均響度范圍。測試結果截圖對比如圖2所示：

測量結果見表4：

（2）自辦節目

自辦節目在規范性上相對電視劇較差，整體節目響度偏大，但在整個節目內響度能夠控制在一定范圍內，節目響度差異不大，通過播出線上的響度控制設備處理后能控制在一個整體舒適的平均響度范圍。測試結果截圖對比如圖3所示：測量結果見表5表5自辦節目響度測量結果

（3）廣告

廣告節目由于制作不規范，各個制作單位水平不一、目前沒有相關的響度標準，導致節目響度差異較大，部分廣告商出于商業目的制作時故意提高響度，在制作階段對節目進行嚴重的壓縮限幅處理，電平非常標準，可是還原出來的響度嚴重破壞了頻道整體的均勻響度水平，通過播出線的響度控制設備處理后仍然能控制在一個整體舒適的平均響度范圍。測試結果截圖對比如圖4所示：

測量結果見表6：

通過對各種不同節目聲音大小進行對比分析，結合對三類節目平均響度的測量結果，我們發現當音量過大超過預設值時，經過響度控制設備后會被按比例壓低，且聲音還原度好，沒有破音。相反，當音量過小低于預設值時，經過響度控制設備后會被按比例放大。兩種響度控制設備都能很好的控制節目播出響度，且處理后的節目平均響度趨于一致，使節目平均響度長期保持在一個舒適區域給觀眾帶來了應有的聽覺審美感受。

六.存在的問題

在貴州衛視高清頻道播出后我們發現，在少部分節目之間仍然存在聲音大小跳變的現象，這種情況大多出現在廣告節目當中。選取出現聲音跳變的廣告節目在視頻服務器重新播放，并在視頻服務器節點和播出末端節點取信號進行響度測量分析。測量結果截圖對比如圖5所示：測量結果見表7：

從測量結果可以看出在沒有經過響度處理設備處理前，該節目最大響度達到15LKFS，最小響度34LKFS兩者差值達到19LKFS，響度發生跳躍處差值也接近這一數值。經過響度控制處理設備后最大響度達到-17LKFS，最小響度29LKFS兩者仍然相差12LKFS，響度發生跳躍處差值仍然有10LKFS。根據相關機構研究，只要響度不脫離 “舒適區”，聽眾就可以接受一定的響度變化，“舒適區”是指偏離理想響度值約+3LU至5LU的響度區間，我國實測的響度舒適點的響度理想值對應23 LKFS。我臺在播出線上使用的響度控制設備屬于實時響度控制，實時響度調整設備處理音頻時先提取音頻的部分信息，按照響度預期目標進行實時調整，當音量過大超過預設值時，經過響度控制設備后會被按比例壓低。相反，當音量過小低于過預設值時，經過響度控制設備后會被按比例放大。這種方式節目的平均輸出響度與響度預期值不完全一致。部分廣告節目之間由于響度差異太大即使經過實時響度處理仍然難以達到“舒適區”要求，當相鄰兩條節目間聲音大小差異過大時即使通過實時響度處理設備處理，仍然會存在聲音大小跳變。

七.結論

在播出系統中增加數字音頻信號自動響度控制設備可以控制播出節目的整體平均響度；并可控制播出節目的峰值電平，保證安全播出。自動響度控制器在我臺播出系統中使用后極大的改善了我臺節目播出質量，減輕了工作人員的工作強度，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，改善觀眾收視體驗，它不僅僅是播出部門的事，響度控制器也只是最基本的規范手段，并不能完全改善播出音頻質量，采用這種方式還會改變節目的動態范圍，對節目的音質帶來一定的影響。基于全局的響度調整為非實時應用能夠通過計算與響度預期值的差值，根據該差值進行相應的調整。這種方式對節目的所有音頻信號進行相同大小的調整，不改變信號的動態范圍，對聲音質量基本無影響，在節目制作后播出前對節目文件進行操作即能改善音效又能保證播出，當前這種方式更適合目前播出環境。要徹底改善節目響度，提高播出質量還要尋找更加清晰有效的標準和制作方法，提高音頻制作、傳輸水平，將響度控制由播出末級逐步向制作領域前推，在節目制作源端實現響度標準、在末端對節目傳輸環節加以規范，給觀眾帶去更美好的視聽感受。