數(shù)字電視節(jié)目響度標準化的探討

王蘭嵐

【摘 要】 基于響度不同度量單位的定義，探討了制作過程中響度標準化的實現(xiàn)，以及播出中響度一致性的實現(xiàn)。

【關鍵詞】 響度；真峰值；響度測量；元數(shù)據(jù)；對白電平；動態(tài)范圍控制類型；線路模式；射頻模式？一致性？標準化？

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.08.004

【Abstract】Based on the definition of different measurement units with loudness， the author discusses the implementation of loudness normalization in the process of production and the realization of loudness consistency in broadcasting.

【Key Words】loudness； true peak； loudness measurement； of measurement unit； consistency； standardization

1 引言

“響度戰(zhàn)爭”已經(jīng)歷經(jīng)了十多年之久，不管是哪個國家、哪個組織制定響度標準，最終目的都是為了解決令人厭煩的節(jié)目間響度跳變的問題。自2007年，廣播電視規(guī)劃院就開始對“電視節(jié)目伴音響度一致性”進行調(diào)查和研究，由于廣播電視系統(tǒng)龐大而復雜，想一步到位解決響度一致性問題幾乎沒有可能性。歷經(jīng)十年，打開電視，依然存在各頻道播出的電視節(jié)目響度差異大、同一頻道播出的節(jié)目間響度跳變的現(xiàn)象。

為了解決響度一致性的問題，2006年ITU-R頒布了BS.1770-0建議書，之后，各國各組織相繼頒布數(shù)字電視節(jié)目響度相關的標準及操作指南，2010年ITU-R頒布的BS.1864建議書中建議：用于國際交換的數(shù)字電視節(jié)目，平均響度目標值應為-24 LKFS?；谏鲜龈魑臋n，以及考慮到現(xiàn)階段中國電視節(jié)目制作、傳輸和播出的現(xiàn)狀，國家新聞出版廣電總局于2014年底頒布了GY/T 282-2014《數(shù)字電視節(jié)目平均響度和真峰值音頻電平技術要求》，明確規(guī)定：數(shù)字電視節(jié)目的平均響度目標值應為-24 LKFS。

2 響度概念及不同的度量單位

國內(nèi)、國際各響度標準競相出臺，在了解這些標準前首先要明確響度的概念。

響度是一個復雜的聲學仿真概念，是人耳聽覺對聲音強弱的主觀感受，是人們對重放聲音音頻信號的一種感覺特性，它是振幅、頻率和帶寬的非線性復合函數(shù)。通常提及的音量就代表了響度，可以簡單理解響度代表聲音的平均能量，響度的舒適度與聲音的聲壓級有關。

隨著響度的標準化，定義了一個新的單位——絕對響度單位，即LKFS，表示“K加權下相對于標稱滿刻度的響度”。按照GY/T 262-2012《節(jié)目響度和真峰值音頻電平測量算法》的規(guī)定，音頻信號的響度是由5個聲道各自響度值加權相加后得到的，LFE聲道不計入測量范圍。所以，無論節(jié)目是單聲道、立體聲還是5.1環(huán)繞聲，其響度測量值都是一個單一數(shù)值，如圖1所示。

由于歷史原因，大家習慣了dB這個單位，然而它并不是一個可以表達主觀感覺的單位，不適合用于響度測量。

按照相對度量的概念定義了LU，可以指明節(jié)目達到目標響度值需要的增益/損耗量。LU是響度的相對度量單位，1 LU的變化相當于變化1 dB。如果將平均響度目標值定義為0 LU，即0 LU= -24 LKFS，則平均節(jié)目響度測量值為-10 LU時，表示節(jié)目需要10 LU（或10 dB）的增益才能達到0 LU（即-24 LKFS）的目標響度值。

有了上述相應的標準，響度跳變情況就可以用以LU為單位的值來表示，對應到主觀的感受是：對于普通人群來說，能剛剛聽出來的變化是1 LU，能清楚聽出變化的量是3 LU，10 LU的變化對應到人耳的主觀感知就是響度提高了1倍。

很多非音頻專業(yè)的技術人員會將電平和響度兩個概念混淆，電平和響度是兩個完全不同的概念，電平是獨立于頻率和帶寬的客觀量。一般而言，由于人類聽覺系統(tǒng)的非線性響應，音頻電平變化若干dB 不會導致響度感覺發(fā)生同等程度的變化。因此，那些把電平控制好了，響度就能達到標準的想法是錯誤的。

3 響度與各類電平表的關系

可是有了響度，是不是就可以不再關注電平了呢？

響度標準化過程并不改變原來的信號電平校準方法。音頻通道校準依然使用1 kHz頻率，-20 dBFS電平的雙聲道同相正弦波信號，該信號通過響度表時絕對值為-20 LKFS。如果是1 kHz頻率，-20 dBFS電平的單聲道正弦波信號出現(xiàn)在任一單獨的前置聲道，則信號通過響度表時絕對值為-23 LKFS。

從信號的監(jiān)測來看，需求最廣的設備還是用于檢測信號電平的電平表。一般現(xiàn)在比較流行的視頻工作站都配有以dBFS為電平單位的峰值表來進行音頻信號的監(jiān)測。

但實際上，電平本身有多種測量方法。由于表頭的響應特性，以dBFS為刻度的表是相應于音頻信號的采樣峰值，只體現(xiàn)了瞬態(tài)的音量大小。而VU表更貼近均方根（RMS）電平值，接近于人耳的聽覺特性，以及對響度的判斷。VU表最初就是被指定表示音量，隨著后來的標準和實踐，VU（Volume Unit）才逐漸演變成音量單位。

以dBFS為電平單位的數(shù)字電平表與VU表的關系如圖2所示。瞬態(tài)峰值電平表頭可以幫助監(jiān)測信號的大小，尤其是信號的削波失真。響度表或者VU表用來查看節(jié)目的整體響度情況。因此對于不具備響度表監(jiān)測響度的地方，可以考慮使用VU表來幫助監(jiān)測響度。

在GY/T 282-2014中還有一項要求“整個節(jié)目的最大真峰值音頻電平應不超過-2 dBTP”，dBTP是以分貝表示的相對于滿刻度的真峰值音頻電平。真峰值電平表到現(xiàn)階段還難以普及到各個制作域內(nèi)，因此，在這里只簡單說明一下：現(xiàn)在常使用的數(shù)字電平表，比如以dBFS為電平單位的表，是“采樣峰值”，而不是“真正峰值”；被測量音頻信號的頻率越高，現(xiàn)有的“采樣峰值”讀數(shù)越有問題，當被測信號的最高頻率達到20 kHz時，“采樣峰值”的讀數(shù)誤差約為12 dB。因此，“真峰值”音頻電平的出現(xiàn)是非常有意義的。endprint

4 制作過程中響度標準化的實現(xiàn)

節(jié)目制作人員最不希望自己的創(chuàng)作意圖因為沒有達到某項技術指標而被修改，響度標準的出現(xiàn)，又給制作人員設立了一道必須要遵守的門限，如何在整個制作過程中實現(xiàn)響度的標準化？

4.1 確定初始響度值

從制作的角度講，在有良好監(jiān)聽條件的情況下，一定要建立良好的聽音習慣，確立電平、響度和聲壓級之間的正確關系。根據(jù)筆者的實際工作經(jīng)驗，在節(jié)目制作過程中，逐漸提高節(jié)目響度要比逐漸降低響度容易實現(xiàn)。 GY/T 262-2012給出的節(jié)目響度測量過程中，除-70 LKFS的起始門限，還有一個10 LU的相對門限，受相對門限的影響，如果要降低節(jié)目的響度值，就需要通過一個比提高相同節(jié)目響度值更大的響度變化量來實現(xiàn)；而且，從節(jié)目情緒來看，逐漸提高節(jié)目響度似乎更符合節(jié)目創(chuàng)作以及廣大觀眾的收視習慣。因此，可以考慮將節(jié)目制作初始響度值設定為低于節(jié)目平均響度目標值1 LU ～2 LU，便于制作人員保留一定的儲備空間來應對不可預期的聲音信號。

4.2 響度的監(jiān)測及矯正

當初始響度值設定好后，需要固定好制作環(huán)境的監(jiān)聽音量，這一點非常重要，所有的調(diào)整都是基于這個固定監(jiān)聽音量和此時的響度、電平之間的關系進行的。整個過程中，通過對瞬時響度和短期響度的簡單監(jiān)看，以及偶爾對于節(jié)目平均響度值的監(jiān)看，能夠獲得充分的信息來確保節(jié)目響度在目標響度范圍內(nèi)。節(jié)目平均響度值能夠表現(xiàn)出節(jié)目響度變化的趨勢，根據(jù)該趨勢，制作人員可以做出適當?shù)恼{(diào)整。

節(jié)目制作完成后，節(jié)目的平均響度值可能出現(xiàn)兩種情況：準確達到節(jié)目的平均響度值、偏離節(jié)目的平均響度值。

在直播節(jié)目的制作過程中，很容易想到，第二種情況非常普遍。如果實際響度值在±2 LU的偏差范圍內(nèi)，則無需進行任何形式的矯正，如果響度值的偏差超出規(guī)范容許的范圍，則需要通過位于播出端的自動響度控制器來進行響度矯正，自動響度控制器在調(diào)整好所有參數(shù)的前提下，對整個制播鏈路起到響度保護的作用。如果響度標準化貫徹執(zhí)行于電視節(jié)目所有的制作過程中，送到播出端的節(jié)目都符合響度標準的要求，那么，自動響度控制器就可以只對直播類節(jié)目進行控制了。

對于需要進行后期制作的節(jié)目，制作人員可以對節(jié)目進行反復修改，節(jié)目的平均響度容易達到目標響度值，而且節(jié)目制作完成后能對完整的節(jié)目進行響度測量，根據(jù)測量結果再次進行修改，使節(jié)目的平均響度達到目標響度值。如果是在基于文件的制作環(huán)境中，響度測量、矯正所需的時長會遠遠優(yōu)于實時測量和矯正的速度。根據(jù)目前行業(yè)現(xiàn)狀以及現(xiàn)階段的工作流程，成品播出文件基本都出自視頻工作站，因此，在視頻工作站上安裝具備響度測量和矯正的音頻插件，對于實現(xiàn)“響度標準化”有極佳的效果。

不管從信號監(jiān)測還是從節(jié)目的制作方面，采取措施的目的都是為了解決“響度標準化”的問題。ITU-R BS.1864建議書中建議：對于不使用元數(shù)據(jù)來表示節(jié)目響度的數(shù)字電視節(jié)目的國際交換，必須對整個節(jié)目或正常對白部分的平均響度值進行測量。由此又給制作人員帶來了疑問，如何劃分節(jié)目類型以遵循測量整個節(jié)目的平均響度或測量正常對白部分的響度呢？當然，不管遵循哪種測量方式，最終制作的節(jié)目都需要得到節(jié)目制作人的認可，這在中國現(xiàn)行的廣播電視行業(yè)并不可行。目前除新聞、訪談類節(jié)目之外，不易嚴格區(qū)分各節(jié)目的屬性，對于播出頻道的屬性也無法從節(jié)目類型上去進行嚴格的分類，因此大多數(shù)制作公司或廣播電視播出機構，都以測量整個節(jié)目的平均響度值為主要依據(jù)。雖然兩種測量方法的結果會有些不同，但這些都應該在預期的范圍內(nèi)。

5 播出中響度一致性的實現(xiàn)

前文討論了如何在制作過程中實現(xiàn)節(jié)目的響度標準化，那么，達到響度要求的電視節(jié)目是否能夠完全按照制作人員的藝術創(chuàng)作意圖完美地呈現(xiàn)在電視觀眾面前嗎？

最終數(shù)字電視節(jié)目有多種接收方式和音頻信號的還原方式。數(shù)字衛(wèi)星、數(shù)字無線及數(shù)字機頂盒的接收方式，具備解調(diào)大動態(tài)范圍音頻信號的條件，根據(jù)發(fā)送端編碼設備使用的壓縮編碼方式不同，接收端可以還原的動態(tài)范圍略有差異，但和以前無線模擬開路電視接收方式相比較而言，更加符合專業(yè)音頻的要求。從數(shù)字電視和HI-FI家庭影院系統(tǒng)的普及程度來看，全國大部分電視觀眾都是在數(shù)字機頂盒接收、電視機揚聲器重放這一條件下評價節(jié)目響度的。

數(shù)字機頂盒利用編碼信號里攜帶的一些元數(shù)據(jù)，解碼將聲音信息重放出來。這里不冗贅元數(shù)據(jù)的所有參數(shù)，只涉及和響度以及動態(tài)范圍相關的一些控制參數(shù)。

符合響度要求的數(shù)字電視節(jié)目在播出之前需要經(jīng)過編碼，之后再傳送到千家萬戶。編碼時，會為節(jié)目設定一些元數(shù)據(jù)參數(shù)，節(jié)目制作者應該正確地設定元數(shù)據(jù)參數(shù)，因為這些設定會對音頻信號產(chǎn)生非常重要的影響，如果設定有誤，會影響解碼輸出的重放效果。嚴格地說，每一個節(jié)目都應該攜帶自己特有的元數(shù)據(jù)參數(shù)，但是從電視播出的行業(yè)現(xiàn)狀來說，尚不具備給每個節(jié)目寫上自己的元數(shù)據(jù)這樣的條件，因此，部分電視播出機構都是按照播出頻道的一些特點，賦予這個頻道統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)參數(shù)，在要播出的節(jié)目不攜帶元數(shù)據(jù)信息時就按照統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)參數(shù)進行編碼。

和響度以及動態(tài)范圍相關的元數(shù)據(jù)控制參數(shù)主要包括對白電平、動態(tài)范圍控制類型、線路模式和射頻模式。

先看線路模式和射頻模式。數(shù)字機頂盒上一般都有適配于不同重放設備的輸出接口，現(xiàn)在的家庭用戶，基本都不會去使用射頻輸出直接接到電視機上看單聲道電視節(jié)目，而多數(shù)用戶使用能夠解析出立體聲的線路輸出或HDMI輸出收看立體聲節(jié)目，但這兩種輸出，都已經(jīng)被強制使用射頻模式輸出。只有在使用高品質其他解碼設備，比如AV功率放大器時，才使用線路模式輸出。射頻模式輸出的一個重要特性就是重放的響度是-24 LKFS，且高電平和低電平的壓縮比例不可調(diào)。也就是在射頻模式輸出上，采用什么樣動態(tài)范圍控制類型對最后重放效果的動態(tài)范圍有一定的影響，如果選錯動態(tài)范圍控制類型會導致節(jié)目重放時被過度壓縮，聽不清節(jié)目的一些主要元素。

前文提到，部分播出機構給不同頻道賦予了預設值，其中動態(tài)范圍控制類型就是從電影輕度型（Film Light）、電影標準型（Film Standard）、音樂輕度型（Music Light）、音樂標準型（Music Standard）、語音型（Speech）以及不作處理（None）這六種預置中進行選擇，各種類型的具體參數(shù)見表1、圖3。

有人會說既然射頻輸出模式的重放響度是-24 LKFS，還有必要提前進行響度控制嗎？當制作者事先并不知道自己制作的節(jié)目將被賦予哪種預設值時，提前進行響度控制還是很有必要的。

響度一致性還有另一種可實現(xiàn)的手段，就是準確知道每個節(jié)目的對白響度值，將其寫進元數(shù)據(jù)，最后機頂盒的射頻模式按照-24 LKFS重放。但就目前的制作現(xiàn)狀來看，無法測量出每個節(jié)目的對白響度值，如果這個值設置錯誤，反而會影響最后的輸出，無法達到響度一致性的目的。而且每一種動態(tài)范圍控制類型的非處理區(qū)域（None Band）的中心區(qū)域是由這個值的設定所決定的。之前進行了響度控制，符合響度要求，將對白電平值設定為-24 dB，這樣動態(tài)范圍控制類型就可以在這一設定好的電平附近工作，盡量不進行壓縮或提升，確保制作者的藝術創(chuàng)作。

關于響度的一致性還有很多的問題值得探討，此文中筆者僅就重點進行了說明，與讀者分享?？偠灾懚纫恢滦圆皇且货矶偷?，應該讓“響度標準化”貫穿于節(jié)目制作、播出和傳輸?shù)氖冀K。

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