超越5.1的22.2多聲道還音系統將會有大的發展

朱仲新

【提要】22.2多聲道還音系統對即將到來的超高清視頻是有振奮人心沖擊力的，為此國際有關的組織已制定了很多標準，為了使我們的觀眾也能在超高清視頻制作下為下享受一代廣播媒體逼真生動的感覺，更快的超越5.1到達22.2多聲道還音系統是一個發展的趨勢，應該盡早的研究。

【關鍵詞】22.2多聲道還音系統匹配 范圍 感覺 兼容

一.前言

隨著技術的進步，人們已經建立了一個高達4000多掃描線的圖像捕捉和顯示系統（超高清），超高清視頻系統作為下一代廣播媒體已成為可能，其中一項它的屏幕可以做的很大而且很清晰，這為提供了不僅是屏幕的大，而且還提供了沉浸感和逼真的生動感。圖像的進步對于聲音的發展也起到了推動作用，以前5.1多聲道還音系統（2D）顯然是不夠的，這可能會被22.2多聲道還音系統（3D）所替代。

二.5.1多聲道還音系統的幾個不足

5.1聲道還音系統已經在I T URBS.775中被規定，該系統被廣泛地用作數字廣播和電影系統服務的一部分，它提高了正面聲象的方向穩定性和空間（氛圍）感。參考揚聲器布置示于圖，見圖1，但是從ITU-RBS.775規定中我們很容易看到幾個的不足：

A.在聲音的聲像和視頻圖像之間位置重合度存在不足，這些都是由于屏幕比較小所造成的。

B.缺少三維空間印象，即增強現實感，因為它沒有利用側和背面、頂部或底部的揚聲器的布置。再則5.1聲道還音響系統的每個揚聲器被設置在相同的高度，空間感覺被限制在水平面上，所以沒有向上/向下的高低感及混響和氛圍感。

C.由于ITU-RBS.775定義的5.1聲道還音系統的要求，作為正面兩（左和右）揚聲器被放置為傳統的2聲道立體聲還音響系統，乃至左中、右中、后環繞也是立體聲布置，這就決定了5.1聲道還音系統的聆聽區域的正面聲音聲像是由常規的2聲道立體聲還音來實現的，由于它的聽音區域是多個立體聲聽音區的交集區，所以它的收聽區域比正常單個雙通道立體聲還要小，這就是被成為一個所謂的聽音“甜點”。

以上的不足（聲音的寬度和垂直視角）很難于屏幕上的圖像匹配，以及擁有一個很寬的觀看/聆聽區域，這些問題不僅存在于視頻的5.1節目中，同樣也存在于電影的還音系統中。

三.22.2多聲道還音響系統的概要

為了解決以上的問題，人們制定一個22.2多聲道還音響系統，這將是作為超級HI-視覺系統聲音還音格式。圖2提供了22.2多聲道聲音系統的一般示圖，在這個系統中，揚聲器被設置在在三個高度層中，除了中間層約在耳朵水平間，還有一個上層和下層，該系統有以下個四個特點：

（1）聲音與屏幕上的畫面匹配。

屏幕上方和下方的揚聲器位置能讓聲音，甚至與寬垂直可視角度的圖像匹配。此外，中間層的5個通道的音頻與聽眾的前方確保寬的水平視角，達到良好的聲音再現。鑒于目前超高清晰度屏幕是不透聲音的，所以揚聲器不能放置在屏幕的后面，為了解決此限制，前面5個通道中的3個，中間層（不包括最左邊和最右邊的）是設置高于或低于在屏幕。這些揚聲器的組合在屏幕上創建虛擬聲音聲像，看圖3.。

（2）確保更寬的視聽范圍。

通過從上層揚聲器再現反射和混響聲音，能夠分發接近方向的反射聲，并且由此保持在寬觀看范圍的真實感，相比5.1還音有一個放大的最佳聽音區。

（3）實現觀眾能體會出聲音從屏幕的上方或下方出現的感覺。

通過觀眾上方的多個揚聲器，它能夠再現聲音從上方而來的感覺。例如，它將有可能創建一個場景—孫悟空騰空駕云感，并結合中、下層的揚聲器在接近聲音的方向實現垂直運動感。

（4）確保與現有5.1環繞聲音格式的兼容性。

該系統的中間層包含所有的聲音格式（5.1、6.1、7.1），從而提供與現有格式的兼容性。

四.22.2多聲道還音系統中揚聲器布置的要求

為了達到滿意的聲場，根據“ITU-RBS.2159-4多聲道家庭和廣播應用音效技術”應滿足以下要求具體參見，參見圖5、圖6。

45°≤α1≤60°，α2=α1/2，110°≤α3≤135°α1和α3與中間層α1和α3有相同的值

（a）在中間層揚聲器位置（b）在頂間層揚聲器位置

α1與中間層的α1有相同的值

中間層的β1β2仰角的角度：

30°≤α4≤90°0°≤β1≤5°，0°≤β3≤15°

（c）在底層揚聲器的位置頂層的β3抬高的角度：30°≤β3≤45°

底層β4的俯角角度：15°≤β4≤30°

（b）揚聲器的仰角

圖7 22.2多聲道還音頻系統三個層（上，中，下）結構為揚聲器定位和角度

五.22.2多聲道還音格式的功能endprint

22.2多聲道還音系統中的中間層通道是還原主聲音源的，對應現有的多通道音頻格式如3、5.1、6.1和7.1通道，它們都能充當首要的通道，這就意味著22.2多通道音頻格式可以很容易地再現所制作的多通道音頻格式的內容。

每個聽者（正面、側面、背面）的左、右兩側的有三個方向，它們都能再現向前和向后方向的聲象運動，側通道還能再現天然的、高品質的聲空間感，它能對在音樂廳的音樂劇演出產生反射的空間擴展感或聲音的籠罩感，這一點非常重要。側面揚聲器能夠再現這樣的反射聲，因此，它們幫助給到聽眾的音樂廳的自然聲學空間的印象。

上層通道可以讓觀眾在任何地方用于定位聲象，或可以結合中層和底層通道產生在垂直方向上的聲象運動，這意味著該格式是能夠再現具有垂直感的聲象，這是先前多通道音頻格式不可能做到的。上層通道對于在寬廣的聆聽區域再現聲音包圍感也是重要的，特別是在寬廣的聆聽區域通過適當地再現早期反射和后期混響可以再現一個良好的聲學空間。

使用屏幕頂部上三個通道（TpFL，TpFC，TpFR），三個屏幕底部通道（BtFL，BtFC，BtFR）和五個處于中間水平的前面的通道（FL，FLC，FC，FRc，FR），聲音可以被定位到任何位置。布置在屏幕底部的兩個LFE聲道也改善了聲音寬的空間感和被包絡感。

六.22.2多通道還音格式的國際標準化已建立

在未來超高清晰的廣播發展中音頻超高清晰的22.2多通道還音系統也越來越受到人們的關注，用于超高清電視的制作、記錄、傳輸和編碼以及家庭觀看都在制定一些標準。日本NHK在2016年要開始試點8KSHV廣播服務，到2020年全面鋪開服務。目前已有很多的國際組織都為22.2多通道還音系統制定了標準，它們有：ITU-R、SMPTE、AES、ISO/ IEC、ARIB等。

ITU-R（國際電信聯盟-無線電通信部門）是一個聲學和音頻技術，無線電波等媒體與廣播標準化組織。它為22.2多通道還音格式做了從節目制作，傳送/編碼做了標準：

-超過5.1多聲道的多聲道音頻標準

-數字音頻和接口的標準

SMPTE（電影電視工程師協會）它是一個進行聲學和音頻技術制定標準的（美國）機構，目前也對相關的電影和電視的制作、傳輸和編碼制定了如下標準：

-多通道音頻節目制作的標準

-節目制作的多通道音頻-接口標準

-支持多通道音頻文件格式的標準

AES（音頻工程協會）是EBU（歐洲廣播聯盟）的一個分支，是專門以廣播音頻技術相關的標準化協會，它是一個唯一相關專業音頻技術的國際組織，它制定的AES（例如：AES3-20096）的數字音頻接口標準）幾乎所有數字-音頻相關標準，其組織的標準已作為其它組織的標準的重要參考標準。標準化委員會進行了廣泛的有關聲和音頻捕獲、記錄、傳輸和再現試驗，它們也制定了22.2多通道還音格式的國際標準：

-節目制作的數字音頻同步標準

-節目制作的數字音頻接口標準

-支持文件格式的多通道音頻標準

ISO（國際標準化組織）它是IEC技術委員會中一個專注數字音頻和消費電子設備標準化的，ISO（國際標準化組織）/IEC（國際電工委員會）間的聯合組織進行了數字音頻編碼標準化也叫運動圖像專家組（MPEG）。這次ISO/IEC也為多通道音頻做了相關的編碼標準，IEC還為家庭觀看-消費類設備制定了標準。

ARIB（電波產業會）是日本有關通信使用無線電頻率和廣播領域的音頻技術調查、研究、開發和標準化組織。他們也制定了有關22.2多通道還音格式的節目制作、傳送/編碼和家庭觀看的日本廣播標準。

從以上的情況來看22.2多聲道還音系統可能是今后發展的方向。B&Pendprint