電視節(jié)目響度監(jiān)測(cè)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(fù)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(gè)難題。不僅在各個(gè)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(shí)，也時(shí)常發(fā)生音量跳變的現(xiàn)象，這對(duì)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(duì)于廣播電視監(jiān)測(cè)監(jiān)管行業(yè)，將電視節(jié)目響度列入監(jiān)測(cè)范圍刻不容緩。

1.響度的定義和標(biāo)準(zhǔn)

一般來說，響度是人對(duì)聲音強(qiáng)度的主觀感受描述，電視節(jié)目音頻信號(hào)的電平高低、聲音的頻率、節(jié)目的動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)都會(huì)對(duì)人耳響度大小的感覺產(chǎn)生影響。

以往在音頻系統(tǒng)中常通過測(cè)量信號(hào)電平來反映音頻響度情況，常用的測(cè)量儀表有VU和PPM表。VU表所測(cè)量的是信號(hào)的準(zhǔn)平均值電平，依靠指針的快速運(yùn)動(dòng)顯示信號(hào)電平變化，但也因此它的反應(yīng)存在一些延遲，導(dǎo)致無法顯示過于細(xì)微的電平波動(dòng)。而PPM表測(cè)量的是信號(hào)的準(zhǔn)峰值電平，主要顯示出當(dāng)前的峰值情況。由于通常難以精確地在真正的峰值信號(hào)出現(xiàn)的瞬間進(jìn)行采樣，所以采樣峰值電平無法準(zhǔn)確指示真實(shí)峰值電平。

實(shí)際上并不能通過電平這個(gè)單一指標(biāo)表征響度，為了盡量客觀地描述出人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的感受，經(jīng)過長久的研究，國際電聯(lián)在ITU-R BS.1770系列建議書中提出了用于測(cè)量音頻節(jié)目響度和真峰值音頻電平的算法。該算法對(duì)音頻信號(hào)采用模擬人頭部聲學(xué)效應(yīng)的前置濾波器和leq（RLB）加權(quán)濾波器級(jí)聯(lián)過濾加權(quán)，計(jì)算出的加權(quán)均方電平即為節(jié)目響度，絕對(duì)響度單位為LKFS（Loudness，K-weighted，relative to full scale）[1]。LKFS等同于歐洲廣播聯(lián)盟的EBU R128推薦建議中提出的絕對(duì)響度單位LUFS（Loudness units relative to full scale），EBU R128 中同時(shí)定義了相對(duì)響度單位為LU（Loudness units）。同時(shí)，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行等比例過采樣以及高頻預(yù)加重的方式，得到更加精確的相對(duì)于100%滿刻度和真峰值測(cè)量的分貝，單位為dB TP。

針對(duì)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(shù)字電視節(jié)目平均響度和真峰值音頻電平技術(shù)要求》中對(duì)電視節(jié)目音頻響度和真峰值做出了明確規(guī)定，數(shù)字電視節(jié)目的平均響度目標(biāo)值應(yīng)為-24LKFS±2LU，整個(gè)節(jié)目的最大真峰值音頻電平應(yīng)不超過-2dB TP[2]。

2.響度差異的成因

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

2.1 節(jié)目制播域

若某個(gè)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(biāo)準(zhǔn)在節(jié)目制作播出環(huán)節(jié)采用基于響度的測(cè)量和控制設(shè)備，因此存在較大差異。其次，不同節(jié)目的性質(zhì)及內(nèi)容要求不同，制作節(jié)目音頻時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，而其中動(dòng)態(tài)范圍小的音頻信號(hào)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(duì)比，從而達(dá)到吸引觀眾關(guān)注的目的，這也是目前響度問題表現(xiàn)最突出的部分。事實(shí)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(tái)、電臺(tái)的播出環(huán)節(jié)已不會(huì)取得任何優(yōu)勢(shì)，原因在于對(duì)響度超過閾值的節(jié)目會(huì)在響度控制時(shí)進(jìn)行信號(hào)壓縮，從而造成一定的音質(zhì)損失。因此，在不斷追求音質(zhì)高保真度的當(dāng)下，提高響度上獲取聽感優(yōu)勢(shì)對(duì)于電視節(jié)目已越來越不重要了，甚至?xí)m得其反。

2.2 信號(hào)傳輸域

在信號(hào)傳輸域中，雖然對(duì)節(jié)目有編碼、加擾等操作，但究其本質(zhì)并沒有對(duì)節(jié)目內(nèi)容產(chǎn)生改變，只是可能對(duì)節(jié)目音頻信號(hào)電平產(chǎn)生增益。因此，對(duì)于同一節(jié)目，信號(hào)傳輸域?qū)?jié)目響度造成的影響主要是影響了節(jié)目音頻信號(hào)電平。而同一節(jié)目即使在制播環(huán)節(jié)應(yīng)用了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)目平均響度與最大真峰值電平均達(dá)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(huì)有所差異。

信號(hào)傳輸域中產(chǎn)生的增益通常有以下幾種：

2.2.1 模數(shù)變換時(shí)電平錯(cuò)誤引起的鏈路增益

在對(duì)節(jié)目音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，轉(zhuǎn)換設(shè)備中數(shù)字和模擬的滿刻度電平未能正確對(duì)應(yīng)將會(huì)對(duì)信號(hào)電平產(chǎn)生一定的增益，其中最常見的電平錯(cuò)誤發(fā)生在編碼器環(huán)節(jié)中。

2.2.2 不同傳輸節(jié)點(diǎn)人為調(diào)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(gè)不同的傳輸節(jié)點(diǎn)，均可對(duì)節(jié)目音頻信號(hào)電平進(jìn)行增益調(diào)整。存在對(duì)節(jié)目音頻信號(hào)電平人為進(jìn)行不適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，造成鏈路存在增益。

2.2.3 模擬設(shè)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(xiàn)狀的限制，整個(gè)電視網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化尚未完全完成，在某些鏈路中仍在使用模擬設(shè)備，如果未注意采取相應(yīng)措施保證模擬設(shè)備與數(shù)字設(shè)備之間連接時(shí)阻抗匹配，將會(huì)使模擬節(jié)目的音頻信號(hào)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(hào)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(jí)別高保真影院系統(tǒng)，能夠較為真實(shí)地遵循信號(hào)原汁原味的效果；而大多數(shù)接收觀眾一般是直接用電視機(jī)喇叭來還原聲音的，這就相對(duì)來說稍為遜色一些；其他還有一部分觀眾使用手機(jī)、耳機(jī)或藍(lán)牙音箱等移動(dòng)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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 功能構(gòu)想

響度監(jiān)測(cè)設(shè)備主要針對(duì)輸入的TS流，通過分析處理，將TS流中相應(yīng)的音頻文件解碼，通過標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算，得出準(zhǔn)確的響度值。響度監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠進(jìn)行7×24小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)針對(duì)音頻文件，可以至少保留30天。對(duì)超出響度標(biāo)準(zhǔn)值的告警節(jié)目，節(jié)目的音頻文件采取長期保留。對(duì)響度監(jiān)測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行長期保留。

響度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)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(shù)要求》中的規(guī)定，節(jié)目平均響度目標(biāo)值為-24LKFS，容差范圍為±2LU。由此設(shè)定相應(yīng)的告警門限，對(duì)測(cè)量后的響度值進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，并給出相應(yīng)的報(bào)表數(shù)據(jù)。同時(shí)能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并進(jìn)行報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、圖形化展現(xiàn)等。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“音頻獲取”模塊從外部獲取音頻數(shù)據(jù)，響度監(jiān)測(cè)后臺(tái)服務(wù)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存儲(chǔ)原則存儲(chǔ)音頻到存儲(chǔ)系統(tǒng)。存儲(chǔ)音頻到音頻存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)注意，對(duì)存取的音頻要按照時(shí)間建立索引，方便“響度計(jì)算”模塊讀取特定時(shí)間段的音頻進(jìn)行響度計(jì)算。由于不同電視頻道在進(jìn)入“音頻獲取”模塊的傳輸路徑、處理單元不同，因此延時(shí)也不同，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要注意與節(jié)目播放時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間的對(duì)齊。

“響度計(jì)算”模塊按照輸入的節(jié)目時(shí)長，從“音頻存儲(chǔ)系統(tǒng)”讀取對(duì)應(yīng)音頻進(jìn)行響度的計(jì)算，并且把計(jì)算結(jié)果提交到“業(yè)務(wù)邏輯”模塊，并保存到數(shù)據(jù)中。

“固定時(shí)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(shí)長的“節(jié)目”，每一個(gè)“節(jié)目”的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間提交到響度計(jì)算模塊計(jì)算響度。

“音頻存取管理”模塊，定期清理過期的音頻數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)移響度超過設(shè)定值的節(jié)目音頻到證據(jù)區(qū)長期保存。假設(shè)一個(gè)節(jié)目音頻碼率為300kbps，則一個(gè)電視頻道的音頻存儲(chǔ)一天需要3.24GBytes；考慮到精確節(jié)目單可能在24小時(shí)后得到，一個(gè)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?？梢杂幸韵聨讉€(gè)途徑：（1）從電視臺(tái)獲取前一天播出的節(jié)目單；（2）從監(jiān)管中心數(shù)據(jù)中心獲取已經(jīng)編目頻道的節(jié)目單。該模塊負(fù)責(zé)把不同途徑獲取節(jié)目單轉(zhuǎn)換為“響度計(jì)算”模塊接口使用的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并且驅(qū)動(dòng)“響度計(jì)算”模塊進(jìn)行計(jì)算。

“業(yè)務(wù)邏輯”模塊接受“響度計(jì)算”模塊提交的節(jié)目響度計(jì)算結(jié)果并存入數(shù)據(jù)庫，根據(jù)設(shè)置條件實(shí)時(shí)或者定期生成響度報(bào)表，以供“業(yè)務(wù)展現(xiàn)”模塊使用。

結(jié)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(duì)廣大電視觀眾的收視收聽體驗(yàn)造成極差影響，嚴(yán)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(yīng)該繼續(xù)高度重視加強(qiáng)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(shè)到位更加完備的監(jiān)測(cè)監(jiān)管系統(tǒng)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理不嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)節(jié)目音頻響度標(biāo)準(zhǔn)的行為做好技術(shù)保障。

[1]GY-T 262-201，節(jié)目響度和真峰值音頻電平測(cè)量算法[S].[2]張建東，鄧向冬，寧金輝，崔俊生，覃毅力.數(shù)字電視節(jié)目平均響度和真峰值音頻電平技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)解讀 [J] 廣播與電視技術(shù)，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(shù)，2011，38（c00）：60.