(完整版)数字时代的电视声音和对策

数字时代的电视声音和对策中央电视台缪暑金miaoshujin@QQ：403249867MSN注册用户名：miaoshujin@1前言-电视数字化音频责任重

张海涛同志去年在青岛会议上指出了数字电视的四大优势：扩大服务，提供几十到几百套节目拓展领域，节目+信息+新的服务改变方式，存储、调看、主动选择提高质量，DVD质量+影院音响效果2电视声音的现实差距存在着重画面轻声音倾向声音标准不完善执行不严环绕声制作标准尚未制定进入数字时代的准备不足立体声录音人员实践不多频道间声音响度差别过大离影院音响效果差得很远要了解现状、回顾历史、找准方向。31我国电视声音数字化的现状电视声音数字化从上世纪80年代开始使用CD（声源）、DAT（前期录音）开始，已经走过了艰难的起步阶段。已经出现了全数字化的录音棚、演播室、转播车和播出系统，少数电视台已经建成高清演播室、高清声音制作室和高清转播车。但发展不均衡，仍存在着以下情况41.1前期拾音的现状新闻节目：混合使用模拟或数字ENG拾音，声画同时记录于录像磁带，模拟ENG开始进入淘汰的进程。专题类节目：混合使用便携式模拟或数字调音台拾音，声画同时记录于录像磁带上。存在DAT分离同步录音，后期配音的方式。综艺节目：EFP、转播车、演播室混合使用模拟或数字调音台制作声音，记录于录像磁带。扩声系统以模拟为主。还存在模拟调音台接数字录像机记录数字信号的方式。51.2后期制作现状演播室声音周边设备和声源重放设备模拟和数字并存。后期声音制作调音台与周边设备同样模拟和数字设备并存。大量声音工作站的应用促进了声音后期制作数字化的进展，但同样存在着模拟和数字两种信号源。61.3声音的传输和播出台外到台内越来越多地使用光纤和数字微波传输数字声音信号，仍存在模拟微波。台内系统间逐步采用声音嵌入视频并使用用光纤传输，也存在电缆模拟传输的方式（连接简单、变更迅速）。播出方式正在向数字化硬盘播出以及采用压缩编码，以数字流方式播出的方向发展仍存在少量模拟播出的系统，少部分演播室或现场的模拟声音信号源送入播出之前转为数字信号的播出方式。7小结我们正处在一个向数字化过渡的特殊时期这个特殊时期还将是一个相当长的时期，因为电视业存在着大量花费巨大投资购置的目前还仍能继续使用的模拟设备。这样的现状决定我们必将面对一个模拟与数字混和应用的时期，尤其在执行临时性制作任务时，经常会在数字系统链路的某一环节中出现模拟设备，必须有相应对策。因此，当前所处的是混合时期，真正的全数字时代还未到来。82回顾模拟时代温故而知新，既然是混合时代，模拟设备还在用，而且几乎涉及电视声音的每一个领域，在讨论混合时代的对策时，有必要回顾一下曾经辉煌，而且一些人希望永远辉煌的模拟时代。92.1模拟技术的优劣分析模拟技术不是一无是处，模拟设备具有系统配置简单明了、线路连接一目了然、操作简单易学等优点，一些电视新闻演播室仍然采用模拟设备一方面是为了继续发挥现有设备的作用，同时也是考虑了新闻要求反应快，节目变化多，熟悉模拟设备操作人员多等特点。但模拟设备的技术潜力已经发展到极致，优秀的模拟声音处理设备如调音台等已经能把信噪比做到65dB，峰值储备也能做到20dB以上。但模拟磁带记录技术经过几十年的努力，现在也只能提供14dB的峰值储备。（1000/200nWb/m)102.2模拟时代关注的指标模拟时代主要关心频响、信噪比、动态范围、失真度等几个主要指标。围绕着以上指标，重要的是选择正确的工作电平，这依赖于选择适用的音频电平指示仪表。美国人30年代发明的VU表长久不衰，是没有找到与人耳对声音强度响应更适配的仪表。VU表仅能满足调幅广播电平监测需要。欧洲人50年代发明的PPM表（峰值节目表）能指示节目信号准峰值，满足了调频广播监测需要。但峰值响应又与人耳听觉强度感无关，仪表种类多，让人混乱。因此，模拟时代一般采用VU表来控制信号强度，并采用PPM表来控制节目峰值，避免峰值恶化。112.3VU表示例

0VU刻度位置对应的信号电平可通过串接衰减或放大适配任意标准122.4VU表的特性由国标《GB/T17311-1998》规定测量声音信号强度（与人耳听感相关）用平方率检波器（准平均值表）用稳态正弦波信号的有效值来确定刻度上升和下降时间都为300毫秒,对信号中的瞬间峰值信号不灵敏，不能指示出对信号质量至关重要的准峰值情况。满足了调幅广播质量要求。132.5VU表的不足催生了PPM表调频时代，对广播质量要求更高，需精确控制信号的峰值。但模拟设备的有限峰值储备限制了节目信号峰尖，VU表不能指示峰值。古典音乐的发祥地欧洲推出了PPM表，PPM表上升响应快，能指示信号的峰值，下降时间长，便于录音师观察，很快得到推广。欧洲政治经济的不统一，影响了PPM表的统一，种类过多的PPM表使人们陷入混乱(存在IEC、DIN、NODRIC、BBC各种PPM表）。142.6太多的峰值节目表造成混乱所有峰值表的基准值都是可以设置的，以便按不同电平标准来来控制峰值GY/T117-1995《12.65毫米（1/2英寸）模拟分量电视节目磁带的录制和交换规范》规定PPM表的校准电平为-9dB刻度，是指I型PPM表。152.7国标也同时定义了几种PPM国标GB/T17182-1997《峰值节目电平表》同时规定了几种PPM表，也让人困惑。该标准规定了I型II型两种PPM表，响应时间：I型5毫秒，II型10毫秒，返回时间较长，以便于操作者观察指示值。还规定了消费类产品使用的简易LED的PPM表，少数制造商为了节省成本，错误用于专业设备上，响应时间不严格影响量值。GY/T117节目磁带交换标准中规定PPM表的校准位置为-9dB特指I型PPM表。162.8一种I型PPM表常见I型PPM的外观特点是0以上有5dB的指示余量，响应特性应查说明书172.9某公司提供的不同仪表对照表18模拟时代小结模拟信号处理设备（如专业调音台）经过几十年努力，主要指标已经可以达到令人满意的水平，峰值储备可达到20dB。模拟录音设备经过几十年努力，信号峰值储备仍然只能达到14dB，刚刚满足一般情况下音乐节目准峰平比记录要求。PPM表与模拟录音技术相适应，从-9到+5的指示配合VU增加了14dB的峰值指示范围。但PPM表不统一、存在廉价的民用仪表、一表两制的情况，常用错仪表，导致电平错误。193数字时代应关心的指标

数字时代仍然要关心频率响应、信噪比、失真度和动态范围等主要指标，但这些指标在用户选择了某一类型的数字设备时，实际上已经被基本决定了（以正确使用为前提）。数字设备主要指标如下。1、取样频率2、量化精度3、基准电平4、接口传输5、同步精度203.1取样频率

每一秒钟取样的次数就是取样频率，它决定所记录的数字音频信号还原的频率响应。采用较高的取样频率可使混叠频率远离我们要求的声音频率范围，并减低声道间定时误差，从而提高立体声或环绕声声像定位精度。电视声音的取样频率已由GY/T156《演播室数字音频参数》标准规定。213.2量化精度

数字音频系统对模拟信号量化所使用的比特数即量化精度。量化精度直接决定数字系统所能提供的动态范围，即每一比特相当于6dB动态的关系。电视声音的量化精度也由GY/T156标准规定。223.3基准电平

数字基准电平是用于校准数字系统工作电平和监测仪表的数字信号电平编码。基准电平的高低决定系统能提供的信噪比指标。统一数字基准电平便于交换节目和信号。我国已经制订并发布了数字音频的基准电平的标准，由GY/T192《数字音频设备的满度电平》规定。233.4接口传输数字音频系统需将各种设备在数字域内相互联接，包括数字录音机、数字录像机的音频部分、数字调音台等。在标准未发布前，各单位购进了各种不同接口的设备，使数字音频接口发生混乱，导致信号失真甚至无声。为统一数字音频接口和传输方式，我国发布了GY/T158《演播室数字音频信号接口》标准。同时还发布了GY/T161《数字电视附属数据空间数字音频和辅助数据的传输规范》规定了将数字音频信据嵌入到视频信号一并传输的方法。243.5同步精度数字音频信号录音和重放必须按正确的时序进行编解码才能正常工作，因此必须为数字音频系统提供具备规定精度的同步基准信号。电视数字音频还要考虑与视频的同步的问题。音频工作者常对数字音频同步的必要性认识不足，而忽视设备的同步精度。销售商也存在着同样的情况。为规范数字音频系统的同步，我国发布了GY/T193《数字音频系统同步》标准。254电视声音数字化过程面临的问题早期购进数字设备取样频率、量化精度、基准电平、接口传输和同步规格各不相同。音频工作者对标准化的重要性认识不足。数字音频标准发布后宣贯不及时。对非标设备继续使用的问题欠研究。设备供应商不研究我国广电行业发布的标准，向我国销售大量非标产品。导致全国电视数字音频设备规格混乱，影响数字电视节目声音质量。264.1取样频率的问题现有数字音频设备同时存在着32KHz、44.1KHz、48KHz和96KHz不同取样频率。不同取样频率的设备互联，必须配置取样频率转换设备。否则只能采用模拟连接，牺牲质量。所谓兼容任意取样频率的音频工作站或其他类似设备，暗藏着危机：一次只能按一种取样频率工作，重放不同取样频率的声轨，低取样频率的信号会变快。274.1.1有关取样频率的建议一GY/T156标准第4条规定：取样频率优选48KHz，也可以选用32或44.1KHz。录音棚、高清制作可采用96KHz取样频率录制原版保留，同时满足将来可能的环绕声高标准要求。但应向本台其他制作部门提供取样频率为48KHz的工作版本。由于广播级数字录像设备的音频记录均采用48KHz（包括高清设备），建议演播室、制作室、EFP、转播车、播出系统应使用48KHz的取样频率，有利于统一全台的数字音频信号规格方便系统间信号传输和交换284.1.2有关取样频率的建议二无磁带制播系统应视节目内容分别决定其取样频率。

1、新闻类无磁带制作、存贮以及播出系统采用32KHz取样频率，有利于降低码率。

2、非新闻类无磁带制作、存贮系统以及播出系统应统一使用48KHz的取样频率，有利于保证这些节目的较高质量。之前购置的其他取样频率的设备应逐步调整到封闭式小系统中使用，并在其输出端配备取样频率转换设备，使生产的节目音频统一取样频率。或者用作信号源（取模拟输出）294.2量化精度的问题我国数字视频设备的音频和数字音频设备的量化精度也同时存在着16、18、20和24比特多种格式。虽然量化精度不同的设备可以直接连接组成系统，低量化精度的设备接收高量化精度信号时，会自动截除多余低位比特。这种截除会破坏节目录音中低位比特所包含的低电平信息，这将破坏录音师的创作艺术成果。因此除非设备有“抖动（dither）处理”功能，否则不应这样做。304.2.1有关量化精度的建议GY/T156第6条规定：优选PCM20比特线性量化，也可选用16、18、24比特。录音棚原版录音和高清制作建议选择24比特，但应为制作部门提供20比特的工作版。演播室、制作室、EFP、转播车和播出系统和非新闻类无磁带网络应选择20比特。新闻类制作、网络和播出系统可选择16比特，有利于降低存贮码率。314.3基准电平的问题电视台或系统之间如采用不同基准电平，就会使信号电平不规范，扩大节目响度差别，影响数字声音质量。模拟与数字混用，再加上不同的数字基准电平，使制作的节目电平问题雪上加霜。录音师是电平的实际操作者，应充分了解数字基准电平与节目质量的关系，掌握校准电平与实际节目电平的关系，才能做出符合标准的精品。数字系统未配备数字节目峰值表，让录音师使用只适用模拟录音的VU表或PPM表，也是全国电平混乱的原因之一。324.3.1欧洲卫星电视频道间响度差16dB334.3.2过大的响度差令观众痛苦344.3.3我国数字电视存在同样问题354.3.4数字基准电平标准和建议GY/T192《数字音频设备的满度电平》标准规定我国广播电视系统的满度电平为+24dBu，模拟校准电平为+4dBu，留有20dB的峰值储备，数字基准电平为-20dBFS。允许继续使用基准电平为-18dBFS的设备。由于数字基准电平的概念比较难以理解，后面特别对基准电平的编码与电平的关系作多点说明。364.3.5数字基准编码与电平的关系374.3.6不同仪表的校准关系384.3.7应该熟悉的几个规范仪表394.3.8数字峰值节目表DPPM表是检测数字节目音频信号峰值的检测仪表，它具有兼容测量32、44.056、44.1和48KHz等不同取样频率的AES/EBU数字音频信号的能力，该仪表的时间特性是：上升时间为被测量数字信号的一次完整取样周期，从0dB下降到−20dB刻度位置的时间1.5秒，仪表的指示范围从0dB至−60dB。我国暂未制订数字峰值节目表的标准，本文是根据IEC60268−18《DigitalPeakProgrammeter》标准来描述的。DPPM表常配有OVER（过载）指示，该指示的值至今未有国际标准，不同厂商规定出现几次电平峰值达到0dBFS才点亮。如SONY规定三次才亮。404.3.9三种仪表适用三个时代

适用调幅广播时代适用调频广播时代适用数字音频时代414.3.10有关数字基准电平的建议应使用数字峰值节目表监测数字工作电平。如设备无此表，应另行购置，设置在便于录音师观察的位置。录音师应充分使用数字系统提供的20dB峰值储备，否则数字节目的响度偏低。建议把基准电平为-18dBFS的设备逐步转移到非成品节目制作系统中使用，或作为信号源使用，避免产生非标准节目成品和信号。做好每一接口电平适配工作避免扩大问题。424.4接口传输问题现有设备接口混乱。有AES/EBU平衡式、AES/EBU非平衡式（AES3id）、S/PDIF、SDIF。接口不统一、系统连接和信号传输复杂，隐藏危机，影响信号电平和质量。应急处理时不能及时互为备份。不同的接口传输数据能力不同，传输数字音频信号必须了解数据接口标准。434.4.1行标规定的数字数据格式行业标准GY/T158对串行接口数据格式规定

1、规定采用串行接口数据格式；

2、取样频率主用48KHz，允许32K、44.1K3、量化精度最多支持24比特，支持低精度

4、支持单声道和立体声

5、允许包含同步基准和其他辅助信息

6、本分别参考了ITU-RBS.647-2(即AES/EBU平衡接口)和SMPTE276(即AES3id非平衡)标准。444.4.2平衡式标准接口GY/T158第6条规定了采用110欧的平衡电缆、XLR连接器、2V~7V信号幅度的接口详细规范。这就是业界常说的AES/EBU数字平衡接口。传输电路结构如图所示454.4.3非平衡式数字音频标准接口该标准第7条规定了采用非平衡式同轴电缆BNC连接器的接口规范，平衡式设备如要采用这种非平衡式连接必须采用该标准第8条规定的匹配网络，采用这种方式，在匹配网络输入端电压达到10V时，可满意地传送1000米以上的距离。这种方式与AES3id接口（AES3的一个子集）基本相同。平衡/非平衡转换标准网络详见以下各页464.4.4平衡/非平衡接口转换网络1、2474.4.5平衡/非平衡接口转换网络3、4484.4.6非平衡/平衡接口转换网络494.4.7使用以上转换网络的传输性能504.4.8早期标准和非标接口规格514.4.9AES3-AES3id或S/PDIF简易转换器524.4.10AES3-AES3id/SPDIF两件组合法534.4.11AES3-AES3id/SPDIF一体组合件544.4.12AES3id/SPDIF-AES3反转电路554.4.13AES3id-SPDIF互转电路以上几页相关内容源自以下网址，可自行下载PDF文件/pdf/note149.pdf564.4.14数字音频嵌入视频传输标准GY/T161《数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范》规定了把数字音频嵌入到串行视频信号中传输的规范。该标准第4条规定：至少支持或默认支持20比特的音频数据，至少能传输2路，最多能传输16路数字音频。并通过4.3条来规范分级应用，满足不同的取样频率、量化精度和音频通道数量。574.4.15有关接口传输的建议演播室、制作室、EFP、转播车内部设备之间应选择该标准第6条规定的平衡式接口。电视台内部系统之间建议采用该标准第7条规定的非平衡式接口。标准发布前购进的其他接口设备可参考前面介绍的几种接口转换电路，但须认真测试保证接口信号指标符合行业标准规定的指标要求。有条件的电视台建议使用音频嵌入视频并采用光纤在系统间传输数字音频信号的方式。光纤传输由GY/T164《演播室串行数字光纤传输系统》标准规范。58５数字音频的同步问题音频工作者不熟悉数字音频的同步问题，而且不少设备销售商对此问题也不很清楚，在数字化过程的早期曾经出现过系统建成却无法启动工作的情况，事后双方才搞明白数字音频还必须要采用同步措施。在国际标准未发布之前，制造商提供了不同的同步方式，到1984年AES采取行动之后，才达成共识，要按AES3和AES5规定的数字信号格式来考虑同步问题。到1991年AES才正式发布了AES11关于数字音频同步运行的标准。1997年修订形成了AES11-1997标准，广电总局于2003年发布的GY/T193《数字音频系统同步》标准等同采用AES11-1997标准。595.1数字音频同步方式GY/T193第4条规定了数字音频设备内部的取样时钟发生器应锁定到同步信号的三种方式：

1、使用统一的同步参考信号

2、在输入信号中嵌入要编程的取样时钟（有误差）

3、使用从视频信号中提取同步参考信号。外部信号引入系统时，应视情况选以下一种方法

1、外部信号与系统取样频率相同，相位不同，应按