電視節(jié)目響度監(jiān)測系統(tǒng)初探

文/孫雅彬 王鵬

由于電視節(jié)目制作、播出、傳輸、接收、播放等環(huán)節(jié)繁多，過程復雜，節(jié)目伴音響度控制一向是電視行業(yè)發(fā)展中的一個難題。不僅在各個不同的電視頻道之間，甚至在同一頻道的不同節(jié)目切換時，也時常發(fā)生音量跳變的現象，這對電視觀眾收看收聽節(jié)目造成了極大的影響和不適感。因此，對于廣播電視監(jiān)測監(jiān)管行業(yè)，將電視節(jié)目響度列入監(jiān)測范圍刻不容緩。

1.響度的定義和標準

一般來說，響度是人對聲音強度的主觀感受描述，電視節(jié)目音頻信號的電平高低、聲音的頻率、節(jié)目的動態(tài)范圍等指標都會對人耳響度大小的感覺產生影響。

以往在音頻系統(tǒng)中常通過測量信號電平來反映音頻響度情況，常用的測量儀表有VU和PPM表。VU表所測量的是信號的準平均值電平，依靠指針的快速運動顯示信號電平變化，但也因此它的反應存在一些延遲，導致無法顯示過于細微的電平波動。而PPM表測量的是信號的準峰值電平，主要顯示出當前的峰值情況。由于通常難以精確地在真正的峰值信號出現的瞬間進行采樣，所以采樣峰值電平無法準確指示真實峰值電平。

實際上并不能通過電平這個單一指標表征響度，為了盡量客觀地描述出人耳對聲音強弱的感受，經過長久的研究，國際電聯在ITU-R BS.1770系列建議書中提出了用于測量音頻節(jié)目響度和真峰值音頻電平的算法。該算法對音頻信號采用模擬人頭部聲學效應的前置濾波器和leq（RLB）加權濾波器級聯過濾加權，計算出的加權均方電平即為節(jié)目響度，絕對響度單位為LKFS（Loudness，K-weighted，relative to full scale）[1]。LKFS等同于歐洲廣播聯盟的EBU R128推薦建議中提出的絕對響度單位LUFS（Loudness units relative to full scale），EBU R128 中同時定義了相對響度單位為LU（Loudness units）。同時，對音頻信號進行等比例過采樣以及高頻預加重的方式，得到更加精確的相對于100%滿刻度和真峰值測量的分貝，單位為dB TP。

針對我國具體情況，在國家新聞出版廣電總局頒布的GY/T 282-2014《數字電視節(jié)目平均響度和真峰值音頻電平技術要求》中對電視節(jié)目音頻響度和真峰值做出了明確規(guī)定，數字電視節(jié)目的平均響度目標值應為-24LKFS±2LU，整個節(jié)目的最大真峰值音頻電平應不超過-2dB TP[2]。

2.響度差異的成因

從對電視節(jié)目伴音響度的影響大小來看，整個傳播鏈路大致可以分為節(jié)目制播域、信號傳輸域以及用戶接收域三大部分，以下針對各流程對響度差異問題進行具體分析。

2.1 節(jié)目制播域

若某個電視頻道存在不同節(jié)目間的響度差異，則多發(fā)生在節(jié)目制播環(huán)節(jié)。首先，同一頻道播出的節(jié)目制作來源各異，未必都遵循統(tǒng)一標準在節(jié)目制作播出環(huán)節(jié)采用基于響度的測量和控制設備，因此存在較大差異。其次，不同節(jié)目的性質及內容要求不同，制作節(jié)目音頻時的動態(tài)范圍也會相應地發(fā)生變化，而其中動態(tài)范圍小的音頻信號節(jié)目響度更高，另外還存在某些廣告節(jié)目、電視購物節(jié)目通過提高與常規(guī)節(jié)目整體響度對比，從而達到吸引觀眾關注的目的，這也是目前響度問題表現最突出的部分。事實上，在節(jié)目制作環(huán)節(jié)讓自己節(jié)目的響度提升這種做法，如今在電視臺、電臺的播出環(huán)節(jié)已不會取得任何優(yōu)勢，原因在于對響度超過閾值的節(jié)目會在響度控制時進行信號壓縮，從而造成一定的音質損失。因此，在不斷追求音質高保真度的當下，提高響度上獲取聽感優(yōu)勢對于電視節(jié)目已越來越不重要了，甚至會適得其反。

2.2 信號傳輸域

在信號傳輸域中，雖然對節(jié)目有編碼、加擾等操作，但究其本質并沒有對節(jié)目內容產生改變，只是可能對節(jié)目音頻信號電平產生增益。因此，對于同一節(jié)目，信號傳輸域對節(jié)目響度造成的影響主要是影響了節(jié)目音頻信號電平。而同一節(jié)目即使在制播環(huán)節(jié)應用了統(tǒng)一的標準，節(jié)目平均響度與最大真峰值電平均達到規(guī)定水平，但由于不同頻道傳輸鏈路不同，得到的增益不同，因而最終響度仍會有所差異。

信號傳輸域中產生的增益通常有以下幾種：

2.2.1 模數變換時電平錯誤引起的鏈路增益

在對節(jié)目音頻信號進行模數變換時，轉換設備中數字和模擬的滿刻度電平未能正確對應將會對信號電平產生一定的增益，其中最常見的電平錯誤發(fā)生在編碼器環(huán)節(jié)中。

2.2.2 不同傳輸節(jié)點人為調整引起的鏈路增益

在播控、傳輸、衛(wèi)星上行站、有線前端等各個不同的傳輸節(jié)點，均可對節(jié)目音頻信號電平進行增益調整。存在對節(jié)目音頻信號電平人為進行不適當的調整，造成鏈路存在增益。

2.2.3 模擬設備阻抗匹配引起的鏈路增益

由于我國電視行業(yè)發(fā)展現狀的限制，整個電視網絡數字化尚未完全完成，在某些鏈路中仍在使用模擬設備，如果未注意采取相應措施保證模擬設備與數字設備之間連接時阻抗匹配，將會使模擬節(jié)目的音頻信號電平提升，從而在該傳輸鏈路中引入增益[3]。

2.3 用戶接收域

除了電視節(jié)目制作與傳輸環(huán)節(jié)，音頻信號在用戶接受環(huán)節(jié)也大致分幾種：效果最好的是專業(yè)級別高保真影院系統(tǒng)，能夠較為真實地遵循信號原汁原味的效果；而大多數接收觀眾一般是直接用電視機喇叭來還原聲音的，這就相對來說稍為遜色一些；其他還有一部分觀眾使用手機、耳機或藍牙音箱等移動終端播放電視節(jié)目聲音。這些電視節(jié)目傳播鏈路末端的差別給保持電視節(jié)目響度一致性造成一定的困難。

3.電視節(jié)目響度監(jiān)測系統(tǒng)設計

3.1 功能構想

響度監(jiān)測設備主要針對輸入的TS流，通過分析處理，將TS流中相應的音頻文件解碼，通過標準化的計算，得出準確的響度值。響度監(jiān)測設備能夠進行7×24小時的穩(wěn)定運行。系統(tǒng)針對音頻文件，可以至少保留30天。對超出響度標準值的告警節(jié)目，節(jié)目的音頻文件采取長期保留。對響度監(jiān)測的結果數據進行長期保留。

響度監(jiān)測數據處理軟件根據GY/T 282-2014《數字電視節(jié)目平均響度和真峰值音頻電平技術要求》中的規(guī)定，節(jié)目平均響度目標值為-24LKFS，容差范圍為±2LU。由此設定相應的告警門限，對測量后的響度值進行分類統(tǒng)計分析，并給出相應的報表數據。同時能夠對大量的數據進行處理分析，并進行報警、統(tǒng)計、圖形化展現等。

3.2 系統(tǒng)設計

“音頻獲取”模塊從外部獲取音頻數據，響度監(jiān)測后臺服務根據系統(tǒng)設計存儲原則存儲音頻到存儲系統(tǒng)。存儲音頻到音頻存儲系統(tǒng)時注意，對存取的音頻要按照時間建立索引，方便“響度計算”模塊讀取特定時間段的音頻進行響度計算。由于不同電視頻道在進入“音頻獲取”模塊的傳輸路徑、處理單元不同，因此延時也不同，在系統(tǒng)實現要注意與節(jié)目播放時間和存儲時間的對齊。

“響度計算”模塊按照輸入的節(jié)目時長，從“音頻存儲系統(tǒng)”讀取對應音頻進行響度的計算，并且把計算結果提交到“業(yè)務邏輯”模塊，并保存到數據中。

“固定時長節(jié)目劃分”模塊，在沒有精確節(jié)目單的情況下，把電視頻道分成固定時長的“節(jié)目”，每一個“節(jié)目”的開始時間和結束時間提交到響度計算模塊計算響度。

“音頻存取管理”模塊，定期清理過期的音頻數據，轉移響度超過設定值的節(jié)目音頻到證據區(qū)長期保存。假設一個節(jié)目音頻碼率為300kbps，則一個電視頻道的音頻存儲一天需要3.24GBytes；考慮到精確節(jié)目單可能在24小時后得到，一個電視頻道的音頻存取三天需要9.72GBytes。

“節(jié)目單獲取”模塊，從不同的途徑獲取精確的節(jié)目單。可以有以下幾個途徑：（1）從電視臺獲取前一天播出的節(jié)目單；（2）從監(jiān)管中心數據中心獲取已經編目頻道的節(jié)目單。該模塊負責把不同途徑獲取節(jié)目單轉換為“響度計算”模塊接口使用的開始時間和結束時間，并且驅動“響度計算”模塊進行計算。

“業(yè)務邏輯”模塊接受“響度計算”模塊提交的節(jié)目響度計算結果并存入數據庫，根據設置條件實時或者定期生成響度報表，以供“業(yè)務展現”模塊使用。

結語

我國電視節(jié)目，特別是廣告節(jié)目音頻響度明顯超出常規(guī)節(jié)目音頻響度，對廣大電視觀眾的收視收聽體驗造成極差影響，嚴重阻礙電視行業(yè)發(fā)展。為規(guī)范電視節(jié)目音頻響度，我們應該繼續(xù)高度重視加強電視節(jié)目的音頻響度監(jiān)管工作，把電視節(jié)目的音頻響度納入監(jiān)管體系，充分建設到位更加完備的監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)，為及時發(fā)現和處理不嚴格執(zhí)行相關節(jié)目音頻響度標準的行為做好技術保障。

[1]GY-T 262-201，節(jié)目響度和真峰值音頻電平測量算法[S].[2]張建東，鄧向冬，寧金輝，崔俊生，覃毅力.數字電視節(jié)目平均響度和真峰值音頻電平技術要求標準解讀 [J] 廣播與電視技術，2014，41（12）.

[3]鄧向冬，張建東，崔俊生，覃毅力，寧金輝.電視節(jié)目伴音響度一致性方案研究 [J] 廣播與電視技術，2011，38（c00）：60.