電視播出系統(tǒng)對聲音的處理及探索

所屬分類：文史論文閱讀次時間：2022-05-09 10:52

本文摘要：摘要：電視播出環(huán)節(jié)除了響度控制器，還有很多設(shè)備跟聲音處理相關(guān)。在播出系統(tǒng)中，我們常見的幀同步器也會有聲音處理模塊，但是又不僅僅局限于這些設(shè)備。本文根據(jù)實際探索了 HDK鍵控卡、響度控制器、HIX110 三選一自動倒換卡原理及在實際中對聲音處理的配置應(yīng)用。關(guān)鍵

　　摘要：電視播出環(huán)節(jié)除了響度控制器，還有很多設(shè)備跟聲音處理相關(guān)。在播出系統(tǒng)中，我們常見的幀同步器也會有聲音處理模塊，但是又不僅僅局限于這些設(shè)備。本文根據(jù)實際探索了 HDK鍵控卡、響度控制器、HIX110 三選一自動倒換卡原理及在實際中對聲音處理的配置應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：視頻音頻響度控制加嵌解嵌鍵控器

電視播出系統(tǒng)

　　1 引言

　　電視播出信號只有視頻和音頻信號有效結(jié)合，才能給受眾提供一個完整的觀看效果。如果觀眾在收看電視節(jié)目時，即使視頻信號正常，但音頻有這樣或那樣的問題，大家一定會認(rèn)為這樣的視頻節(jié)目是很糟糕的。因此，我們必須給予音頻信號足夠的重視。數(shù)字電視信號(SDI)中，音頻采用嵌入方式嵌入視頻信號的附屬數(shù)據(jù)空間內(nèi)，電視信號通過一根同軸電纜可以同時傳送視音頻。這樣既解決了視音頻信號在傳輸中不同步的問題，又減少了開銷，在系統(tǒng)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上都得到了好處。目前，高清數(shù)字電視節(jié)目的音頻有雙聲道、立體聲和環(huán)繞聲等幾種形式。

　　電視節(jié)目源除了臺內(nèi)制作的節(jié)目，還有不少臺外異源節(jié)目和一些直播節(jié)目，技術(shù)指標(biāo)會有差別。為了減少節(jié)目間音頻電平的差異，避免出現(xiàn)聲音時大時小的現(xiàn)象，提升受眾的觀看效果，在播出環(huán)節(jié)一般通過加響度控制器對聲音的響度進(jìn)行一定程度的處理，使節(jié)目的平均響度值接近 -24LKFS。電視系統(tǒng)中，除了專門處理聲音的響度控制器，電視播出環(huán)節(jié)在處理過程中還有很多設(shè)備跟聲音處理相關(guān)，甚至可以對立體聲道外存在的雜音進(jìn)行處理。我們以現(xiàn)用的河北廣播電視臺全高清播出系統(tǒng)的衛(wèi)視頻道為例，對信號處理流程中所用的設(shè)備逐一進(jìn)行分析。

　　2 實際應(yīng)用分析

　　衛(wèi) 視頻道信號來源有播出服務(wù)器信號、衛(wèi)星信號、網(wǎng)絡(luò)信號、演播室信號幾類。除了播出服務(wù)器信號，其他三種信號入切換矩陣前都要經(jīng)過幀同步處理，但都是以HD-SDI 信號進(jìn)入切換矩陣，之后各設(shè)備的信號接口都是 SDI 接口。下游不需要編碼的直接輸出 HD-SDI 信號，需要轉(zhuǎn)換格式的送入編碼器進(jìn)行編碼。

　　2.1 切換矩陣切換矩陣的功能是實現(xiàn)信號間的快速切換，將多路輸入信號分配給一路或多路輸出。我們選用的是UTAH-100/UDS 系列，輸入信號格式為 SDI 信號。由于技術(shù)原因，我們采用了矩陣的正常輸出口，信號未經(jīng)過解嵌處理，因此也就沒有獨(dú)立的聲音處理通道。

　　2.2 鍵控器鍵控器的作用就是把臺標(biāo)、時鐘、字幕等鍵入畫面中。鍵控的本質(zhì)就是“摳”和“填”。在鍵控技術(shù)中，我們通常稱被摳的圖像信號為背景信號，填入的圖像信號為前景信號，用來摳去圖像的電信號稱為鍵信號。

　　目前，我們用的數(shù)字鍵鍵信號是一個與前景信號和背景信號相同格式的視頻信號。在視頻信號的消隱期內(nèi)包含時間碼、數(shù) 字聲音、監(jiān) 測與診斷信息、圖像顯示信息等輔助數(shù)據(jù)。數(shù)字鍵在處理過程中，含有聲音信息的輔助數(shù)據(jù)在操作過程中被完好地保留下來。其鍵控操作是在背景圖像上疊加前景圖形，需要注意的是，在疊加前需提取輔助數(shù)據(jù)，完成圖像疊加后再把輔助數(shù)據(jù)嵌入進(jìn)去，最后合成輸出信號，但無論主輸出為哪一路信號，都要保留背景信號的輔助數(shù)據(jù)。衛(wèi)視頻道用的鍵控卡是 AXON 的 HDK100，信號格式都是 1080i50 的 HD-SDI ;有兩路輸出，一路為預(yù)監(jiān)信號 PST，一路為輸出信號 PGM。HDK100 鍵控板卡 Options 項配置界面如圖 2 所示。HDK100 鍵控卡提供了對音頻組(每個音頻組有 4 個聲道)的簡單處理。在 Audio Embedder Group 模塊中，A-D 嵌入通道可以選擇 Group1—Group4 或 OFF，都選擇 OFF 就沒有聲音輸出，正常情況下最少要保留Gruop1，也就是前 4 個聲道。

　　立體聲節(jié)目時關(guān)閉 Embedder B-D 通道，可以防止非法雜音的干擾。2.3 響度控制器音頻響度控制器是專門處理聲音的設(shè)備。它對數(shù)字高清信號中的音頻按照預(yù)設(shè)響度值做自動響度運(yùn)算處理，使聲音在一定范圍內(nèi)變化，避免聲音忽大忽小，保證電視節(jié)目的聲音穩(wěn)定性。HD-SDI 信號在響度控制器內(nèi)必須經(jīng)過解嵌和加嵌的過程。衛(wèi)視頻道采用的是 TC Electronic DB6 設(shè) 備，它采用 Multi-band 的方式，把處理的音頻按頻段的不同分開進(jìn)行頻段的處理，然后再合成，其優(yōu)點是一些音頻細(xì)節(jié)能很好地被保留，不會被濾掉。TC Electronic DB6 設(shè)備有兩個處理器(E1 和 E2)，可以獨(dú)立運(yùn)行 ALC2響度校正算法，DB6 可對每一路 SDI信號流提供兩個可以處理 5.1 環(huán)繞聲的運(yùn)算引擎，底層采用切換矩陣的方式，可以對聲道進(jìn)行自由切換。其能夠?qū)崿F(xiàn)聲音格式的上變化和下混合，也就是從立體聲格式向上轉(zhuǎn)換成環(huán)繞聲或?qū)h(huán)繞聲向下轉(zhuǎn)換成立體聲。

　　按照規(guī) 定，高清電視節(jié) 目平均響度目標(biāo) 值為 -24LKFS，容差范圍為 ±2LU，最大真峰值電平不超過 -2dBTP。對普通人來說，剛剛聽出來的聲音變化是 1LU，能清楚聽出變化的量是 3LU，主觀感知響度提高一倍的量是 10LU。實際情況下，考慮到制作因素，節(jié)目平均響度難以準(zhǔn)確達(dá)到目標(biāo)響度(特別是直播類節(jié)目)，平均響度只要不脫離一個偏離目標(biāo)響度值在 +3LU 至 -5LU 的響度區(qū)間“舒適區(qū)”，聽眾完全可以容忍一些響度變化。我們把 TC 的 M1 設(shè)成對輸入信號的檢測，M2 設(shè)成經(jīng)過響度處理后的檢測，觀察前后的變化并在調(diào)整后實際播出節(jié)目試聽感受，對 TC 的配置數(shù)值進(jìn)行了適度的調(diào)整。

　　2.4 自動倒換器河北衛(wèi) 視頻道選用 AXON 的HIX110 三選一板卡實現(xiàn)信號的自動倒換。輸入信號包含兩路主用信號和一路第三備的信號，其中，系統(tǒng)的兩路主用信號可以自動倒換，支持凈切換 ;第三備信號需要手動倒換。對能夠凈切換的兩路主輸入信號，其聲音通道有獨(dú)立的處理模塊。從SDI 信號中解嵌出 16 聲道的聲音信號，經(jīng)過跟蹤延時和聲道之間的凈切換后，重新嵌入經(jīng)過處理的視頻信號中，最后合成輸出 SDI 信號。

　　HIX110 板卡對聲音信號的處理包括以下三個層面。

　　(1)16 個聲道可以獨(dú) 立設(shè) 置打開或關(guān)閉。比如，如果只想保留立體聲，Channel 選項可以只打開 A1 和A2，其他 OFF。對于聲音制作不規(guī)范的節(jié)目，此項設(shè)置非常有用，通過選擇 OFF 可以避免雜音的干擾。(2)16 個聲道分成 4 個音頻組，以組為單位，可以嵌入其他音頻組的聲音。比如，5~8 聲道可以選擇嵌入1~4 聲道的聲音。(3)對聲音進(jìn)行延時設(shè)置。此板卡默認(rèn)設(shè)置為 0ms。通過輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)值，此設(shè)置可以對整個播出通道出現(xiàn)的累積延時進(jìn)行校正，HIX110 板卡的校正范圍為 ±10s。在實際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)，兩路主輸入信號出現(xiàn)過一路有靜音的現(xiàn)象，尤其是對于直播線路信號，主備路信號采用完全獨(dú)立的設(shè)備并且用不同的路由作為 HIX110 板卡的兩路主輸入。

　　我們利用此卡的聲音檢測功能，成功解決了兩路主輸入信號在出現(xiàn)靜音故障時能快速自動切換的問題。為實現(xiàn)靜音自動切換，需對 AudioProbe 界面進(jìn)行配置。其中，A 路輸入聲道 A1/A2 選擇 Switch-PCM 模式 ;B 路輸入聲道 B1/B2 選擇 Switch-PCM模式 ;通道檢測 Silence Detection選擇 A+B 模式 ;靜音參數(shù) SilenceTime 選擇 3s(根據(jù)實際數(shù)值可變);Silence Level 選擇 -50dBFS(根據(jù)實際數(shù)值可變)。

　　前面提到，系統(tǒng)中有外來信號源(通過衛(wèi)星饋送的信號、網(wǎng)絡(luò)中央信號)，這些信號在進(jìn)入切換矩陣前都需要經(jīng)過幀同步。幀同步器的原理是依據(jù)基準(zhǔn)信號對外來信號進(jìn)行定時調(diào)整，幀同步器的緩存功能實現(xiàn)同步校準(zhǔn)輸出信號，但在視頻通道中會有處理時延。如果對 SDI 信號中與視頻信號有關(guān)聯(lián)的音頻信號只作簡單的處理，將會使音頻信號明顯地超前于視頻，因此，需要使用附加音頻延時以補(bǔ)償視頻處理時延，幀同步機(jī)內(nèi)部的音頻處理模塊提供了對聲音更強(qiáng)的操控能力。對于外來信號的同步，衛(wèi)視頻道使用了兩種設(shè)備：一種是 AXON 的 HFS同步卡，另一種是 Selenio X100TM 同步機(jī)，做好這兩種設(shè)備的設(shè)置能把好安全播出的第一道關(guān)。

　　3 結(jié)語

　　在數(shù)字設(shè)備中，當(dāng)需要對視頻信號進(jìn)行單獨(dú)處理，如同步校正或補(bǔ)償，而出現(xiàn)較大時延，或者對音頻信號進(jìn)行修正處理時，為了避免聲畫不同步的問題，一般都要對 SDI 信號進(jìn)行聲音解嵌和再加嵌的處理。盡管設(shè)備對畫面和聲音進(jìn)行不同的延時處理，但最后相對于外同步都是一致的。通過探索設(shè) 備的性能，可以知道哪些設(shè)備通過調(diào)整音頻延時參數(shù)補(bǔ)償播出通道數(shù)字設(shè)備的視頻累加時延，避免由視頻時延而帶來的唇音同步問題 ;哪些設(shè)備通過關(guān)閉不使用的聲音通道而防止雜音的干擾。雖然播出系統(tǒng)可以對不規(guī)范聲道的干擾音進(jìn)行應(yīng)急處理，但需要由技術(shù)人員通過修改底層配置軟件操作，有一定的風(fēng)險 ;響度控制器盡管提供了一種規(guī)范手段，把聲音控制在一定的響度范圍，但缺少方便的外設(shè)(能隨時調(diào)整聲音電平大小)。所以，聲音的規(guī)范更多地還要依賴于前期的制作，在節(jié)目源端加以控制，在末端播出環(huán)節(jié)的處理只是應(yīng)急彌補(bǔ)而非依賴。

　　參考文獻(xiàn) ：

　　[1] 李孟 , 李秋山 , 趙光顯 . 基于 FPGA 的數(shù)字線性鍵控器設(shè)計與實現(xiàn) [J]. 微處理機(jī) ,2008,29(5):36-38.