更深入地探討音頻元數據(1)

2002-12-27 Tim Carroll 依馬獅商務網

合理設置元數據，可使5.1聲道節目能夠被單聲、立體聲和5.1聲道解碼器正確地再現出來，而且它還控制節目的動態范圍，從而使之適應于收聽環境。有鑒于此，必須正確地設置元數據，使之按照其預定的方式工作。

重要的事情先說，值得指出的是，音頻元數據有兩種類型或等級：消費級和專業級。消費級元數據出現在每一個Dolby Digital(AC-3)碼流中，它被Dolby Digital解碼器用于優化被解碼的音頻。另一方面，專業級元數據則是消費級元數據的一個超集，事實上它永遠不會被傳輸到消費者那里。專業級元數據要攜帶多達八個消費級元數據碼流（或節目）及其它控制參數。

專業級元數據被用于向多臺Dolby Digital編碼器饋送信號，這些編碼器析取合適的消費級元數據節目并將其傳送到……你可以猜到是，消費者。

盡管總共有約27個消費級元數據參數，但我們僅僅探討其中我認為最重要的幾個。

對白電平（也稱對白范數）

對白電平（也稱之為對白規范化或對白范數）設置值表示節目中對白的平均響度。該參數控制Dolby Digital解碼器中的一個衰減器，此衰減器將解碼器的平均音頻輸出規格化為一個預置的電平。這就確保消費者觀看電視節目時，在插播商業廣告或轉換頻道時不用調整音量。

合理的對白電平設置值是通過測量其長期A加權響度等效值，即Leq(A)，來確定的；目前已經有一些產品能夠進行這種測量，其測量方式比顧名思義所想象的簡單得多。對白電平設置中使用的取值范圍為-31～-1dB，步幅為1dB，其中-31表示沒有衰減，-1表示有30dB的衰減作用于消費者的解碼器上。這是什么意思呢？我知道，這聽上去與直觀的感覺正相反，但令人驚訝的是，它居然很有意義。Dolby Digital解碼器將平均響度標準化到-31dBFS Leq(A)，（0dB滿標度數字以下31dB，時間平均值）。當解碼器收到一個相對寧靜的輸入信號（如對白電平設置為-31的故事片）時，它假定該節目已經匹配于-31dB Leq(A)這一目標電平，所以不需要進一步的衰減。

圖1 多個節目(聲道)以不同的對白電平
設置到達Dolby Digital解碼器

另一方面，諸如實況音樂會之類的響度較大的節目，則可能需要衰減，以便使其Leq(A)達到-31dB。例如，當對白電平參數設置為-21時，解碼器將對信號施加10dB的衰減；當該參數設置為-11時，施加20dB的衰減，依此類推。
需要施加的衰減值的一種簡單計算方法就是在對白電平設置上加31。例如，31 + (-31) = 0dB衰減，而31 + (-20) = 11dB衰減。由于每步1dB的分辨率相當粗糙，所以不言而喻，對白電平設置僅在節目變換時才發生改變，而且對增益曲線節目音頻來說，確實不是一個很好的辦法。
合理地設置對白電平參數不僅確保節目到節目和頻道到頻道的響度變化得以控制，而且構成Dolby Digital系統中所包含的動態范圍控制(DRC)系統的基礎。如果對白電平參數設置得不正確，則可能導致DRC對其正在處理的音頻做出不正確的反應。

動態范圍控制(DRC)

不同的聆聽環境提出了各種各樣的動態范圍要求。顯而易見，一部寧靜的影片與嘈雜的環境是不合拍的，而一部喧吵的影片也與寧靜的環境不合拍。傳統的解決方法一直是在傳輸音頻信號之前，大幅度地減小其動態范圍，這樣音頻電平就可以由每個觀眾自己設置以適合他所處的環境。其不良的副作用就是音頻效果喪失殆盡。爆炸聲、對話聲和背景花草魚蟲的聲音全都以相同的響度被再現出來，節目的聲音聽上去顯得，最起碼可以說，很單調。

幸好還有一種解決辦法。Dolby Digital提供了一種相當獨特的DRC系統。基于預先選擇的DRC系統設置文件，Dolby Digital編碼器計算并與原始音頻信號一起發送DRC元數據。DRC元數據隨后可以由解碼器施加到信號上，以減小該信號的動態范圍。在許多解碼器中，DRC可以隨意地按比例恢復，甚至可以被禁用，以便傳送音頻信號原始的動態范圍。

這種獨特的消費者端動態范圍處理方法使得廚房里的DTV電視機具備有限的動態范圍，從而使得寧靜的音頻能夠蓋過背景噪聲而被人們聽到；同時，客廳里的大屏幕DTV電視機則具有無限制的動態范圍，并能夠壓倒背景噪聲（可能還有鄰居的聲音）。DRC有助于在幾乎所有的聆聽環境中，提供最佳表達的節目內容，而這與設備質量、聲道數目或環境噪聲電平無關。

Dolby Digital碼流中攜帶解碼器兩種可能工作模式的元數據。這兩種工作模式由于正常情況下與其有關聯的輸出類型而分別被稱之為線路模式和射頻模式。線路模式是相對輕度的動態范圍壓縮，通常用于具有六聲道或雙聲道線路級輸出的解碼器中；射頻模式用于諸如機頂盒之類的具有射頻再調制（即3或4頻道）輸出的產品中。射頻模式是較重度的動態范圍壓縮，其峰值受到限制，以避免電視接收機中出現嚴重的過調制。全功能解碼器允許消費者選擇是否使用DRC，以及使用量。值得高興的是，消費者看到的是簡單的選項，如關閉、輕度壓縮和重度壓縮，而不是無壓縮、線路模式和射頻模式。

在Dolby Digital系統中，有6個預置的DRC設置文件可供使用：Film Light（影片輕度壓縮）、Film Standard（影片標準壓縮）、Music Light（音樂輕度壓縮）、Music Standard（音樂標準壓縮）、Speech（語音用壓縮）和None（無壓縮）；而且每個文件都可以單獨選擇用于線路模式和射頻模式。電視臺，或更準確地說是節目提供者，選擇將這些配置文件中的哪一個指配給每個模式。在消費者或解碼器選擇一種DRC模式（也就是說完全施加、完全不施加或在中間某處施加DRC）后，所選擇的設置就被施加于被解碼的音頻信號上。

此外，通過使用過載保護元數據，可以限制信號峰值，以防止縮混過程中出現削波。例如，一個在所有聲道上信號均接近數字滿標度的5.1聲道節目正在通過立體聲機頂盒播放。如果沒有某種形式的衰減或限幅，則隨著5.1聲道信號被縮混成立體聲信號，輸出信號顯然將出現削波。合理地設置對白電平和DRC參數可以防止削波，但僅僅是在個別情況下，DRC才會起作用并保持控制，盡管最好是避免這種情況出現。值得指出的是，即使是在選擇了“None”設置的情況下，保護DRC仍是有效的。

縮混