电视伴音响度测量及控制技术

徐康娟，周克胜

（江苏广播电视总台，江苏 210008）

电视伴音响度不一致是近年一直被讨论并试图解决的问题。笔者曾经参加了《电视伴音响度控制技术和政策研究》项目组的工作，对响度的测量和控制技术进行了研究，在此与诸位同仁分享、交流。

电视伴音响度控制技术包括响度的测量和响度控制两部分。

1 响度测量技术

1.1 响度测量设备

响度测量的关键是选择好测量设备。建议采用符合ITU相关标准的响度表。对于各类响度仪表和监测软件，可使用ITU《Report ITU-R BS.2217 Compliance material for Recommendation ITU-R BS.1770》提供的标准测试音频文件进行校准。

ITU标准建议的响度表，有如下几种模式：

相关厂商提供了符合ITU标准的响度监测设备。除图1中几种响度表模型外，还包括其他不同显示模式的响度表：显示实际响度数值的响度表、柱状表、雷达表等。部分厂商推出了基于音频工作站的响度插件，或者可独立运行的实时响度监测软件，以及可以对音频文件进行响度分析的软件。以下为几种不同显示类型响度表：

图2为雷达表盘图示，它可以同时显示实时响度和真实峰值电平以及历史响度。显示界面为环形，色彩区分不同响度，使用者可以很容易地辨别出响度是否处于响度舒适区范围内。

图3为柱状表盘图示，它可以同时显示实时响度和真实峰值电平以及历史响度，表头显示方式与电平PPM表相似，比较符合传统监视习惯。

图4为基于PC平台的响度表软件界面，它可同时显示多种响度数值（瞬时、短时、节目响度）。

图5为数字响度表，它可输出响度记录数据用于节目响度分析。

实时响度监测软件可对实时音频信号进行测试，包括电平、响度、准峰值，测量日志可输出。

1.2 响度测量工具应用环境建议

上述满足ITU标准的响度表在实际电视节目制作、播出、传输及分发工作中均可采用，结合不同的工作需求，各个环节应有不同的侧重：

（1）节目制作环节，宜使用雷达表或者柱状表，便于实时观察。制作人员应同时关注响度表快速模式和积分模式的响度数值。快速模式数值用于实时控制响度值，使其在目标值上下合理范围内波动；积分模式数值用于控制节目的整体响度，保持节目整体响度的一致性。

（2）节目播出环节，宜使用能自动生成响度日志文件的响度监测设备，重点关注积分模式的响度数值。响度监测设备的日志文件和生成的监测曲线可以更加精确地反映监测时段内响度的变化情况。该数据可以和播出串联单对比分析，为各个频道提供全面的响度监控数据，为制作环节提供控制依据；该数据还可以为播出环节自动响度控制设备的参数设置提供依据。

（3）信号传输、分发环节，宜使用能自动生成响度日志文件的设备，定期汇总分析各频道响度数据，为上游环节提供反馈。

图1 标准响度表常见模式

图2 雷达表表盘图示

图3 柱状表表盘图示

图4 基于PC平台的响度软件表图示界面

1.3 响度测量工具使用建议

响度测量工具一般都可提供多种信号格式或文件格式输入、多种数据显示模式、多种测量结果报告，可根据不同应用场合进行选择。

（1）信号源选择

用户可根据测试信号类型选择合适的输入，模拟或数字，SDI嵌入音频或AES数字音频。

图5 数字响度表

图6 实时响度监测软件界面

（2）数据显示模式

部分响度表可选择节目电平、瞬时响度（M）&短时响度（S）、瞬时响度（M）&长期响度（L）等多种组合显示模式，制作环节应关注瞬时响度和长期响度，播出环节应关注短时响度和长期响度；SCALE可以选择绝对响度值（LKFS）显示或者相对响度值（LU）显示，绝对响度值应该在-23 LKFS上下摆动，相对响度值应该在0 LU上下摆动。一般情况宜选择相对响度值显示，因其比较直观，观测者不需要与目标值比对就可直接知道当前响度与目标值的偏离值。

（3）数据输出

测试音频文件响度的设备，可以输出.TXT、.CVS、.XLS等记录响度的文件，一般可选择1 s、5 s或10 s输出一个响度值。用户可以根据这些离散值生成折线图表，观察响度变化趋势及响度动态范围。有些软件除可以给出这些离散值外，还可以给出一段音频文件的对白响度、平均响度，用户可以根据这个平均响度值与目标值的偏离值平移电平使这段音频达到响度目标值。

（4）日志文件应用

有些信号监测设备，可以实现24 h不间断测量响度，并以0:00——24:00为间隔自动生成一个响度日志文件。这类测试设备，适合在播出域使用，用户可以观察全天响度曲线，曲线可反映24 h内响度中心值位置及响度随时间的变化、响度动态范围是否符合舒适区范围。根据日志与节目单比对，用户可以锁定响度异常的节目，其对应精度达到秒。这类测试软件在参数设置上需要注意给出数据的时间间隔应该≤5 s，保证很短片段的广告或宣传片的响度能被正确反映。

1.4 响度测量数据

对响度测量数据的分析与解读，是电视伴音响度控制的基础。图7为某频道黄金时段响度曲线分析。

（1）响度测量值

响度测量值可通过快速模式和积分模式两种测量方式得到。

快速模式采用较短的测量时间，主要用于现场制作、后期制作和播放。

积分模式采用较长的测量时间，用于质量控制（主要集中在节目输入阶段）、节目发送和后期分析。

长时间对快速模式测量数据的监测与记录，可以全面准确反映节目响度情况。

（2）节目响度值

节目响度值采用积分模式获得，为单一节目从开始到结束的平均响度，节目响度值应符合-23±2 LKFS。这一指标可以对电视台节目制播流程中每一个可独立分割的节目进行响度控制。

单声道、双声道、立体声、5.1环绕立体声节目都应按照此目标值进行制作，响度测量值应为-23±2 LKFS。

图7中的节目响度中心值可视为节目响度值，仅《新闻联播》符合响度标准。

（3）节目响度动态范围

该参数指节目内部响度变化的范围，采用快速模式获得。在节目响度符合目标值情况下，响度动态宜在舒适区范围内，极限不应超出容忍区上限。

图7 某频道黄金时段响度曲线分析

图7中《新闻联播》响度动态范围较好落在舒适区范围内；节目预告响度动态范围并不大，但响度中心值超过目标值4 dB，所以不满足要求。

（4）播出响度值

播出响度值为一个频道长期播出响度值，采用积分模式获得，应符合-23±2 LKFS，该值无法反映节目间响度跳变、响度动态范围。

图7中播出响度值基本满足要求，但节目跳变明显存在，不满足响度一致性要求。

（5）播出响度动态范围

播出响度动态范围指一个频道全天播出节目的响度范围一致，采用快速模式获得，它应该与节目响度范围一致，在响度舒适区范围内活动，极限不应超出容忍区上限。

该指标可以解决播出响度跳变问题，应使用24 h不间断监测，并能自动生成响度曲线的设备进行监测。

图8为某频道24 h播出响度曲线。

2 响度控制技术

2.1 响度控制技术分类

响度控制技术可以分为两大类：节目响度归一化技术，即通过设备、人工等手段，把节目响度控制在目标值；元数据控制技术，即在节目制作端写入该节目响度元数据，接收端用户自行设定自己期望的响度值，对该节目进行还原。

根据我国目前电视制播的实际情况，短期内采用响度归一化方式可以较快地改善现有问题；随着数字化网络化制播方式的推进，采用元数据控制技术是未来发展方向之一。

2.1.1 响度归一化技术

采用响度归一化方式，在技术手段上较为简单，对于现有制播链路的系统影响较小，可以兼顾现有的各类制播系统。可以通过制作域的人工控制、制播环节的设备自动控制、文件化控制等多种技术手段来实施。响度归一化方式涉及制播、传输、分发诸多环节，必须依赖完整的控制实施流程：包括政策宣贯、标准制定操作培训、建立监督和反馈机制。

（1）人工控制

这里指的人工控制，是指通过人耳的主观监听和响度监测设备指示，在节目制作环节对节目的响度进行控制。这一手段主要应用在制作领域的演播室、转播车及后期制作阶段。

在具备响度监测设备的情况下，通过对响度表读数的观察，对节目电平、频率、动态、声道进行调整，达到响度目标值。

在不具备响度监测设备的情况下，则需要在校准的监听环境中，通过主观听觉和对电平表的观察，借助经验值对节目进行响度调整。

（2）设备自动控制

设备自动控制包括对信号进行自动控制和对文件进行自动控制。

对信号控制：在通路中嵌入自动响度处理设备，调整设备参数，使节目响度达到目标值。自动控制的关键是参数的设定，包括目标值、控制门限值、响度范围、分频段设置参数、LIMIT、AGC值。制作域可以针对不同节目类型设置合适的参数，播出域则需要放宽门限，对信号进行较“弱”控制，避免已经控制过的信号被二次处理，影响主观听感。

对文件控制：对文件进行响度分析，获知响度，根据目标值平移节目电平，使节目达到目标响度。文件处理的关键是目标值的设定及LIMIT参数设定，电平平移容易发生信号过大的危险，需要设上限保护。

图9为电平一致情况下，进行响度归一后，电平超过上限后进行限幅处理的示意图：

2.1.2 响度元数据技术

元数据控制技术，需要在电视节目的制作、播出、传输、分发及用户端全流程配合，保证在制作领域写入的节目响度元数据信息可以伴随节目信号正确传输到用户机顶盒。

采用元数据技术，制作人员可以根据不同节目的制作特点进行较为自由的节目制作，无需按照某一固定目标值进行响度控制。用户在收到伴有元数据信号的节目后，可根据自己的欣赏习惯和家庭音响环境，在接收端进行播放响度的设置。

采用响度元数据方式需要电视制播全链路的配合，该方式的实现由于牵涉较多设备和系统投入，在广电系统全面实施需要较长的周期。

2.2 响度控制设备

图10为音频信号响度控制设备。这类设备均支持ITU-1770-1/2 及EBU-R128 国际通用响度标准，支持多种接口格式，支持1.0单声道、2.0立体声、5.1及7.1多声道音频，支持Web Confi guration 浏览器方式参数及设置页面，能够接受外部触发（网络协议），启动/停止响度测量进程，并将测量结果通过SNMP协议报出，支持File Logger 在线及离线节目信号状态分析。

图11为音频文件响度控制设备。DOLBY DP600服务器面板图示，DP600是基于文件的响度控制设备，可以将音频文件的响度调整至设定值。

2.3 响度控制设备的主要参数

（1）响度目标值

响度目标值应设为-23 LKFS，这一参数决定响度控制后节目的响度值。

（2）门限（包括上限和下限）

当响度值处于这两个参数之间时，节目信号被视为安全，设备不对信号进行响度控制，该参数响度应根据应用环境设置。

图9 响度控制后造成电平削波

对上限设置的考虑，可以比目标值略大，但不能超过2 dB，否则节目控制结果不好，节目响度一定会超过目标值。

有些设备则用下限参数和偏离目标值参数进行控制，两者配合使用。

对下限（Freeze）设置的考虑：

播出域，该值应适当降低，-50 dB左右，避免电视剧、高尔夫、台球节目中安静场景的噪音被提升。

制作域，根据不同的节目类型也应该有不同值。语言类节目，可适当提高，以使谈话或新闻节目的响度平稳；大动态音乐类节目需要降低，以获得更大动态。制作者应不断尝试，找出最合适的值。

（3）控制力度

该参数决定当需要进行响度控制时，增益或衰减的最大数值。（见图13）

（4）响应速度

这个参数决定了响度控制的响应速度，有些设备用attack time和release time来设置。

除此之外，不同的设备各有其响度优化方法，用户应根据实际情况，比较不同参数处理的结果，根据不同的应用环境找出最合适的设置。

图12为几个响度控制设备的处理结果，不同的处理方法、不同参数设置导致响度控制的幅度、速度各不相同。

图10 音频信号响度控制设备

图11 音频文件响度控制设备

图12 同样信号采用不同设备处理前后的电平信号波形

图13 同样信号经不同设备控制前后的信号响度对比

3 结束语

本文仅从技术层面分析了响度的测量及控制，纵观电视节目制作、播出、传输、分发到用户全流程，可知伴音响度控制是一个系统工程，需要统筹解决。期待现有的技术手段能为政策的制定、全链路响度控制策略提供强有力支撑，早日实现用户端电视伴音响度一致，避免收视观众频繁操作遥控器调节音量。