中国电视节目伴音响度差异现状调查及成因分析

　　随着模拟电视向数字电视的过渡，不同电视频道间伴音响度差异大的问题引起了全球范围内的广泛关注。本文针对各个电视频道响度差异大的问题，在制作、播出、传输、分配和接收各个环节进行调查、测试和分析，探究响度差异的产生原因。

　　【关键词】 响度控制 响度差异分析

　　一．背景

　　随着模拟电视向数字电视的过渡，不同电视频道间伴音响度差异大的问题引起了全球范围的广泛关注。在我国有线数字电视向数字化转移的过程中，电视节目伴音响度不一致的问题更为明显，用户对此抱怨很大。从2006年起，人大代表数次就响度差异问题向广电总局提出质询。

　　电视节目伴音响度不一致的问题在全世界都普遍存在，各国的专家也一直在寻求相应的解决方法。2007年根据总局科技司的安排，广播电视规划院承担了《电视节目伴音响度一致性方案研究》项目。广播电视规划院以此为契机，在全国范围内开展了大规模的问卷调查和现场测试，探究引起不同频道间以及同一频道不同节目间电视伴音响度差异的原因，寻求解决方案。

　　二．响度差异现状调查

　　电视频道切换前后以及广告播放前后的响度差异，每一位观众都有深切的体验，但响度差异数值具体多大，作者在有线网络的输出端和卫星网络的输出端进行了测试。

　　1.有线网络输出点的响度现状调查

　　本部分测试选取了几种典型的有线网络，分别采用不同的响度处理方式，其中：

　　（1）类型1有线网络使用了带有分频道音量记忆功能的机顶盒。其设计原理是机顶盒的音量调节可以分频道的自动记忆，可以在机顶盒上将通常“音量大”的频道的输出音量调小，而将通常“音量小”的频道的输出音量调大。这代表了国内一部分有线运营商的情况，例如：天津、北京（曾经使用，现已放弃）等。

　　（2）类型2有线网络使用了对输入码流进行解码，调整音量重新编码。这样在有线前端对“音量大”和“音量小”的频道进行音量调整，而不在用户端去调整。但该方案成本高昂。

　　（3）类型3有线网络使用了私有描述符。在前端的码流中发送私有描述符，其中包含每个节目频道音量偏移量的默认值，接收端通过接收该私有描述符并进行解析从而调整每个频道的默认音量。

　　（4）类型4有线网络未采用特殊的措施处理音频响度，代表了那些“原样入、原样出”的网络公司。

　　测试框图如下：

　　2.卫星网络输出点的响度现状调查

　　本部分测试以CCTV-1新闻联播响度作为基准，同时测试一些上星频道转播新闻联播时的节目响度，测试框图如下：

　　测试结果如下：

　　（1） CCTV-1播出的新闻联播平均响度平稳

　　在不间断的两年时间内，作者对CCTV-1播出的新闻联播响度进行的抽样测试结果表明，测得CCTV-1播出的新闻联播平均响度处于-30.5～-29.0dBFS之间，最大差异在1.5dB之内，响度总体保持平稳。

　　（2）在各卫视转播新闻联播时，各上星频道间存在较大的响度差，在项目组测试期间被测的频道间最大的响度差达16.6dB，大部分上星频道播出新闻联播时的平均响度均比CCTV-1的平均响度高。

　　(3) 一些卫视输出改变了原有CCTV1新闻联播节目的动态范围。

　　三．响度差异成因调查

　　1.全国范围的问卷调查

　　按照目前常见的系统类型和应用环境，规划院针对演播室及制作音频通路、主控播出音频通路、传送音频通路、卫星上行站音频通路和有线前端音频通路中音频设备的配置情况、关键设备的型号、重要参数的设置等问题设计了问卷，开展了全国范围内的问卷调查。

　　38家电视台、25个卫星上行站、102个有线前端反馈结果显示：

　　（1）在电视台主控播出链路中，有10家电视台使用了音频限幅器。在使用了音频限幅器的10家电视台中，限幅器的部分参数设置存在问题。

　　（2）CCTV-1新闻联播信号进入各转播电视台的方式有模拟音频、SDI嵌入音频和AES/EBU三种方式，其中仍然有较多电视台使用模拟音频，共计24家，占到了60％以上。

　　（3）从电视台播出端到卫星上行站的音频信号主要有模拟或AES基带音频、SDI嵌入音频和TS流三种方式，三种方式的应用比例大体相当。

　　（4）一些主控播出链路校准电平使用不正确，使用了0dBu或-18dBFS作为校准电平。

　　（5）一些模拟链路中采用平衡与非平衡音频接口的直接连接。

　　2.针对不同类型电视台的响度差异成因调查

　　本部分测试主要涵盖了电视台、电视台到卫星上行站的链路系统，包括电视台内不同的节目来源、播出方式、到上行站的信号传输方式等。测试的主要目的是查找在这些链路上引起音频响度变化的因素，如：设备、参数、人为的原因等；同时比较电视台播出的节目音频响度，包括相同节目（新闻联播）和不同节目的响度。

　　（1）类型1－电视台1的响度差异成因调查

　　在新闻联播时段，在系统链路的各个点，对链路中新闻联播的响度进行测试。

　　在转播CCTV1新闻联播节目时，电视台1的主链路为来自国干网的数字信号；备链路为来自卫星的、经卫星接收机D/A转换后输出模拟信号。主链路经过了一次D/A和A/D、备链路经过了2次D/A和A/D，如图中黄色部分，均可能对音频电平进行调整，影响节目的响度。系统框图及响度测量结果如下图所示：

　　分析以上测试结果，可得如下结论：

　　·CCTV1新闻联播节目经主链路和备链路的输出响度存在近10dB的差异。

　　·由于编码器的输入为模拟输入，主备链路各增加了一次D/A和A/D转换。

　　·经主链路转播的新闻联播响度值比CCTV1的新闻联播响度值高10dB左右，经备链路转播的新闻联播响度值比CCTV1播出的新闻联播响度值高0.6dB，但其中存在正负增益情况。

　　·在转播CCTV1新闻联播时，备路采用的卫星接收机输出音频为模拟非平衡音频，对音频电平衰减很大，达到26dB左右。

　　·作者对编码器引入的增益进行了实验室测试，发现该电视台所采用的编码器的满度电平0dBFS对应模拟信号电平10dBu，因此当编码器的音频为模拟输入时会导致通道中出现14dB的增益。

　　（2）类型2－电视台2的响度差异成因调查

　　在新闻联播时段，对电视台2转播新闻联播节目的主控播出链路至网络中心再至卫星上行站的音频链路进行了测试，测试链路框图和结果如下所示：

　　CCTV1新闻联播信号从电视台主控到卫星上行站，经历了复杂的传输链路，可能两次经过节目中心，两次经过网络中心，一次经过主控，一次经过省干网，一次微波传输链路，链路主备路的设置也不稳定；图中深黄色框图表示的设备均能对音频电平进行调整，影响节目的响度。

　　本次链路测试共设置了8个测试点，测试点之间响度差异最大达到21dB；信号由主控传输至卫星上行站（测试点1到8）响度变化达19 dB。

　　（3）类型3－电视台3的响度差异成因调查

　　作者对电视台3的节目响度进行了测试。该系统代表了全数字、嵌入音频的系统，系统测试框如下。

　　测试的节目类型及平均响度如下：

　　由测试数据可见：

　　·该转播链路中没有对节目的响度进行改变。

　　·节目之间的响度差异较大，特别是电视剧前广告比紧随其后的电视剧高出了11.4dB。

　　·制作的本地新闻、新闻采访综述比CCTV的新闻联播略高。

　　四．响度差异成因分析

　　根据音频链路的复杂度和对受众的影响力，作者选择了从音频节目制作到有线电视用户接收的完整流程来对响度不一致问题进行分析。

　　电视节目的制播信号流程一般如下：

　　某电视台制作的节目可能通过本地有线网络传输给本地用户收看，也可能通过光纤或卫星等链路传输给外地电视台转播，并经外地的有线网络传输给外地用户收看。按照有线电视前端信号来源的不同，可将音频通路分成以下四种类型：

　　（1）本地有线前端收本地信号（如北京的歌华有线播北京台的节目）；

　　（2）本地有线前端收外省的上星信号（如北京的歌华有线播湖南台的节目）；

　　（3）本地有线前端收本省转播的信号，该类信号经卫星链路（由卫星接收机接收）或国干网传至本地电视台，经主控处理后，送有线前端；（如北京的歌华有线播北京台转播的中央台新闻联播节目）

　　（4）本地有线前端收外省转播的信号，该类信号先由外省卫星接收机（或SDH接收设备）接收及外省主控处理后，传送至卫星上行站，再由本地的有线前端接收。（如北京的歌华有线播湖南台转播的中央电视台新闻联播）

　　从以上四种链路可以看出，用户接收到的电视节目响度受节目制作、节目传输的影响，其结果是观众感觉电视节目响度的不一致性，甚至是响度的突变。主要表现为：

　　同一节目内响度的变化。与节目的动态范围有关，一般新闻节目的动态范围较小，交响乐等音乐节目的动态范围较大，动态范围大的节目可能会表现出短期响度间的差异。在节目制作时，应根据接收环境的不同和相关标准，合理设定节目的电平和动态范围。

　　频道内节目间的响度变化。除与节目内响度变化相关外，还与节目类型不同、节目来源不同等有直接关系。一个频道内的节目一般包括频道制作的新闻、频道转播的新闻、广告公司提供的广告、外购的电视剧或其它节目等，这些节目的类型、节目制作者、节目传输方式等的差异均可导致响度的不一致。这就需要节目播出者在节目收录或节目播出时，对节目响度进行适当的把关或一定的调整，以减少频道内不同节目间响度的差异。

　　频道间响度的差异。原因最为复杂，除与节目内响度的变化、频道内节目间响度的变化有关外，播出者之间缺少共同遵守的响度标准、节目传输链路中引进的增益等对频道间响度的差异有重要影响。应推出节目响度规范，让节目制作者和播出者有明确的目标；应保持节目传输中的0增益，保持节目传输前后响度的一致性。

　　1.制作域响度差原因分析

　　同一频道内不同节目的响度差异多是由于节目制作引起。同一频道播出的节目来源各异，一方面由于制作人的主观意愿，可能希望提高节目的响度，以引起观众的注意；另一方面，由于制作者的疏忽或缺少相应的响度计量设备，引起响度的差异。

　　（1）未遵循相关标准

　　电视台节目来源各异，各节目在制作领域应遵循GB/T 17311-1998 《标准音量表》、GY/T 223-2007 《标准清晰度数字电视节目录像磁带录制规范》、GY/T 192-2003 《数字音频设备的满度电平》等标准。任何有悖于这些标准的操作都会引起响度的差异。

　　欧洲和美国所用的满度电平标准不同，EBU R68规定采用0dBu作为音频系统的校准电平，对应的数字电平为-18dBFS，可推出，0 dBFS对应18dBu。由于所使用的设备的校准电平和满度电平不一致可能会产生链路电平增益。如在我国某节目提供商误用了0 dBu 1kHz稳态正弦信号对应0VU的电平表录制的节目的均值为0VU，在电视台录制到符合GY/T 192-2003的数字音频工作站，数字音频工作站的输出已比预期值低4dB（-24BFS）。

　　规划院从问卷调查发现，有些链路根本没有应用校准信号进行校准，这样无法确定音频链路中是否存在增益，存在多大的增益；还有的音频链路中应用非标准的校准电平，如0dBu和-18dBFS，在节目制作通路中，如果节目的平均电平在校准信号附近，那校准电平越低，峰值储备就越大，节目信号响度就越低。

　　（2）节目的动态范围

　　由于节目的性质及播放环境的不同，节目的动态范围可能存在较大差异。图示相同的节目在不同的环境中播放，由于不同播放环境和设备的本底噪声不同，需要的可闻最低峰值电平不同，造成节目的动态范围不同，动态范围小的节目响度高。同理，不同动态的节目在同一播放环境中，如果峰值储备相同，一般动态范围小的节目响度高。电视台制作的节目的动态范围应适合在家庭环境下播放。

　　在规划院进行的对新闻联播、电视剧、广告、动画片、天气预报、新闻采访、纪录片等几种类型的节目的测试中，响度的最大动态范围为21dB，最小为4.9 dB。

　　（3）缺少针对响度的标准

　　响度的算法标准GY/T 262-2012《节目响度和真峰值音频电平测量算法》和设备标准GY/T 263-2012《响度和真峰值指示仪表技术要求》已于2012年8月颁布实施，但目前我国尚缺少规定节目目标响度值的标准，应即时补充。

　　（4）缺少响度计量和调整设备

　　在规划院发放的响度调查问卷的电视台部分的38份回复中，有33份应用基于电平的计量和检测设备，其余没有监测设备。基于响度的计量和控制设备还鲜有应用。

　　（5）人为的因素

　　当前没有响度标准和响度监测，一些电视机构在满足峰值电平不超标的条件下，根据制作人的主观意愿，通过增大节目平均电平来提高节目的整体响度，以引起观众的注意，如一些广告节目、电视购物节目。

　　2.输域响度差原因分析

　　根据响度的定义，在传输域中没有改变节目的内容，不会改变节目的频率分布，因此在输入相同的节目信号的前提下传输域对响度的改变主要是对声音信号电平的改变，即传输链路对声音信号有增益。本节所提的传输域响度差异是指输入节目相同的情况下传输链路引入的差异。

　　传输链路中增益的引入有以下几种典型的情况。

　　（1）A/D和D/A变换时电平错误

　　声音信号在进行A/D和D/A变换时，如果设备的数字满度电平对应的模拟电平不是24dBu就会引入增益。

　　常见的又容易忽略的是：编码器中A/D数字满度电平对应错误的模拟电平。

　　如前所述，在对电视台的实测中发现一款编码器引入了10多分贝的增益。测试框图如下所示，测试是设置编码器的增益为0。

　　测试中音频信号源的模拟输出为4dBu，经编码器后由标准解码器数字输出为-6dBFS。满度电平对应24 dBu时，4dBu对应-20 dBFS。该款编码器引入了14dB的增益。可推出该编码器10 dBu对应0dBFS，为典型的非标设备。

　　（2）链路中多处使用模拟音频处理设备

　　电视数字化的今天，使用模拟音频处理设备的必然会有A/D和D/A，同时模拟音频处理设备大多有增益控制，这样会有两个方面引入增益：一方面数字满度电平对应错误的模拟电平可能引入的增益，另一方面是模拟设备增益设置引入的增益。3.2.1节备路节目中卫星接收机的模拟输出引入了-26.1dB的增益。

　　（3）人为调整引起链路非0增益

　　在播控、传输、卫星上行站、有线前端链路中，均可对音频进行增益调整。规划院测试发现在应用设备符合相关标准要求的情况下，由于未进行链路电平校准，或随意对链路电平进行调整而使链路存在非0增益。

　　（4）阻抗失配等引起链路非0增益

　　一些链路中仍在使用部分老型号的模拟设备，要求固定的600欧姆输入和输出阻抗，如果未注意采取措施保证阻抗匹配，把要求600欧姆匹配的设备连接到了高阻输入的设备的输入端，使模拟节目的信号电平提升，引起链路的非0增益。

　　一些链路中存在音频接口的平衡和非平衡转换，而不使用平衡非平衡转换电路，引起链路的非0增益。

　　（5）标准误用引起链路非0增益

　　如在我国某节目提供商误用了符合ITU-R BS.645标准的校准信号，将0 dBu 1kHz稳态正弦信号对应0VU的电平表，录制的节目的均值为0VU，在电视台录制到符合GY/T 192-2003的数字音频工作站，数字音频工作站的输出已比预期值低4dB（-24dBFS）。如果再经过符合EBU R68《Alignment level in digital audio production equipment and in digital audio recorders》的分配和传输链路模拟输出，由于该标准规定校准信号电平为-18dBFS（0 dBu对应-18dBFS），又会产生6 dB的衰减，比预期值低10dB。

　　五．总结

　　综上所述，我国广播电视上星频道间及节目间响度差异明显，其中制作域和传输域皆有贡献。从具体的原因分析，响度问题不仅存在技术因素，还存在管理因素。我国的广播电视仍未达到全数字化，标准不遵从、标准误用、标准缺失以及响度一致性管理制度缺失等问题是影响响度差异的重要因素。随着我国广播电视全面数字化程度的进一步提高，针对制作域和传输域产生响度差异的具体原因采取相应技术措施和管理手段，才能从根本上解决频道间和节目间响度差异大的问题，从而改善观众体验。

　　覃毅力 宁金辉 张建东 崔俊生 广播电视规划院