響度控制技術在揚州電視臺播出系統中的應用

【摘要】主要從聲音響度與音頻電平的關系、電視節目伴音響度差異及其原因、響度控制整體解決方案、響度控制器的選擇、響度控制器的配置與調試、響度控制技術小結與展望等方面介紹了響度控制技術在揚州電視臺播出系統中的應用。

【關鍵詞】響度控制？目標響度值？工作電平？響度門限？ALC

近年來，各級電視臺紛紛實現了數字化和高清化播出，在給觀眾帶來完美視聽感受的同時，也在逐漸重視聲音播出的質量。研究并應用響度控制技術，妥善消除同一頻道不同節目之間聲音響度差異、不同頻道之間節目聲音響度差異，是各級電視臺播控部門必須重點解決的問題。

一.聲音響度與音頻電平的關系

響度（Loudness）和音頻電平（Audio Level）是兩個表示聲音強弱的物理量，音頻電平是可客觀度量的物理量，響度是人耳對聲音強弱的主觀感覺，它是電信號轉換為聲波振動時度量聲音能量的一個主觀指標，響度與音頻電平并不呈現線性關系，響度與音頻電平及聲音的頻率有關。音頻電平相同的聲音，頻率不同，響度也不同，等響曲線表示了人耳的聽覺特性。要使人耳感覺到的響度相同，對不同頻率的聲音所需音頻電平就不同，低頻段與高頻段所需的音頻電平較大，中頻段所需的音頻電平較小。選用響度控制技術不能簡單地做成峰值限幅或平均壓縮，必須針對人耳特性進行響度調整。

二.電視節目伴音響度差異及其原因

1.電視節目伴音響度差異

電視節目伴音響度差異有：（1）同一個節目的聲音起伏。（2）不同頻道之間節目響度差異大。（3）同一頻道不同節目之間響度差異大，廣告節目響度超過普通節目響度。（4）在高標清同播頻道中，節目響度也有差異。

2.造成響度差異的原因

除了節目本身跌宕起伏的原因，造成伴音響度差異的原因主要有：

（1）設備系統采用的標準不統一

有些設備如索尼錄像機采用的默認基準電平為-20dBFS，與國內標準一致，而另一些設備如松下錄像機采用的默認基準電平為-18dBFS，等等。

（2）系統環節未做到零增益

可以采用1kHz/-20dBFS標準數字音頻測試信號作為輸入信號，對相關系統各個環節進行測試，利用音頻監測儀進行分析，可以確認或調整各個環節音頻電平增益。

（3）系統中某些環節對響度的影響

系統中某些環節也可能會影響伴音響度，比如，高標清同播頻道雖然采用同一節目源，但測得的伴音響度卻存在一定差異，高清頻道伴音響度值要小于未經處理的標清頻道伴音響度值。

（4）制作環節各類因素

制作環節人為誤讀制作標準、制作經驗不足、主觀重視不夠，制作環節缺乏有效的音頻監測設備、制作設備系統本身存在問題等。

三.響度控制整體解決方案

1.響度控制問題解決思路

杜比實驗室研究表明，人耳對節目中對白（人聲）比音效更敏感，不同的人對同一段對白響度的認知度一致性較高，只要有效地控制節目中對白的響度，就不會讓觀眾感到不舒服，如果能讓所有節目中對白和所有頻道節目中對白響度一致，觀眾就不會感覺到節目間和頻道間響度跳變。不同節目之間有一致的響度，不同頻道之間有一致的響度，在控制節目響度的同時，應該聽不出有音頻處理的痕跡，而且盡量使用一臺可適用于各種不同節目類型的設備，這是響度控制要實現的目標，要想真正實現音頻響度控制目標，不僅要進行客觀參數測試，還必須進行主觀聽音測試。

2.配備音頻監測設備

（1）節目制作環節：在節目制作環節至少應當配備電平監測設備，并依照國家相關標準或行業標準對節目伴音電平進行監控，最好能夠配備符合ITU-R BS.1770響度標準的響度監控設備，以監控、審查節目制作環節節目響度。制作人員應同時關注響度表的快速模式和積分模式的響度數值，快速模式數值用于實時控制響度值，積分模式的響度數值是某時段內平均的響度值。

（2）節目播出環節：宜使用能自動生成響度日志文件的監測設備，播出人員應重點關注積分模式的響度數值，以監控整個播出時段內節目的整體響度及其變化情況，為播出環節的自動響度控制設備的參數設置提供依據，也為制作環節提供控制依據。

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

3.做好節目響度測量

對當前播出節目響度狀況進行準確測量，準確了解各類節目的平均響度。對響度測量數據進行分析與解讀，這是電視節目伴音響度控制的基礎。

（1）節目源響度值：采用較長測量時間的積分模式獲得，節目源響度值應符合-23±2 LKFS，單聲道、雙聲道、立體聲、5.1環繞立體聲節目源都應按照此目標值進行制作。

（2）節目源響度動態范圍：是指節目源內部響度變化的范圍，采用較短測量時間的快速模式獲得。在節目源響度符合目標值的情況下，響度動態范圍宜在舒適區范圍內，極限不應超出容忍區上限。

（3）播出響度值：是指一個頻道長期播出的響度值，采用積分模式獲得，應符合-23±2 LKFS。

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

我臺自辦頻道電視節目伴音響度情況是：所測平均響度值偏小，小于歐廣聯-23LKFS標準。電視劇的響度范圍較大，但節目響度較小。宣傳片和廣告節目的響度范圍較小，但節目響度較大。

4.制定并嚴格執行節目制作規范和流程

節目制作響度是影響節目響度的主要因素，借助音頻監測設備或響度監控設備，在節目制作環節控制好節目尤其是人物對白的標準化平均響度。參照節目錄制技術質量標準，制定并嚴格執行節目制作規范和流程，并對錄播節目進行技術審查。對于外來節目，從節目源頭把好技術質量關，做好技術審查。對發現的問題如廣告響度過大等問題采取措施，在制作環節如果沒有響度監控設備，可以將電平設置得稍低一些進行控制。節目制作過程中通過控制節目的數字音頻峰值電平，可以保證節目的數字音頻峰值電平不會超過廣電總局行業標準所規定的最高電平，廣電行業標準GY/T223-2007中規定“通常節目電平在-9dBFS，音樂電平峰值不超過-6dBFS，語言電平峰值不超過-12dBFS”，而GY/T192-2003中規定“數字音頻-20dBFS校準電平主要用于設備校準”。

5.在播出環節增加自動響度控制設備

為了實時控制在播節目的伴音響度，可以在播出系統中增加數字音頻信號自動響度控制設備，控制播出節目的整體平均響度，重點解決節目與節目之間、頻道與頻道之間響度差異問題。通過調整設備參數使得所有頻道節目具有統一的響度，使每個頻道中不同類型節目的響度能夠做出均衡。對于同節目源經過不同的系統環節導致節目響度不一致的問題，可以通過分級測量測試，尋找響度差異存在的原因，有針對性地、盡可能地通過調整系統來消除響度差異。

四.響度控制器的選擇

1.Neural響度控制器

Harris的Neural響度控制器可以精確測量并控制響度的差異，參照ITU-R BS.1770響度標準，采用神經網絡算法，模仿人對聲音的感知，對響度進行控制的同時并不損害音質，Neural響度控制器可以應用于數字演播室到發射機鏈路通道前端。

2.DB-X響度控制器

T.C.Electronics公司的響度控制器DB-4和DB-8支持AES/EBU和SDI嵌入音頻，提供實時響度控制和動態范圍處理，用戶可以調用設備在響度和動態范圍處理方面的參考數據，根據自己節目的特點修改這些參數，獲得合適的播出效果。DB-8適用于廣播電視中心，如播出線上，DB-4適用于轉播車。

3.Level Magic響度控制器

Junger公司的Level Magic響度控制器支持AES/EBU、SDI嵌入音頻等音頻接口，支持斷電旁通，適合播出線上使用。Level magic認為盡管響度和電平并不呈現線性關系，但是二者具有關聯性，通過高速檢測信號的平均值電平，根據壓縮擴展規則進行高速處理，可以控制音頻響度。

4.IntellGain響度控制器

Evertz公司的IntellGain響度控制器采用ITU-R BS.1770標準，集成了壓縮器、限幅器、擴幅器和動態范圍處理器，IntellGain對節目間和節目內采用不同的處理方法。對節目間盡量減少響度差異，對節目內通過增益控制，盡量保持一個節目原有的動態范圍，IntellGain響度控制器可滿足電視播出、有線電視前端等多種應用。

5.EAP-3901響度控制器

Miranda公司的EAP-3901響度控制器的核心模塊ALC（自動響度控制）Filter（濾波器）支持采用Junger Level Magic濾波器模式，也可以采用ITU-R BS.1770濾波器模式，EAP-3901響度控制器可以滿足電視播出等應用。圖1所示為EAP-3901響度控制器功能方框圖。

五.響度控制器的配置與調試

1.響度控制器配置

廣電總局在2012年8月頒布了響度算法行業標準GY/T 262-2012《節目響度和真峰值音頻電平測量算法》和設備行業標準GY/T263-2012《響度和真峰值指示儀表技術要求》，在電視播出系統中選用數字音頻信號自動響度控制器，應能符合廣電總局行業標準，應能支持ITU-R BS.1770響度標準或EBU-R128響度標準，并支持Web瀏覽器方式進行參數設置和操作控制。

我臺標清頻道播出系統的SD SDI數字視頻（嵌入音頻）信號播出鏈路中在4個主路16×2切換臺之后、4只最后一級數字視頻分配器之前配置了4只Evertz的3G/HD/SD IntellGain響度控制器，用于4個標清頻道主路在線播出節目的自動響度控制。在高清頻道正式開播后，與高清頻道對應的標清同播頻道不再重復進行在線播出節目的自動響度控制，其對應的那一只3G/HD/SD IntellGain響度控制器就作為高清頻道備路在線播出節目的自動響度控制器。

我臺高清頻道播出系統的HD SDI數字視頻（嵌入音頻）信號播出鏈路中在主備2個16×2切換器之后、2只鍵混器之前分別配置了1只Miranda的3G/HD/SD EAP-3901響度控制器和1只Evertz的3G/HD/SD IntellGain響度控制器，用于1個高清頻道主備在線播出節目的自動響度控制。圖2所示威為配置有響度控制器的HD SDI信號播出鏈路方框圖。

響度控制器在HD/SD SDI信號播出鏈路中需要對嵌入音頻信號完成“解嵌、ALC、加嵌等”處理，目的是對在播節目SDI信號解嵌出AES數字音頻信號并進行響度處理，響度處理時根據檢波器檢出音頻響度大小再反饋調整增益，使響度控制在目標范圍，最后再把AES數字音頻信號加嵌到SDI信號中，實現對響度的控制處理。為了保持在播節目聲畫同步，響度控制器還要對數字視頻信號完成“幀存、延時等”處理。

在節目播出過程中，采用響度控制技術能夠使在播節目音量始終保持在適當的目標響度值附近。但是響度控制器在播出系統中也增加了信號播出鏈路環節。考慮到安全播出優先，如果響度控制器發生故障，可以將其斷電，則其輸入SDI信號就會直通輸出；也可以通過跳線將響度控制器隔離出信號播出鏈路，等到響度控制器檢修完畢恢復正常之后，再拔除跳線，將其重新加入信號播出鏈路中工作。

響度控制器作為HD/SD SDI信號播出鏈路中的關鍵設備，其技術指標的優劣會直接影響信號播出鏈路的技術指標，所以在安裝、配置、調試與維護響度控制器時有必要對其進行接口指標和通道指標的測試，如回波損耗、眼圖、抖動、數字視頻格式等指標的測試等。

2.響度控制器調試與參數設置

受篇幅所限，以下僅以Miranda的3G/HD/SD EAP-3901響度控制器為例進行說明，并請參見圖3、圖4、圖5。

（1）確定音頻信號電平

參照廣電行業標準GY/T223-2007和GY/T192-2003，確定數字音頻信號參考電平為-20dBFS，-20dBFS也用作數字音頻設備的校準電平。在確定系統可允許通過的最高峰值電平時，將最末級限制器的門限確定為-6dBFS，這樣保證播出信號最高峰值電平不會超過-6dBFS。

（2）設定目標響度值

響度控制器的通常做法是將響度值通過一定算法計算出積分平均值，再利用響度標準控制節目整體響度。在EAP-3901響度控制器的ALC（自動響度控制）Filter（濾波器）采用ITU-R BS.1770濾波器模式情況下，參照歐廣聯（EBU）響度算法和標準，我們將節目目標響度值設定為-23LKFS，動態節目信號經過EAP-3901后實時平均響度值將盡量向-23±2LKFS逼近。

（3）設定工作電平

在EAP-3901響度控制器的ALC Filter采用Junger Level Magic濾波器模式情況下，參照廣電行業標準GY/T 262-2012《節目響度和真峰值音頻電平測量算法》，通過各類節目實時播出比對，我們將節目工作電平設定為-16dBFS，動態節目信號經過EAP-3901后實時平均響度值也能盡量向-23±2LKFS逼近。

（4）設定響度門限

當響度值處于響度上限-21LKFS和響度下限-25LKFS這兩個參數之間時，節目信號被視為安全，EAP-3901響度控制器就不對節目信號進行響度控制。

（5）設定響度最大增益值和最大衰減值

當需要進行響度控制時，Max Gain和Min Gain這兩個參數就決定了響度增益的最大數值和響度衰減的最大數值，這兩個參數均設定為10dB。

（6）設定音頻信號電平凍結值和靜默值

數字音頻信號電平凍結值設定為-50dBFS，數字音頻信號電平靜默值設定為-70dBFS，這樣當在線播出節目正常短時間低音量時或者正常短時間靜音時，可以避免出現不期望的響度控制或者將背景噪聲電平提升放大。

（7）設定響度控制瞬間處理響應速度

這個參數決定了響度控制的瞬間處理響應速度，分為Soft、Mid、Hard三檔，我們選擇了Mid檔。

EAP-3901響度控制器ALC其余參數設置請參見圖4。以下圖6則是EAP-3901響度控制器的ALC響度監控界面圖。

六.響度控制技術小結與展望

1.響度歸一化技術

通過設備、人工等手段，把節目響度控制在目標值附近。

（1）人工控制：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響度進行控制。在無響度監測設備情況下，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。在有響度監測設備情況下，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，達到目標響度值。

（2）設備自動控制：在播出域通路中嵌入自動響度控制設備，調整設備參數，使節目響度達到目標值。自動響度控制的關鍵是目標值、控制門限值、響度范圍等參數的設定。

2.響度元數據技術

采用響度元數據技術需要制作、播出、傳輸、分發及用戶端全流程配合，牽涉較多設備和系統，在制作域寫入的節目響度元數據信息將伴隨節目信號傳輸到用戶機頂盒，無需按照某一固定目標值進行響度控制，接收端用戶在收到伴有元數據信息的節目后，可以在接收端對節目響度進行個性化設置。

3.基于文件的響度控制技術

基于文件的響度控制技術可以將音頻文件的響度調整至設定的目標值，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。文件處理控制的關鍵是目標值的設定與極限參數設定，電平平移容易發生信號過大，需要設置上限保護。

七.結語

揚州電視臺播控部門技術人員對電視節目伴音響度控制技術進行了深度調研和細致比對，在自辦頻道電視播出系統中正確、成功地選用了在播節目響度自動控制設備，解決了一對高標清同播頻道節目和其余3個標清頻道節目伴音響度太過差異的問題。通過對播出系統中響度自動控制設備進行測試，對實際播出的各類不同節目的響度大小進行對比分析，當伴音響度超標時，經過響度控制后就被按比例壓低，且聲音還原度很好，沒有破音；反之，過小的伴音響度就會被放大；動態節目信號在經過EAP-3901響度控制器和IntellGain響度控制器之后，其實時平均響度值能夠逼近期望的目標響度值。BP