DB4响度控制器在泉州电视台的应用
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【关键字】电视声音 安全播出 响度控制 EBU R.128
一.概况
电视节目的制作与播出需要引用大量的异源素材，这些素材来源于不同的演播室，采用不同的话筒拾音，经不同录音师制作，这使得节目尤其是广告在播出时，容易出现响度变化。有些广告造成的响度突跳，不仅观众投诉，连值班人员都感到讨厌。为了抑制这种响度的变化，为观众提供舒适的收看体验，可在播出末级串接响度控制设备对播出信号进行统一处理。
泉州电视台采用TC Electronic的db4响度控制器作为响度控制设备，它是一台2U的音频处理设备，能够对响度电平进行动态控制，缩小节目响度与标准响度的差距。四个主频道每个频道一台DB4，串联于主切换开关节目输出与2选1切换开关之间，播出音频采用带嵌音频，需要选配专用的DSP6000 SDI适配卡完成带嵌音频的加/解嵌。DSP6000适配卡可同时处理SDI四个Group共8个音频通道，并支持1.485Gb/s的高清HDSDI信号，向高清播出的平滑演进是有保证的。
DB4响度控制器内部包含E1、E2两个可编程的引擎，用户可使用TC ICON软件自由指派这两个引擎的功能，自由修改各项参数，引擎与接口卡之间的路由也可以由用户编程，随意变化。
泉州台响度控制的目标包括：
⑴对广告响度进行限制，在不影响播出安全的前提下，减少响度突跳，保证广告播出时不给观众造成惊吓；
⑵以较为完善具体的EBU R.128为标准，对播出响度进行标准化，使我台播出响度与国际标准接轨（LK≈-23LUFS带10dB选通门，EBU R128-2011）；
⑶对电视剧、演播室访谈等节目进行动态范围处理，保证良好的听觉体验；
⑷处理播出节目的峰值电平，保证节目在有线数字频道、模拟开路频道、有线模拟频道、汉雅星空IPTV等播出平台的安全播出（Max.TP≤-10.5dBFS）。
⑸对最终播出信号的响度、电平等进行测量，实现播出质量的管理。
DB4响度控制器为单电源设备，出于成本方面的考虑，没有设置备份。当某个频道的响度控制器出现故障时，值班人员可马上通过导控台上的2选1面板，将输出切换为备用16×4开关上的信号，跳过DB4的响度处理，实现安全播出。另外，DB4也带有掉电直通功能，断电就可恢复主路输出，只是开机时输出信号会有短暂闪断，使用时需要注意。
主备切换开关均有16路输入，因此响度控制器需要处理的信号包括：主备播出服务器信号、蓝光录像机信号、外来中央台及福建台信号（模拟输入转数字加嵌）、循环垫片信号、应急IMX录像机信号以及直播信号。对于需要频繁带播和转播外来信号的综合频道来说，仅仅依靠文件化处理是不够的。
二.素材分析
为了使响度处理尽可能不造成失真，在设置参数之前，需要对素材响度的分布情况有个大致了解。观众对响度变化的感知主要来自于对白，对素材整体响度（Integrated Loudness）的测量有助于知道节目对白的大致分布。笔者使用Adobe Audition 3及Nugen Audio VisLM-H响度表对上载服务器抓取的素材文件、带播新闻节目及外来信号的响度进行了测量。其中出于规范播出电平的需要，上载节目的音量在上载时被值班人员调整过。
测量结果表明，我台上载后的节目响度与EBU R.128标准相比大部分偏低，这与值班人员习惯性沿用原来保守的-20dBFS PPM上载电平有关。其中，广告的整体响度最接近-23LUFS，它与自办栏目、电视剧的整体响度差可达10dB，而自办栏目之间的差距相对较小；新闻内插广告与新闻正片之间的短时响度差可达8dB，口播与配音之间、内插广告之间可相差2～5dB，电视剧的片头曲经常比正片高5dB以上。带播节目中，不同时段新闻节目的整体响度差可达6dB。
从抽样来看，响度范围（LRA）最大的是电视剧和戏曲，达18LU。电视剧和戏曲的对白与底声、乐器声的短时响度可相差32dB，底声的绝对响度可低至-60LUFS。《七重好声音》、《唱歌拼输赢》等音乐节目的响度范围并没有想象的那么大，只有10LU左右，与新闻、访谈节目差不多。相比之下天气预报的响度范围要更大些，因为天气预报的口播是在垫乐上间隔出现，其前景与背景的响度差在12dB左右，而娱乐新闻口播与背景音乐则只相差6dB左右。许多节目的响度范围变大是因为制作不规范，例如新闻节目的音量没有调平，音乐节目现场口播与配音、演唱的响度不一致，外购节目在片尾音乐处响度突然上升8dB等。一些节目的频谱不均匀，比如喊叫较多的电视剧、戏曲，以及某些有意通过削波或提升高频提高响度的广告，对这些素材可分频段进行限制压缩，以保证观众环境下主观频谱的均衡。
抽样中的少数节目在以增益平移方式将整体响度提升至-23LUFS时，会出现局部音频信号真实峰值电平（掌声、音效）超过0dBFS的现象，说明节目制作不够规范。在播出内容仍以手工上载为主要来源的当下，节目制作仍然必须严格按照GY/T 223-2007标准的规定，将最大真实峰值电平控制在-6dBFS，待制作、播出上载整备完全文件化后，才允许放宽到-1dBFS。
外来信号中，由模拟电视解调器输出的福建新闻联播（主路）的整体响度为-19.5LUFS，最大瞬时响度为-13LUFS，而最大真实峰值只有-10dBFS，播报声音可闻明显的杂音，说明信号源增益结构不合理，存在前级失真。
三.设备配置
1.软件升级
我台购买的DB4软件版本较早，为2.0.5版本。为了使用最新的EBU R.128标准以及LM6响度表，需将其DSP软件升级到3.4.0版本，步骤如下：
⑴从TC Electronic公司的网站下载最新的3.4.0的DSP固件。以太网、机箱固件也需要同时升级。
⑵将下载的固件压缩包分别解压到不同的软盘上。
⑶切断DB4的电源，将其中一张软盘插入DB4的软驱，然后开机。待自检完成后，DB4会自动将软盘中的新固件写进设备，整个升级过程大约需要两分钟。升级时，机箱面板上的指示灯会红绿交替闪烁；升级完成后，指示灯会恢复为绿色。
⑷重复第3步，直到所有固件都升级完成。
⑸升级完成后，可通过TC ICON软件确认各部分固件的版本号。新固件对应的ICON版本号为6.60。
2.功能设置
DB4的参数可通过网线配置。用交叉网线连接DB4与笔记本电脑，将笔记本电脑的IP地址与DB4配置为同一网段。打开TC ICON软件，选择对应的设备，即可进行设置。软件界面的四个功能标签：Library，Frame，E1，E2分别对应于库、机箱、引擎1、引擎2功能的配置。
首先要进行的是SDI解嵌参数的配置，其功能在Frame->I/O->DSP菜单里，包括SDI输入源以及解嵌组的设置。DSP6000有两个输入口，但在DB4中，只能有一个输入源。
之后，我们通过调用Library->Scene->Factory->E1/E2菜单中场景库中的现成模型，为DB4的两个引擎分别设置功能。我台的需求为：输入SDI音频经解嵌后，由引擎E1进行自动响度控制，输出节目的响度由E2进行测量。因此，设置E1为DMix响度控制模块，调用场景Loudness，Stereo：R128 Correct 75%，设置E2为LM6响度表，调用场景Metering：EBU Mode R128。
之所以选择LM6而不是LM5，是因为LM5采用的单位是TC自己的响度重心，它基于最早的ITU BS.1770，只对静音部分做选通处理，不适合宽动态范围素材的测量，与其它仪表不一致，而LM6可以采用EBU R.128作为单位，主要关注节目前景声的音量，相对来说比较有可比性。
然后，可以通过Frame->Routing菜单，对输入输出和两个引擎进行布线。在布线时应当注意，播出的单声道音频如果被传输设备复制成双声道立体声，其远区场的响度将比单声道播出增加3dB。此时，响度表的输入信号必须按照双声道布置，这样才能保证测量值的准确，保证单声道与立体声节目同播时，响度的一致，保证节目向高清和立体声播出的平滑演进。
3.参数设置
由于之前我们已经为E1调用了R128 Correct 75%的场景，因此根据需要，适当修改现有的参数，即可完成设置。
⑴Main：设置输入信号的增益、延时、声道、参考电平及下混音方式。
参数：In Gain：输入增益。设为单位增益，即0.0dB。
Delay：输入延时，设为无延时，即0.0ms。
Mix Down：下混音设置，即5.1声道混合成2.0时，中置和环绕声道以多大的增益分配到左右声道。我台播出无需用到，保持默认配置不变。
Configuration：输入声道配置。因是单声道节目源，设为Left Mono。DMix的输出为双声道，由单声道输入的电平分配到输出的左右声道后将下降3dB。
Reference Level：参考电平，单声道-20dBFS彩条千周对应于标准响度-23LUFS，因此设为-20dBFS。
Look-ahead Dly：前瞻延时，适当的前瞻延时可提高5Band及Limit的处理质量。但为了保证播出的实时性，保守地设为0.0ms。
⑵Loudness：设置自动响度校正参数。
参数：Target Level：目标响度相对Main页面Reference Level的偏移值。当Reference Level设为-20dBFS，Target Level设为0dB，Main/Configuration设为Mono时，对应的目标响度为-23LUFS。
Max.Reduction：音量的最大衰减量。因素材整体响度的离散度不大，设为-10dB。
Max.Gain：音量的最大提升量。因素材整体响度的离散度不大，酌情设为10dB～15dB。
Freeze Level：以目标响度为参考值的冻结电平，当素材的响度低于冻结电平时，将被作为本底噪声而不被提升。考虑到电视剧对白声与背景声的响度差，Betacam SP录像带及模拟传输设备的本底噪声，设为-35dB。
Freeze Hold：冻结保持时间，当素材的响度低于冻结电平的时间超过冻结保持时间之后，响度控制级的增益将被归零，一般节目的广告插播点附近会有5秒左右的静音，因此设为3.5s，保证在播出广告时增益归零，减少内插广告引起的响度跳变。
Level Trim：音量微调。无特殊需要，设为0dB，即单位增益。
Ratio：响度控制比。素材整体响度的离散度不大，设为1：2.0。校正之后，个别广告的响度可能还会轻微偏高，可觉察，但不讨厌。
Avg.Rate：平均速率。为了能够及时衰减广告响度，设为3.0dB/s。
Slow Window：慢速窗。当响度在慢速窗内变化时，自动响度控制的调整速度很慢，反之，则进行快速校正。通过这种方式，节目在慢速窗内的原始响度范围被保留。考虑到自办栏目到广告的响度变化，以及正常节目的动态范围（避免有垫乐的节目出现明显的呼吸），权衡之下，设为8dB。
Loudness measure：响度测量算法。设为最新带选通测量的ITU BS.1770-3，该算法与修订后的EBU R.128-2011基本等效（采用-10dB选通门）。
⑶EQ：设置节目音频的均衡参数。播出线不对音频进行均衡，因此选择Bypass EQ旁通。
⑷5Band：设置五段压限器的参数。我台使用五段压限为DB4末级限制器提供一定程度的保护，防止某个频段的过大信号使全频段的限制器增益下降太多而引起可闻失真。
参数：All Thresh.：所有频段的压缩门限。预置参数设置得较高，这里将All Thresh.降低至5dB，使其在末级限制器恰好动作之前，分担一部分增益下降的工作。但是作为限制器时，要降低Attack和Release的时间，例如2ms：100ms。笔者的用法比较保守，希望五段压限器尽可能不动作。如果没有把握，建议Bypass。
⑸Limit：设置末级限制器参数。
参数：Threshold：设置末级限制器门限。对于全数字播出的频道可设置为-6dBFS，但考虑到我台模拟网预加重后-6.7dBFS的理论最大调制度及发射机STL模拟光端机+14dBu（-10dBFS）的最大输入电平，四个频道的末级限制器门限均设定为-10.5dBFS。
Soft Clip：软削波电平。经末级限制器限制后，输出电平基本不会超过太多，通常只有零点几dB，因此软削波是对播出电平的最后把关。此处设为+3，即-7.5dBFS，小于发射机满调制度的-6.7dBFS。
4.性能测试
⑴响度校准
向DB4送入标准千周彩条信号，此时，由波监测得的输出信号的PPM电平，应为-23dBFS，由E2测得的响度电平，应当恰好为-23LUFS（此为复制成双声道的响度值）。
⑵频道切换测试
由于播出到传输分发之间仍然有可以影响音量增益的环节（例如有线前端的编码器以及EPG），需要与其它频道进行切换比较，确认响度的一致，包括四个播出频道的一致，以及与其它台播出频道的一致（例如邻近的中央台和福建台）。
⑶声画同步（AV Delay）测试
经TG700和WFM7120测试，DB4在不设置前瞻延迟时的唇音同步为4ms，即处理后的声音比画面稍微滞后4ms，远小于1帧，符合总局要求，观众察觉不到嘴型的不同步。
四.配套措施
响度控制器是实时设备，在没有元数据配合的状态下，处于“盲”操作状态，它无法预知节目风格，也无法感知切换点，因此输入信号的好坏对响度控制器的处理效果仍然有影响，需要通过相关的配套措施来完善、保证电视音频的播出质量。这些措施包括：
1.要求值班人员在上载节目时，坚持对节目音量进行调整，将响度误差控制在一定的范围内。调整以正常播放待播节目的一段正常说话片断或者节目主体为依据，观察录像机电平表，调整PB增益，使其符合标准。增益调整完成，在正式上载时就不再调动。按照我台的标准，节目对白部分的DPPM电平宜在-10～-20dBFS区间跳动，正常说话时可瞬间上冲至-10dBFS，而平均DPPM电平宜控制在-12～-15dBFS左右，广告上载电平宜控制在-15dBFS以下，音质特别差的，应控制在-20dBFS以下。
2.调整外来信号传输链路的音频增益，保证外来信号的主、备路以及本地播出节目的响度一致。由于设备的更新周期原因，我台播出机房央视综合、福建台信号源仍然沿用模拟电视解调器、模拟光端机等模拟设备传输，模拟光端机的最大输入电平+14dBu也与SDH传输设备的峰值储备不一致。为了保证播出质量，应当对模拟设备的增益进行检查，保证被转节目不失真，并逐渐向单位增益的数字传输设备过渡。
3.在进行现场直播时应当提前对表，避免音频增益变化带来的困扰。尽管我台直播用的光端机、数字微波等传输设备都是全数字设备，但为了预防传输时因设备设置等人为原因出现的增益波动，在直播开始前，播出值班人员应当及时联系现场的音频技术要求对表。现场发送1kHz -20dBFS的标准千周信号，值班人员通过观察表桥及电视墙指示来确认通道增益是否正常。对表完成之后，现场音频技术所看到的电平指示，就是直播信号经DB4处理前的音频电平；现场音频技术所看到的响度电平，就是直播信号播出时的大概响度。
5.努力要求节目部门规范节目制作，前期录制、配音、节目的编辑、输出都应当严格按照行业及台内电平标准执行，节目主体部分的DPPM电平宜在-10～-20dBFS区间跳动，节目的最大真实峰值电平不超过-6dBFS；新闻节目在内插广告时，应当提前以监听音箱作为参照，调整非编上的广告音量使其与正片一致。
6.努力要求改善编辑机房的音频制作条件。文艺节目的编辑机房应当配备高质量的有源音箱，多个节目组共用的编辑机房则应当配备足够的监听耳机，设备的散热风扇应当定期清理以降低风啸噪声，新建机房时应根据经济条件酌情考虑合适的隔声及吸声。
而对于传输环节，需要采取的措施包括：
1.调整发射台各传输链路的音频增益，确保无线播出信号在倒换激励器时的响度一致性。调整发射机的音频调制度，使发射机在调制-6.7dBTP 1kHz的测试正弦信号时，频偏刚好为50kHz；
2.核对模拟光端机及编码器的声道配置及音频增益，保证音频增益的准确和稳定；未来计划将传输编码器的声道配置由单声道修改为立体声，实现播出至用户的透明传输，减少频道间响度不一致的可能，也为立体声节目的播出预留空间。
3.对当地所用的各种型号机顶盒进行测试，确认节目在单声道（下混音）/立体声/左声道/右声道播出时，响度的一致性。
五.结语
我台响度控制器自上线以来，已经稳定工作了一年多，它改善了电视音频的播出质量，基本消除了切换点的响度突跳，观众的投诉减少了，值班人员也不用再去频繁地调整监听表桥的音量。
响度控制的最大目的是提升播出品质，它不仅仅是播出部门一家的事，响度控制器也只是最基本的规范手段。制作人员仍然应当坚持按照台内标准及监听感观制作节目；技术人员可尝试在现有条件下，寻找更加清晰有效的标准和制作方法，提高音频制作水平，将响度控制由播出末级逐步向制作领域推广；非编及播出服务器厂商也应当加强与音频厂商的合作，实现响度标准化的自动化。
本文主要介绍响度控制器在地方台播出末级的应用。对于五段压限及宽动态范围节目响度的控制，笔者保有自己的疑惑。在此抛砖引玉，望与业界人士探讨。B&P
附表
由于所用软件版本较早，附表中的响度采用的是EBU R.128-2010标准，其相对选通门限为-8LU，响度块之间重叠50%，示值是节目被复制成双声道时的响度。