電視播出的目的，是將節(jié)目安全、優(yōu)質(zhì)地呈現(xiàn)在觀眾面前。然而，伴隨節(jié)目切換而發(fā)生的電視音量突跳（響度問題），一直困擾觀眾。造成響度問題的重要原因是缺少合適的客觀指標。為此，ITU制訂了BS.1770系列標準，推薦了一種基于RLB加權(quán)的響度算法。

　　EBU PLOUD小組以ITU標準為基礎(chǔ)，制訂了EBU R.128建議書，對響度的被測主體、積分窗長等細節(jié)作了更加明確的定義，其配套的Tech 3341、3342、3343、3344文檔，詳細介紹了EBU制式（EBU Mode）響度單位的定義與測量、響度控制，以及制作、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)應(yīng)當注意的事項，對電視臺解決響度問題及音頻的安全播出具有重要的指導意義。本文介紹的是EBU最新修訂的R.128-2011。

一.響度單位的定義與測量
　　EBU R.128規(guī)定的響度單位有三個：響度電平、響度范圍和真實峰值電平。
　　1.響度電平（Loudness Level）
　　響度電平用來描述節(jié)目的響度，即被測音頻節(jié)目在指定的重放條件及相同的播出時長下，其主觀音量相較于標準參考節(jié)目的大小。EBU制式的響度電平分為LUFS（參照滿度電平）和LU（參照校準電平）兩種，-23.0 LUFS = 0.0 LU（帶有1位小數(shù)），數(shù)值越大，節(jié)目越響。

　　相同響度電平的節(jié)目，音量基本一致 。LU值的相反數(shù)表示將節(jié)目標準化到參考響度所需的增益。控制節(jié)目的響度電平，可有效提高播出音量的一致性。

　?。?）響度算法
　　EBU R.128沿用ITU-R BS.1770定義的、基于K計權(quán)的響度算法。這種算法實現(xiàn)簡單，并且適合測量從單聲道到5.1聲道的各種音頻。算法共分三步：

　　第一步，用一個滑動矩形窗，從待測音頻中，截取一段時長為T的響度塊，進行K計權(quán)濾波。K計權(quán)濾波器由前置濾波器和RLB濾波器串聯(lián)而成，前置濾波器用來模仿人頭部高頻擱架式抬升的頻率響應(yīng)，而RLB濾波器則用來模仿人耳低頻滾降的聽覺特性。

　　第二步，計算出濾波后，各聲道音頻樣本的均方能量：

　　最后，對各聲道的均方值進行加權(quán)累加、取對數(shù)值，就可獲得響度電平。不同聲道的加權(quán)值不同，如圖1。

　　滑動矩形窗的長度雖然為秒級，但每次截取的音頻片斷都有所重疊，因此響度電平的示值仍然能夠以較高的頻率更新顯示，能夠滿足實時測量的要求。

圖1 ITU-R BS.1770響度算法框圖

　?。?）三種響度示值
　　EBU R.128規(guī)定了三種響度示值：瞬時響度、短時響度和整體響度（integrated loudness），具有不同的時間尺度（如表2）。瞬時響度與短時響度的時間尺度為秒，適合現(xiàn)場制作的實時觀察及廣告的響度控制；整體響度的時間尺度是整個節(jié)目，適合節(jié)目質(zhì)量分析及自動化的響度對齊。

表1　三種響度示值

　　其中，整體響度帶有“選通測量”(gated measurement)算法，去除節(jié)目底聲(“背景聲”)，保證其示值主要反映“節(jié)目主體”(或“前景聲”)在整個節(jié)目時長上的平均響度。節(jié)目主體包含對白、音樂以及關(guān)鍵音效，它們是主觀響度的主要成分；而底噪、靜音、墊樂等背景成分，對于響度幾乎沒有貢獻，卻會拉低響度平均值 ，影響響度對齊的一致性。

　　整體響度電平實際是通過拆分成瞬時響度塊計算的。選通測量的所謂“選通”，就是將計算過程中，響度電平低于門限的響度塊數(shù)據(jù)去掉。為了讓結(jié)果更加精確（尤其是短節(jié)目），R.128規(guī)定，用于計算整體響度的兩個瞬時響度塊之間，帶有75%（0.1秒）的重疊 。

　　選通測量分為兩步，首先進行絕對選通，去掉瞬時響度電平低于-70 LUFS（絕對選通門限）的響度塊，計算剩余響度塊的總體響度；接著進行相對選通，去掉比前述總體響度電平低10 LU的響度塊，然后再次計算剩余響度塊的總體響度，所得結(jié)果即為最終的整體響度電平。

　　實時響度表每個時刻的整體響度及其相對選通門限都由響度的歷史數(shù)據(jù)重新確定和計算，所以計量結(jié)果與非實時響度表基本一致（最大誤差為0.1LU）。

　　2.響度范圍（Loudness Range，LRA）
　　響度范圍，用來描述節(jié)目的響度反差，即節(jié)目短時響度電平的離散度，或者說最常出現(xiàn)的那85％的響度的分布范圍，它決定著是否根據(jù)目標受眾對節(jié)目的動態(tài)范圍進行壓縮。

　　響度范圍的大小與節(jié)目類型有關(guān)。流行音樂、廣告等節(jié)目通常都進行了良好的壓縮、激勵甚至削波處理，響度范圍小（一般為2～5 LU），能量集中，聽起來很破甚至非常吵鬧，壓迫感強烈；新聞、訪談節(jié)目的響度范圍比較適中，聽感較為舒適（6～10 LU）；而電影、電視劇、戲曲、交響樂等節(jié)目出于藝術(shù)表現(xiàn)，響度范圍較大（10 LU以上），聲音比較悶，經(jīng)壓限處理之后才能在電視上良好地重放。

圖2　短時響度分布曲線與響度范圍的選通測量

　　響度范圍的測量方法分為如下4步：
　?。?）將節(jié)目音頻切割成相互重疊（至少2秒相互重疊）的短時響度塊；
　?。?）以響度為橫軸，出現(xiàn)的概率密度為縱軸，繪制出節(jié)目的響度-概率分布圖；
　?。?）去掉低于-70 LUFS（靜音）及絕對選通總體響度下方20LU（底聲）的橫軸部分；
　?。?）剩余響度累積分布函數(shù)的10%至95%兩點之間所對應(yīng)的橫軸寬度，即為響度范圍。
　　選通測量去掉了節(jié)目的靜音和不太重要的背景聲。10%至95%的概率設(shè)置，避免了極少數(shù)異常的音效（笑聲、掌聲、槍聲等）對響度范圍的干擾。

　　3.真實峰值電平（True Peak Level）
　　我們習慣使用的PPM“峰值電平”是準峰值電平，與確切的峰值電平存在較大誤差 。模擬準峰值表（QPPM）的瞬態(tài)響應(yīng)受上升時間的限制 ，無法顯示短于上升時間的峰值；而以采樣峰值表（sample peak meters）方式實現(xiàn)的數(shù)字PPM表，指示的是采樣點的極大值，無法反映采樣點之間的峰值 。

　　電視臺的分發(fā)傳輸鏈路日漸數(shù)字化，音頻編解碼器在壓縮過程中會縮減信號的帶寬，或者去除聽覺不敏感的成分，這些過程都會產(chǎn)生附加的振鈴和上沖，使得音頻的峰值電平提高。這種振鈴和上沖，無法在PPM表上看到，卻有可能引起播出傳輸過程中的削波及過調(diào)。

　　真實峰值電平表（TP表）是改進的采樣峰值表，它先對音頻進行至少4倍的升采樣（例如，從48kHz插值到192kHz），再讀取采樣峰值。相對于PPM表，TP表的誤差較小（0.5dB），可減少為示數(shù)的不確定性預(yù)留的余量，最大化地利用數(shù)字信號的動態(tài)范圍。

　　真實峰值電平的單位為dBTP或TPFS，以滿度電平為參考。

二. 響度控制目標
　　1.規(guī)范響度電平
響度控制的首要目標是將節(jié)目切換點的突跳控制在舒適區(qū)，它要求素材間的響度基本一致或者有所過渡。其次，是設(shè)法讓所有的節(jié)目素材都圍繞著標準響度電平制作播出。這里的圍繞并不是要求節(jié)目每時每刻的響度都符合目標響度，而是節(jié)目主體（對白）部分的響度重心，穩(wěn)定在目標響度上。此外，還要限制節(jié)目的最大短時響度，避免廣告（尤其是節(jié)目內(nèi)插廣告）對短時響度的濫用。

　　在節(jié)目已經(jīng)制作完畢的情況下，調(diào)整節(jié)目的整體響度通常采用改變增益的辦法。不過它只改變整體響度，不改變動態(tài)范圍，在提升峰值儲備較大的節(jié)目時還可能引起削波，因此需要后續(xù)兩步作為補充。
對于標準響度電平，EBU R.128-2011標準規(guī)定，節(jié)目的整體響度應(yīng)當標準化至-23.0 LUFS的目標響度電平（Target Level）（帶有選通測量）。直播節(jié)目的節(jié)目響度與目標響度電平的偏差一般不超過±1LU。 此時，如果節(jié)目經(jīng)過良好制作，則整體響度相同的兩個節(jié)目，基本上是一樣響。

　　對于很短的節(jié)目，EBU Tech 3343認為，其最大瞬時響度應(yīng)控制在-15 LUFS，短時響度應(yīng)控制在-20 LUFS。
對于舒適區(qū)，ITU-R BS.1864建議書認為，聽眾可以容忍的響度變化“舒適區(qū)”，是“偏離理想的響度約+3至-5 dB的響度窗口。”超過舒適區(qū)，觀眾有明顯的變吵或變小的感覺。

　　從響度電平的計算公式可以看出，單聲道音源在傳統(tǒng)編碼器或者機頂盒復制成雙聲道之后，響度電平將增加3 dB。此時應(yīng)按雙聲道計算響度，才能保證響度測量的準確。此外，單聲道的頻道在播出時，最好以“單聲道”或者 “雙單聲道”（偽立體聲）方式播出，而不要采用“立體聲-僅左聲道”方式播出，避免節(jié)目在機頂盒“立體聲/單聲道/左聲道/右聲道”四種模式下播出音量的不一致，這樣才能保證單聲道頻道在任何聲道模式下（包括模擬播出時）的響度都與立體聲頻道一致。

　　2.控制響度范圍
　　響度范圍需要與聽音環(huán)境相匹配。聽音環(huán)境的動態(tài)范圍受限于居室的本底噪聲、聽覺的痛閾及最大還音功率。典型居室的本底噪聲在45～55dBA，而電視的典型收聽音量為60～75dBA，因此電視所能重現(xiàn)的動態(tài)范圍，或者說響度范圍容限（DRT）很窄，只有20dB左右。輕薄便攜的液晶電視甚至更差，因為留給揚聲器的空間很小，功率做不大，并且為了降低功耗，常常使用底噪較大的D類功放。

　　響度范圍過大的負面效應(yīng)多見于電影和電視劇，觀眾常常會感覺到節(jié)目沉悶，因為它們是為大熒幕制作的，影劇院通常都具有良好的裝修和一流的音響，而電視不能還原那么大的動態(tài)范圍，此時就需要進行響度范圍轉(zhuǎn)換，對較弱的片斷進行提升，對少數(shù)過響的音效進行限制。這可利用一個低門限值（小于-40dBFS）低壓縮比（1:1.2～1:1.5）且?guī)в醒a償增益（make-up gain）的壓縮器實現(xiàn)，提升聽覺體驗。而對于廣告這類能量集中的節(jié)目來說，可直接平移節(jié)目的響度電平，有時甚至應(yīng)當以短時響度的最大值作為廣告響度的依據(jù)，進行響度懲罰，超得越多，降得越多。筆者認為，對于標清語言類電視節(jié)目，在不造成明顯失真的前提下，LRA控制在6～12會比較舒適，既不會太悶，也不會太吵。

圖3 典型電視劇的響度分布圖，
橫軸為時間，縱軸為響度

圖4 采用-50dBFS門限及1:1.5
的壓縮比對響度范圍進行壓縮
處理的樣例[7]

　　響度范圍過大的另一個原因是節(jié)目制作不規(guī)范，節(jié)目內(nèi)嵌多段整體響度不同的素材，類似于臺階。這種節(jié)目的LRA和整體響度并不真正反映節(jié)目的類型和響度的重心，并且起伏很大，難以校正。多代引用這類節(jié)目素材時會引起響度參差的累積，造成高階響度問題，必須在制作階段就予以解決。

　　一個節(jié)目的LRA如果和流派不相符，那么這個節(jié)目的制作就可能存在問題，例如上文提到的響度參差（會使響度范圍變大），以及電平不匹配引起的削波（會使響度范圍變?。?。

圖5　同一個節(jié)目內(nèi)的響度參差，并且情況比較嚴重

　?。ㄟ@個節(jié)目的整體響度為-22.5LUFS，其中1是宣傳片片頭，2～13號素材為廣告。片頭響度過大。
　　若按片頭平移響度，則素材2、3、4、6、7、9、10、12、13的響度都將低于-30LUFS）

　　3.限制峰值電平
　　限制峰值電平，保證不過調(diào)、不切峰，是安全播出的需要。
　　EBU R.128推薦的制作域的最大允許真實峰值電平為-1dBTP，播出系統(tǒng)受傳輸、發(fā)射設(shè)備的限制，最大峰值電平要降低許多。在設(shè)定播出的最大峰值電平標準時，應(yīng)當全面了解傳輸設(shè)備特別是模擬傳輸設(shè)備的峰值儲備及增益情況。

　　對于單位增益的數(shù)字電視傳輸來說，其最高峰值電平可設(shè)置為-1dBTP（對于立體聲頻道為-4dBTP），但按照我國現(xiàn)行的GY/T 223-2007標準，應(yīng)設(shè)為-6dBTP。即便標準放開，也應(yīng)酌情考慮傳輸編解碼及數(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來的峰值升高。中央臺目前采用的最高峰值電平即為-6dBTP。

　　對于模擬電視發(fā)射，EBU Tech3344建議，PAL D/K發(fā)射機的限制器門限為-6.7dBTP。當向發(fā)射機送入-6.7dBTP 1kHz正弦信號時，發(fā)射機的峰值調(diào)制度應(yīng)剛好限制于50kHz。限制器置于預(yù)加重之后，保證調(diào)制度不超標。

三.播出級響度控制
　　從播出部門先行緩解響度問題，涉及的設(shè)備和部門相對較少，并且節(jié)目素材集中，標準容易實現(xiàn)。依響度控制設(shè)備位置的不同，可分為信號流響度控制和文件型響度控制。兩種方式各有優(yōu)缺點，因此播出部門應(yīng)當根據(jù)自身情況選擇最適合自己的技術(shù)。

　　播出響度突跳的主要原因是自辦欄目與廣告響度的不匹配（嚴格地說，是自辦欄目的響度偏小。因為臺內(nèi)的制作人員通常不對，也沒有條件對節(jié)目進行精細的動態(tài)范圍處理，峰值儲備較大），此外還有節(jié)目內(nèi)部各段素材之間的響度不匹配。在播出級主要處理的是離散的節(jié)目來源和上載操作所引起的響度不匹配，廣告內(nèi)部及節(jié)目內(nèi)部響度參差的調(diào)整不屬播出級響度控制的職責，應(yīng)退回制作線修改。遷就這些節(jié)目，會使正常節(jié)目的音頻質(zhì)量發(fā)生惡化。

　　1.信號流響度控制
　　信號流響度控制是在信號通道對播出響度進行規(guī)范，一般是在播出末級串接響度控制器或響度服務(wù)器，對響度進行實時控制。響度控制器不僅可以校正響度，還能夠上下混音，規(guī)范播出音頻的格式。響度控制器是一種改進的自動電平控制器，通常由自動響度校正（ALC）、動態(tài)范圍控制（DRC）、限制器（Limiter）三級串接完成。

　　ALC是改進的自動電平控制器，它對節(jié)目的瞬間及短時響度進行實時測量，以響度電平為反饋值調(diào)整增益，按一定比例縮小響度差異。ALC具有多個緩慢的時間常數(shù)，同時限制了增益與衰減范圍，防止節(jié)目寂靜片斷或背景噪聲的過度提升。因為時間常數(shù)緩慢，ALC級只具有輕微的動態(tài)范圍控制能力。

　　LRA的控制由DRC級完成。DRC級是一個改進的多段壓限器，它對高電平的聲音進行壓縮，限制過響的音效，對中電平的聲音進行提升，提高語音的清晰度，又對低電平進行擴張，抑制背景噪聲。

　　限制器對門限之上的音頻信號進行∞:1的硬限制和柔性剪峰，避免超限電平的出現(xiàn)。

　　響度控制器是一種簡潔的響度控制手段，但它與播控系統(tǒng)是分離的，因此處理的效果依賴于輸入響度的離散度，不合適的參數(shù)會使音頻出現(xiàn)一定程度的劣化；當輸入信號與目標響度的差異超出校正范圍時，播出響度仍會超標。因此在剛開始進行響度控制的時候，需要比較嚴格的參數(shù)，隨著制作的規(guī)范，逐漸放開控制程度。此外，響度控制器的音視頻是分開處理的，使用時應(yīng)特別留意聲畫同步；作為在線設(shè)備，應(yīng)具備掉電直通。

　　2.文件型響度控制
　　文件型響度控制是通過響度服務(wù)器及控制軟件對播出服務(wù)器的素材響度進行規(guī)范。響度控制軟件從上載服務(wù)器拉取新上載素材文件的音頻，進行響度縮放及動態(tài)范圍控制，然后生成新的音頻，重新打包成完整的素材。文件型響度處理可以提供精確的響度對齊，對廣告音量的控制尤其有效，通過多次通過處理（multi-pass process），可以獲得準確的響度范圍控制。

　　文件型響度控制對原有系統(tǒng)的依賴性強，響度控制置于上載遷移流程的哪個位置，怎么對素材進行轉(zhuǎn)碼，是審看前、審看后，還是遷移時，如何區(qū)分已轉(zhuǎn)換和未轉(zhuǎn)換的素材，如何進行一致性管理，關(guān)系到播出的安全和穩(wěn)定，要解決這些問題，必須要有一套自動化的技審方案。

　　此外，文件型響度控制只能處理硬盤素材，無法處理直、轉(zhuǎn)播信號及錄像機信源。

　　信號流響度控制與文件型響度控制并不是對立的。文件存取與信號流處理相比較為復雜，因此容易出現(xiàn)問題，可靠性較差。對此，我們可以將掃描到的素材響度及節(jié)目切換點信息通過RS485等接口發(fā)送給外部設(shè)備，指導信號流設(shè)備的增益調(diào)控，完成響度處理，做到這點，需要各廠商的通力合作。

四.展望
　　EBU R.128對ITU-R BS.1770標準做了十分有益的補充，其配套技術(shù)文檔為響度控制提供了重要指導。從播出級先行進行響度控制，可以盡早緩解響度突跳，提高播出質(zhì)量，并為響度控制提供經(jīng)驗，將響度標準化工作從播出級逐漸推廣到制作級。R.128與其它標準大同小異，了解R.128，有助于更好地理解其它各種響度標準。

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