电视播出系统中音频响度控制的探讨

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电视播出系统中音频响度控制的探讨

为了让电视节目更好地服务于大众，获得更好的播出效果，我们要更加严苛地重视音频响度控制的问题，力争让观众听觉感官体验上更加舒适完美。文章从响度与响度控制、几种常用的响度控制器以及在电视播出系统中响度控制的实现方法等方面进行了浅述。


由于各电视台节目素材来源不同，各制作单位的音频制作准则不一，音响师和制作人员的水平参差不齐，故而我们在观看电视时，经常会在转换频道或者同一频道的不同节目切换时感觉到播放的声音出现忽大忽小的现象，有时声音小到声如蚊呐，有时声音大到尖啸刺耳，经常的声音高低跳变难免会让观众产生烦躁和不适，严重影响到了节目播出的效果以及用户在家收看电视节目的听觉感受。因此，在电视台制作播出传输节目的整个流程中，必须让所有节目的音量均应保持在某一适当的平均响度才能观众观看舒适。更近一步地说，音频响度产生的差异实际是因为众多电视播放机构对响度的控制把握不严，节目制作单位不规范、不够重视造成的。因此，加强标准规范的宣贯，解决音频响度的控制问题非常有必要。
1 响度与响度控制
响度（Loudness），从字面上来理解便是指声音的响亮程度，也表示人耳对声音的直观感受。从物理层面上来讲，就是电信号转换为声波振动时，衡量声音能量的一个指标。响度实际上是人们心理上感知、听觉上所感受的声音的强弱程度，包含声强、声压、声音频率、听觉心理感知等综合影响因素，声压级相同，频率不同的声音，听起来的响亮程度也有所不同。因为不同的个体对音频信号的感知也不同，为使主观上的音频响度能进行客观量化，规范GY/T 262-2012《节目响度和真峰值音频电平测量算法》中采用了“K”频率加权后进行声道能量均方值进行计算，再通过对各声道加权求和，最后对响度测量值进行阈值处理得到K加权下相对于标称满刻度的响度（即LKFS）。
响度控制，是通过对音频信号进行处理，使输出的节目平均响度和真峰值音频电平达到技术要求的过程。规范GY/T 282-2014《数字电视节目平均响度和真峰值音频电平技术要求》中规定数字电视节目的平均响度目标值为-24LKFS±2LU，且整个节目的最大真峰值音频电平不应超过-2dB TP。在目前的播出系统中，由于前段采集制作中方法和设备的差异，甚至是素材来源渠道的不同，导致到达播出域的待播成品在不同频道之间、同一频道不同素材条目之间以及不同类型节目之间的平均响度值都差别很大，响度控制就是为了解决这种声音响度不一致而出现的。由于平均响度目标值的设定，有利于不同节目制作部门按照同一的标准生产和制作节目，从而使得观众的耳朵在收听不同节目时不会因为音量强度差异过大而产生不适感。
2 音频响度控制器的选择
2.1 VIO ALC数字音频响度控制器
此高标清数字响度控制器利用最新DSP技术，按照标准对输入的音频信号进行实时分析、计算，实现线性等响度自动补偿。不仅可以对嵌入高清数字信号中的音频按照预设响度值做自动响度运算处理，也可以对标清信号进行处理。虽控制的响度值在一定范围内变化，但其稳定性解决了播出声音忽大忽小的��题，保证了声音播出的实时性和稳定性的需求。从而使播出响度固定，播出的节目也更受人喜爱。
除此之外，它是采用先进的FPGA、DSP处理技术，并且支持自动和手动两种控制模式，如在手动状态下可以实现对音频增益大小的任意调整，而自动状态下实现对音频响度的自动控制。主机与遥控面板仅采用一根同轴电缆连接，使用RS485控制方式，确保远距离的可靠性。
2.2 Neural响度控制器
Neural响度控制器的精彩之处就在于它在标准响度的基础之上，使用了神经网络的算法，让响度控制器仿佛拥有人的大脑一样，它会模仿人类所发出的声音，并对其进行感知，它还懂得模拟的声音是如何接收的。包括声压、频率的不同，以及时间上的重叠效应都在它考虑范围之内。更让人称赞的是，传统的响度控制器处理声音的方法会让输出的声音质量有所下降，但是Neural响度控制器在控制响度时并不会对音频质量造成影响。
我们通常会将Neural响度控制器应用于演播室到发射机链路通道的前端，除此之外，也有多数人将它运用到数字设备、电视产品、移动产品、智能产品等。

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2.3 IntellGain响度控制器
IntellGain响度控制器是Evertz公司下的一块模板，其中包含压缩器、限幅器和扩幅器，并集成动态范围处理器。它对于不同的节目模式部分有不同的处理方式，例如，在面对节目间的响度控制问题时，它的目标是减少响度差异，而面对节目内的响度控制问题，则是要通过增益控制，使之保持在原有的动态范围内，以免影响节目播出效果。
由于IntellGain响度控制器有处理多种声音混合配置的功能，在不同声道模式下通过不同配置参数实现响度控制，现在已多数应用在有线电视、卫星直播电视、IPTV等不同应用中。
3 如何对播出系统中音频响度进行控制
以往，响度控制主要是以运用分立的电阻、电容和电感原件组成的控制系统来简单实现，故不适合对大范围的音频信号进行处理，因为参数类型少，可调节能力差，数字系统中通常使用峰值表严格控制和检测峰值，但效果并不令人满意。随后音频压缩限幅处理设备的出现，让音频响度的控制简单了许多，用VU表对音频电平进行测量，VU表的指示值虽然很接近反映响度的强度实际变化，但仍然不能真正代表音频信号的平均响度。与客观电平不同的是，响度的评价是主观的，并不是控制了声音电平大小就等同控制了响度值。
鉴于以上两种方法的局限性，专业音频厂商们开始致力于基于元数据的响度控制设备的研发，运用最新的数字信号处理技术，实现对基于音频元数据的处理，满足高码流高动态实时数据处理的要求，并且能在接收端对声音信号进行很大程度的还原。目前的主流做法是对音频数据处理后尽可能保持其原有的大动态范围，严格监测其真峰值电平值，因为如果能确定真峰值电平，那么就可以知道音频流的真实最大值而非抽样时的最大值。 安徽广播电视台在播出系统中采用AXON的synapse系列数字音频加解嵌板卡HRB100和数字音频响度控制器板卡DLA42，配合带控制功能的周边机箱使用，对播出的电视信号进行播出系统级的响度控制。在如今高标清同播向全高清化演进过程中，此种方式因安全稳定性高，支持热插拔，机箱 IP化控制，方便后续扩展升级等优点而被选用。在日常播出中，系统采用嵌入式音频SDI信号，播出切换台的PGM信号进入板卡机箱的HRB100板卡的输入端，板卡对其进行音频解嵌，送到DLA42板卡，由DLA42进行响度处理后送回HRB100加嵌，至此完成播出中的响度控制，整个控制系统如图1。
数字音频加解嵌板卡HRB100是一块64X16音频声道重排-再嵌入器，用于加嵌到输出SDI信号里的音频声道，可以从独立的2路3Gb/s HD或者SD输入和四倍率ADD-ON母线中获取。其中一个强大的加嵌功能是输出可以嵌入16个从INPUT1和INPUT2做获取的声道，且这两路输入可以是一路嵌入式音频信号，另一路是只携带音频的SDI信号源。
数字音频响度控制器板卡DLA42是基于Linear Acoustic算法的四倍率ADD-ON卡，支持4对PCM音频输入，然后处理4套立体声节目，对每对音频实现独立的多频段，多级响度调整。其响度处理模式可以通过ACP协议和专用控制软件或GPI来控制，实现多参数调整和状态监测。四倍率音频母线与主卡配合能对外来元数据处理能达到预设能级（DiaNorm）。
4 结论
时至今日，对音频响度加以更好地控制仍然是需要各个电视台以及播出系统的技术工作者共同度努力目标，它所影响的听觉感受已经不是你我可以随意忽略掉的问题。作为一名技术工作者，应该选择好并且合适的响度控制器，调整好音频响度，对每个部分都做到精益求精，而不是以惫懒的方式对待。除此之外，也要准确测量播出响，准确了解各类型节目的平均响度；作为广播电视技术人员，首先要意识到解决响度问题的紧迫性，应该在音频响度方面把好关，

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cymatic

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