响度问题及解决方法初探教材

1、电视伴音响度问题及解决方法初探程宏 王麒 黄帅摘 要：本文根据实际工作中遇到的响度问题，不仅从专 业技术人员的角度，更重要是从观众与用户的角度出发，进 行了一系列主客观测试和初步分析。从目前的响度标准及立 法、电视信号链路上存在的响度问题、初步解决方法以及国 内电视台在响度控制方面取得成果等几方面对响度问题进 行了梳理与阐述。关 键 词： 响度 标清 高清 响度标准 响度归一 元数据 自 动音量控制（ AVC）电视节目离不开声音，声音也充实着电视节目，声音在 电视中发挥着不可替代的作用。广播电视行业在当今众多传 播载体中， 要想取得满意的传播效果， 就必须重视电视声音。 电视伴音响度的忽大忽小

2、给电视观众带来了很大的困扰。仅 从主观听觉而言，不同频道的节目声音就相差较大，而同一 频道的不同节目的声音差别也较大。电视伴音响度的不一致 严重影响了收视效果，影响了数字电视的服务质量。针对用户反应在有线电视接收端节目响度存在一定差 异的问题，北京电视台播出部就此进行了一系列主观与客观测试1 北京地区高标清频道存在的响度问题 主观测试是完全站在用户的角度上去反复聆听。我们选 取了几个测试地点，分别位于北京市海淀区学院路、北京市 海淀区人民大学、北京市石景山区鲁谷、北京市朝阳区建国 路、北京市昌平区回龙观、 北京市顺义区城区。 在这些地点， 我们的小组成员通过北京歌华有线的高清机顶盒对央视新 闻

3、联播节目及我台转播的新闻联播节目进行反复监听 比较，发现高标清输出音量的差异存在一些共性的情况（在 电视机的自动音量调整功能关闭的情况下），即：SD BTV1 = SD CCTV1HD BTV1 = HD CCTV1SD CCTV1 HD CCTV1（SD BTV1 HD BTV1 ； SD BTV1 HD CCTV1） 随后，我们就高标清频道音频输出差异进行了更广泛的 监听。进一步发现除了央视和北京电视台，几个主要的省级 卫视频道（湖南电视台、浙江电视台、黑龙江电视台等）在 各时段也存在标清的输出响度大于高清输出响度的现象，人 耳感觉较明显。由此我们认为，在北京地区的用户接收端， 对于高标清

4、同播频道而言，普遍存在标清频道的输出响度大 于高清频道的现象。为了进一步探明原因，我们在北京电视台的播出机房和 总控机房，再次分别对 BTV卫视的信号进行监听。通过客观 和主观测试，我们初步确认 BTV播出机房输出的卫视高清、 标清 SDI 输出音频信号不存在明显差异。由此我们认为造成 高标清音频输出信号存在明显差异的原因有可能出在播出 机房之后，各传送环节需要进行排查。可能是传输、接收以 及主观听觉等同性因素所造成的。2 具体客观测试的数据和初步判断2014 年 6 月 26 日下午 15：30 至 2014 年 6 月 27 日下午 15： 30，技术设备管理部的技术人员对这一时段来自于B

5、TV及央视的电视信号进行了收录。录制方式分别为： （ 1） 北京电视台播出链路（键控器之前） HD-SDI/SD-SDI 信号调度至收录网收录， 高清录制格式： MPEG /I 帧/100M； 标清录制格式： MPEG/I 帧 /50M。由非编工作站输出 HD-SDI/SD-SDI 信号，经解嵌后 AES信号输入响度分析仪 （DOLBY LM100）进行数据分析。（ 2） 中央电视台传送的 HD-SDI/SD-SDI 信号输入北京电视 台播出传输系统之前调度至收录网收录，高清录制格式： MPEG/I 帧 /100M；标清录制格式： MPEG/I 帧/50M。由非 编工作站输出 HD-SDI/S

6、D-SDI 信号，经解嵌后 AES信号输入 响度分析仪（ DOLBY LM10）0 进行数据分析。测试数据如下图所示图 1 北京电视台卫视频道与中央电视台综合频道 24小时播出节目响度数据分析图图 2 北京电视台卫视频道转播新闻联播节目与中央电视台 综合频道新闻联播节目响度数据分析图表 1 北京电视台卫视频道与中央电视台综合频道 24 小时 播出节目响度数据统计测试频道响度均值(dB)响度值范围 (dB)响度变化幅值 (dB)CCTV1标清-24.6-23.6-25.72.1BTV卫视标 清-27.2-22.2-35.112.9BTV卫视高 清-27.3-22.1-35.012.9CCTV1高

7、清-30.6-28.6 -34.05.4根据客观测试及多次主观聆听的结果，我们做出如下判断：1) 北京地区，央视及几个不同的主要省级卫视频道(湖 南电视台、浙江电视台、黑龙江电视台)也存在标清的音 量比高清大很多的现象，人耳感觉明显。初步表明标清的音量比高清大很多的现象普遍存在， 不仅 仅只限于北京电视台 和中央电视台。2) 北京电视台卫视频道的高清 SDI 信号和标清 SDI 信号 响度基本一致。 北京电视台卫视频道的播出中心链路没有 对外来信号进行增益上的调整和处理。 造成高标清音频输 出信号存在明显差异的原因出在播出机房之后， 针对到达 最终电视观众的各传送环节均需要进行进一步排查。3)

8、 各国内电视台普遍存在，同一频道所制作的不同节目 的声音主观感觉不同。不同类型的节目，存在不同的声音 主观感觉。4) 同一节目的高清与标清频道音频输出给观众不同的声 音主观感觉。可能是传输、接收以及主观听觉等共性因素 所造成的。3 有关响度的定义及响度的基本要素3.1 响度的定义和电视伴音响度控制机理响度是人们对以声音进行重放的音频信号的一种感觉 特性。它是振幅、频率和带宽的非线性复合函数。响度描述 的是声音的响亮程度，表示人耳对声音的主观感受。响度的 大小与发声体的振幅、距发声体的远近、声音发散程度、人 耳的主观感觉及声波传播介质相关。电视伴音响度控制的主要指标包括：响度目标值、节目 响度容

9、许偏差值及响度动态范围。控制上述指标，即可实现 对电视伴音响度的控制。( 1) 响度目标值用来对电视伴音信号的响度进行归一化制作或者播出 的标准数值，规定这一目标值，可以统一制作播出规范，从 而对电视伴音响度进行有效控制和管理。根据国内外相关标 准，响度目标值宜设定为 -24LKFS，该响度值可以兼顾设备 电平校准和后续的节目制作习惯。该目标值适用于单一节目 的响度控制和频道整体响度监测控制。（ 2） 节目响度容许偏差值 这一参数主要指节目的响度测量值与目标值偏离的范 围。节目响度容许偏差值宜为响度目标值的2LKFS。实现各类节目的响度统一即可实现频道响度一致。（ 3） 节目响度动态范围 节目

10、响度动态范围是指以响度目标值为中心的按照快 速模式测量的响度数值的上下浮动范围。响度动态范围宜以 响度目标值为中心的听感舒适区内上下浮动，不超出听感容 忍区。3.2 响度的基本要素有以下几点（1） 响度单位：响度单位有 LKFS、 LUFS以及 LU。LKFS（ Loudness K-weighted Full Scale）：参照数字信号满电平的 K 计权响度，是响度的绝对测量单位， 应用于 ITU BS.1770 以及 ATSC A/85 标准中。LUFS（ Loudness Units Full Scale）：以数字信号满电平值为基础的响度单位，是响度的绝对测量单 位，应用于 EBU标准中

11、。LU（ Loudness Units ）：响度单位，是响度的相 对测量单位。（ 2） 节目响度：指节目在整个节目时长上的整体响度。节 目响度电平是以 LUFS 或 LKFS为单位的节目响度值。（ 3） 响度范围（ LRA）：反映一个节目内的响度分布。（ 4） 最大真峰值电平（ dBTP）：指在连续时间域内，节目 音频信号波形的最大值。（5） 响度目标值：对于 ATSC A/85 标准而言，其推荐的 响度目标值为 -24LKFS；对于 EBUR128标准而言，其 设定的响度目标值为 -23LUFS。（ 6） 门限（ Gating ）：门限就是要将节目中不需要纳入响 度计算的部分排除出去。其中分

12、为绝对门限（响度低 于-70LKFS）和相对门限（低于平均响度值 -10LU）。4 国际相关组织的响度标准及具有代表性的响度立法4.1 ITU ：在 ITU-R BS.1770 建议书中， ITU 建议当要求音频 通道或者节目响度的客观测量要便于节目传送和交换时，应 采用“客观多声道响度测量算法”中规定的算法；在节目制 作和后期制作中采用的、用于指示节目响度的方法可以以 “客观多声道响度测量算法”中规定的算法为基础；当需要 指示数字音频信号的真正峰值电平时，测量方法应基于“准 确测量“真正峰值”电平的准则”中指出的准则，或者一个 能提供类似或较好结果的方法。同时进一步建议：进一步的 工作应该旨

13、在扩充“客观多声道响度测量算法”中规定的算 法，从而提供短时响度的指示；应该考虑到如果证实新的响 度算法提供的性能要明显优于“客观多声道响度测量算法” 中规定的算法，可能需要更新本建议书。4.2 EBU：在 EBU推荐标准 R.128中， EBU推荐节目响度、响 度范围、最大真峰值电平应当作为描述音频信号的个性特 征；节目响度电平应当标准化至 -23LUFS 示值的目标响度电 平。对于不能实现精确规整的节目片断 （例如： 直播节目） 其响度电平与目标电平的允许偏差一般不超过1LU；测量的音频信号必须包含全部内容，不能对任何特定成分作加 重，例如声音、音乐或音效；测量应采用与ITU-R BS.1

14、770和 EBU技术档案 33414 相兼容的响度表。同时 EBU进一步 建议对于已经标准化至 -23LUFS 目标电平的节目，其响度元 数据的示值应当设置为 -23LUFS；元数据必须总是准确指示 节目的实际响度，即便由于某些原因，节目响度未被标准化 至-23LUFS；涉及制作及设备实现的音频处理、系统及操作， 应当在兼容 EBU技术档案 33436 的情况下进行；涉及节目 分发领域的音频处理、系统及操作应当在兼容EBU技术档案33447 的情况下进行。这个推荐标准从2012年开始实施，到了 2013年底，所有欧盟国家均已采纳并执行这个标准。4.3 降低商业广告音量法案 ( Commerci

15、al Advertisement Loudness Mitigation ，CALM Act) :该法案 2010年12月由美 国总统奥巴马签署通过，经过一年的宽限准备期后，由美国 联邦通信委员会 (FCC)正式开始负责监督执行。美国的广播 电视公司、有线电视及卫星电视公司都必须遵守这一法案的 规定，电台及网络节目则不受限。该法案的提出是为了保护 观众不受音量过大的广告的侵扰，尤其是过吵、过于刺耳的 广告对儿童的危害。这个看似小题大做的法案广获美国民众 的支持，同时也将推动一些无法适应目前美国电视节目平均 音量的广告商与广电公司的技术升级。 CALM法案规定如果消 费者坐在家里投诉商业广告和节

16、目之间音量不一致，该电视 台可能为一次违规被罚款 1万美元。一旦被投诉一次，待查 电视台 7天内必须向 FCC提供播出广播码流的 24小时“抽查” 以保证合规。如果无投诉，电视台仍需在两年内每年提供抽 查。此后，证明没有违反此法令的电视台不再必须抽查。5 国内电视台在响度控制方面取得成果2009 年广电总局规划院完成了 电视节目伴音响度一致 性方案研究的报告，对于电视伴音响度问题进行了较为全 面的分析和研究。江苏广播电视集团于 2010 年承接了广电总局科技司 电视伴音响度控制技术和政策研究 项目工作， 并于 2012 年通过广电总局验收；同时中央电视台也于 2012 年制定出“央视试行响度规

17、范”，对推进我国电视音频技术 发展发挥了重要作用。5.1 以央视为例：央视在制定 电视节目音频制作的响度规范 的基础上， 在全台实施整体的响度控制方案：（ 1） 在现有专业音频制作域（演播室、后期录音棚）全面 部署响度测量与响度控制设备，在音频岛内制作完成的音频 文件在送至制作岛之前，需经过文件化响度测试，如果响度 值未达到目标响度标准，则需返回重做直至达标为止。（ 2） 视频制作岛：部署自动响度测量与校正软件，使得后 台文件化测量、文件化响度校正成为非专业音频制作人员完 成响度控制重要手段。（ 3） 播出域：部署信号级频道响度控制器，并通过SNMP协议完成信号级节目响度测量与上报。5.2 以

18、江苏台为例： 经过研究与实践，江苏电视台制定出电视节目伴音响度控制 制作指南（暂行）。5.2.1 声音电平表要求（ 1 ） 节目声音信号电平在数字电平表上原则上不超过-9dBFS；最大不能超过 -6dBFS。（ 2） 节目制作过程中，声音电平在数字电平表中宜以-15dBFS为中心上下波动。5.2.2 声音响度要求（ 1） 节目声音响度在响度表上原则上不超过-21LKFS；最大不超过 -18LKFS。（ 2） 节目制作过程中，声音响度在响度表中宜以-24LKFS为中心上下波动。5.2.3 节目制作要求 制作过程中，制作人员宜以语言信号为基准，先将其调 整到满足电平表要求或者响度表要求的幅度，然后

19、据此对节 目中的宣传片，广告，音乐等响度跳变较大的段落进合理的 音量控制，以保证整段节目响度的一致性。5.3 北京电视台经过多年的探索与实践，也在响度的控制、 测量与管理方面累积了丰富的经验，正在逐步从制作到播出 层面形成完备的响度控制规范，从而在节目源头便为用户提 供舒适的响度效果。6 电视机的自动音量调整（ AVC）在音频调研活动中，我们还遇到了“有趣”的电视自动 音量控制功能。在观测中，如果选用的电视具备自动音量控 制功能，我们发现频道间的音量差异不大。但是在此功能关 闭情况下，就可以明显听出频道间的音量差异较大。原来有 的电视开启了自动音量控制功能之后，一旦把音量设定之 后，不论各频道

20、的电视伴音有何差别，它都能使扬声器中的 音量基本保持稳定。我们进一步联系了部分电视生产厂家，了解电视的自动 音量控制功能( AVC： Auto Volume Control )的技术问题。 了解到的情况是：多数厂家的中高端系列产品具备AVC自动音量控制功能。自动音量控制功能的电视机能根据音频信号 的差异自动调整音量到设定值，使不同频道的音量基本一 致，不会出现换台音量突变影响听觉。国内部分厂家自动音量控制功能的调查表如下厂家无 AVC功 能部分产品有AVC功能全具备 AVC 功能1山东松下2创维3联想4长虹5SONY6LG7康佳8海尔在当前情况下，为了使电视观众与用户得到更好的视音 频体验，我们向部分电视生产厂家建议厂家开启自动音量控 制功能。这样不论各频道的电视伴音有何差别，它都能使扬 声器中的音量基本保持稳定。该功能也可以是电视生产厂家 的主要技术“卖点”，促进其产品更好地为用户服务，更好 地销售厂家的电视机产品。7 总结针对目前高标清同播频道响度不一致的情况，我们认为 响度控制主要分布于两个层面，第一个层面是节目的制作、 播出、传送层，