中央电视台播出系统音频响度控制方面的应用
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田心技术
在播出系统中增加数字音频信号自动响度控制没备可以
控翩援出节H的整体平均响受;并H】控制播出节H的峰值电
平,保证安全播出,本文介绍了中央电视台播出系统音频响
度控糊寿面的应用.包括硬件搭建.测试指标.参数设置等。霖一
…——
播出系统音频响变控糊应用
观众通常在欣赏电视节目时.发现同一频道的节目切换
声音大小会有差异,主要体现在正常节目和广告
衔接处;而且使用遥控器转换频道也会出现声音
忽大忽小的现象,有时声音大的会吓人一跳。响
度差异的产生,原因非常复杂.很难判断。我们
作为播出系统首先要保证送出去的信号是标准口中央电视台宋蔚
●控制播出节目的峰值电平.保证峰值电平不会超过广
电总局行业标准所规定的最高电平.保证安全播出。
中央电视台目前仍在使用的机械手自动播出系统(APF)
于2001年投入使用,为全数字播出系统。具备8套标清频道
的播出能力,目前播出CCTV—1.CCTV.4(亚洲).CCTV一
9.ccTV-F等4套节目。这8套系统是视音频分离的系统.我
们在16×l应急矩阵前使用了数字音频信号自动响度控制设
备,共配备8台TOS珈喝A的200ADLX型处理器。
的,所以在此不考虑整个传输领域所造成的影日堂兰童塑笪兰生鲎堕堕丝型丝鱼垄垫苎兰垄丝叠丝堂丝堡星响,只分析制作和播出环节。播出系统基本对音
频不进行处理.一般不轻易调整电平值,所以我们认为节目
响度不一致主要由于电视节目制作不规范造成的,如果全体
同仁都能按照广电总局的行业标准GY厂r223要求制作节目,
就不会出现如此局面。规范的宣贯需要时间.制作的习惯需
要调整.但是电视节目的响度问题要想短期内有一定的改善.
在播出系统中增加数字音频信号自动响度控制设备必不可少。
此类设备的作用主要是:
●控制播出节目的整体平均响度,通过设备
的参数调整使得所有频道的节目有一个统一的响
度.而且每个频道中不同类型的节目的响度也会
有相应均衡,这样在听众收看节目的时候.不会
觉得节目音量的跳跃性过高,产生烦躁感;中央电视台的常规硬盘播出系统于2006年6月投入使
用.共搭建20套标清系统,用于播出中央电视台cCTV一2.
C(:Tv.3,C(:T、,一5.CCT、,.6.C(:T、,.7.C(::T、,-8.C<:T、,.10.cCTV-11.ccTV一12,caⅣ-少儿.cCTV・音乐.carv_4
(美洲).ccTV_4(欧洲).Car、,.E等14套常规频道。20套
系统是音频嵌入系统.由于当时还没有能处理嵌入音频信号
的自动响度控制设备.于是我们将该设备加在解嵌音频以后,
l蛋耋兰童塑笪兰生翌堕竺丝型丝鱼垄墨垄垄竺墨竺主丝丝生
35l簪≯胁 万方数据主备40个通道共配备8台1'os}玎旧A的20m如LX型处理器.
以及16台.I℃ElectroIlic的DB4型广播音频处理器。
数字音频信号自动响度控制设备的硬件连接非常简单.
1DSⅧBA的200ADLx型处理器一台设备就负责处理一路音
频响度调整.只要将AES/l珀u的输入和输出分别连进通路即可(Ⅺ且接头)。由于DB4采用双处理器的设计方式,因此在
一台设备中可同时处理两路信号.也就是设备l的处理器1.
进行频道1的主通道的响度控制:设备1的处理器2,进行频
道2的备通道的响度控制;设备2的处理器1.进行频道2的
主通道的响度控制;设备2的处理器2,进行频道1的备通道的晌度控觎需要注意的是该设备采用的是非平衡接口(BNc
接头).需增加llOQ到75Q的转换器。
自动响度控制设备在通路中进行信号处理.毕竟会在系
统应急中增加故障排除的环节。我们发现由于设备设计合理,
应急措施很简单.如果该设备有故障影响了通路播出.将其
做断电处理即可.输入信号会直通输出;通过跳线将该设备
隔离开通路.重新启动或更换后.检查设备是否恢复正常状
态.再拔除跳线,设备可重新进入通道中工作。
数字音频信号自动响度控制设备是通路中关键设备.它
技术指标的优劣直接会影响通道特性,因此我们首先对其进
行了通道指标的测试.结果如表l和表2。
数据显示两样设备均符合通道要求,接下来我们关心的
问题是它到底在响度方面起到了什么作用.使用的是什么调
控手段,效果如何。
为了更好的深入探讨.我
们先了解一下晌度和声强这两
个表示声音强弱的物理量。响
度是人的主观感觉.声强是一
个可客观度量的物理量。但
是.即使声强相同的声音.随
着频率的不同,响度也是不一
致的.通常使用等响曲线来表
示人耳的这种听觉特性。我们
从等响曲线上可以看出.要使
人耳感觉到的响度相同.对不
同频率的声音所需要的声强是
现代巴慧!136
2008.2 万方数据中心技术
号电平是一20dBFS加dBFS,而
输出信号电平只有一19.26dBFS
~17.30dBFS不同频率的输入
信号得到的控制曲线差别却很
大,输出电平也相差很多。
Electronic的DB4型数字
音频信号自动响度控制器在所
有频率的输入信号电平是-
15dBFS以下时,基本不进行处
理;所有频率的动态范围都比
较大,控制曲线也比较相似,
上下浮动很小。
整套系统的音频部分的重
点在于参数的设置。早在2002年采购的
1’oSHIBA200ADLx型处理器并没有确切地指
出它所规定的音频信号的峰值电平和平均电平
的大小.只可选取几种模式,根据我们的需要.
采用的模式是AudioModeD.contMode4状
态。
由于TcElcctr0Ilic的DB4型的各项参数可
软件设置.界面比较直观,相对较容易理解,在
此介绍一下我们的设置过程。DB4中预置了大
量的国际标准,例如用于数字电视立体声节目
传输的NAB限制标准.EBU限制标准.用于
模拟电视传输的标准,用于5.1声道节目传输
的标准等,因此我们需要根据播出环境选择相
应的预置。值得注意的是为保证所有声道信号
处理的一致性,所有处理器中必须调用统一的lL生竺塑竺竺型丝兰型堕!旦塑丝苎丛塑型堑型塑堕丝丝堡—————一预置效果。
首先,我们确定要使用的数字信号参考电
不同的.低频段与高频段所需的声强较大,中频段(特别是
3000Hz~4000Hz)所需的声强较小。可见.人耳对3000
Hz一4000Hz的声音感觉最灵敏.当频率向两边移动时,听觉
逐渐迟钝。
可见响度除了与声强有关之外,还与声音的频率有关。所
以说.自动响度控制不能简单的做成峰值限幅或平均压缩,必
须针对人耳特性来进行响度的调整。考虑到这些因素.我们
决定要针对几种典型频率分别测量两个设备的响度控制特性。
T0sHIBA200ADLx型数字音频信号自动响度控制器除
了8kHz的动态范围比较大:其他的频率经过处理后动态范围
小了很多.无论输入信号电平多少.输出电平均在-17dBFS
以下,电平信号限制得较低.尤其以2kHz时最明显.输入信平为一20dBFs,再根据此参考电平,选择调用NAB的标准。
因为预置中NAB限制标准采用一20dBFs为参考电平,而EBu
限制标准则采用一18dBFs为参考电平。
其次我们要确定的就是系统可允许的最高峰值电平,也
就是可允许通过的最大信号电平。但是遗憾的是.当时还没
有一个统一的标准,为了保证播出的绝对安全和系统问的一致性,我们与一直使用的TosmBA的200ADLx型处理器
进行对比测试,最终将最末级限制器的门限降至一10.5dBFS.
这样保证播出的信号绝对不会超过-10.5dBFS。相对于我
们的一10.5dBFS的限制器门限,欧洲电视台普遍采用的
是.6dBFS~9dBFS的限制器门限,为信号预留了更多的上升
空间。
37{簪≯咖n 万方数据我们将信号电平限制得较低.虽在一定程度上保证了安
全播出的需要.但这样做还是存在一定的问题.会影响信号
的峰值储备,也就是说,信号上升的幅度会很小,声音听起
来会不够饱满.明亮,层次感差。当然广电总局已于2007年
7月份确定了行业标准,节目声音的峰值为一9dBFs(语言要
求一12dBFs以下).由于这些设备已经在线使用.我们没有马
上依据标准调整门限值.但会在系统维护时考虑将1℃Elec一
ⅡDnic的DB4进行相应的调整。客观参数的测试,主观听音测试必不可少的。我们必须两者
结合,按照频段细致调整压限器参数的设置,来平衡各频段
内的频率分布。这点非常重要,设置合理会让它看起来更像
一位有经验的调音师。
压缩比RATIo的设定一个比例.在压限器开始工作的
时候,输出电平与输入电平不是按照同样的比例增大.而
是按照压限器设定的比例增加。比如压限器的压缩比设定
为2:1.输出电平是输入电平的1,2,而压缩比设置为l:1的
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lI!:!:竺!竺竺型壅篁童塑堡兰生翌丝丝型墨丝堕生丝竺丝三笙堂丝
采用限制器将瞬态反应最快的峰值信号控制住后.基
本上可以保证安全播出的要求了。但是我们还是需要为播
出的节目找到一个对于观众来说比较合适的节目音量.而
听众看节目时的节目音量的决定性因素.就是节目的整体
响度。
由于人耳听觉系统非常复杂.迄今为止人类对它的生
理结构和听觉特性还不能从生理解剖角度完全解释清楚。
就像我们发现人的耳朵所感觉的声强是某一段时间的平均
声级.因而在平均声压级较低的节目中.偶尔出现的高声
压级峰值信号.听起来就比不上没有这种峰值、但平均声
压级较高的节目响。不同节目之间有一致的响度.不同频
道之问有一致的响度.将会给电视节目的观众带来很舒服
的听觉感受。
要想出色地完成音频响度调整任务.决不能只对其进行时候.压限器等于直通。当调整在*:1f无限大)
时,此时不管增大多少输入电平.输出电平也不会
变化,这就成了限幅器了。启动电平11硼HoLD被设置一个固定的电平
值.当输入信号电平低于此值时,压限器等于直通.
输入信号电平高于此值时,压限器就开始启动,输出
电平按照设定的压缩比输出。
启动时间ATTACKTIME就是压限器检测到输
入信号高于启动电平后.到压限器开始工作所需要
的时间。如果启动时间速度太快,可能会稍微影响
音乐音头的动态和力度;如果启动时间太慢,又会
影响音乐的自然程度和瞬态.还会产生一定的延迟
感和浑浊感。启动时间快慢对低频信号的影响比较
大,一般低音的音头就很快给压掉了.会造成低音
发散.所以,如果感觉高频的承受能力没有问题的
情况下.适当放慢启动时间可以得到清晰有力的低
音效果。恢复时间REIEAsEⅡⅧ就是当输入信号的电
平低于启动电平后,压限器要回复到直通状态.从工
作状态恢复直通状态所需要的时间。一般来说.如果
需要比较大的动态范围.恢复时间适宜快一点,这样信号的起
伏就比较大。通常来说恢复时间都要稍微长一点,否则音乐会
产生跳跃感和突兀感,但也不能太长,否则过长就会影响到下
一个音乐信号的正常状态。
因此如何合理地设置5段式压限器的分频点;每个频段
内的门限和压缩比.启动时间和释放时间,对于不同类型的
节目.这些参数的设置是否应该采用不同的数值:是否需要
实现加入自动化控制的参数调用;如何利用5段压限器来进
行合理的音频信号的频谱平衡等等都是我们设置参数应该注
意的问题。
我们将原有NAB预置中的5段限制器的门限集体降低,
压缩比整体提高了一个等级.限制器的启动时间集体降低了
几十毫秒,这样使得压限器也有了一个比较快速的响应.并
且,对信号上升的幅度进行了比较大的衰减。园疆
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