电视播出系统对声音的处理及探索

所属分类：文史论文阅读次时间：2022-05-09 10:52

本文摘要：摘要：电视播出环节除了响度控制器，还有很多设备跟声音处理相关。在播出系统中，我们常见的帧同步器也会有声音处理模块，但是又不仅仅局限于这些设备。本文根据实际探索了 HDK键控卡、响度控制器、HIX110 三选一自动倒换卡原理及在实际中对声音处理的配置应用。关键

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　　摘要：电视播出环节除了响度控制器，还有很多设备跟声音处理相关。在播出系统中，我们常见的帧同步器也会有声音处理模块，但是又不仅仅局限于这些设备。本文根据实际探索了 HDK键控卡、响度控制器、HIX110 三选一自动倒换卡原理及在实际中对声音处理的配置应用。

　　关键词：视频音频响度控制加嵌解嵌键控器

电视播出系统

　　1 引言

　　电视播出信号只有视频和音频信号有效结合，才能给受众提供一个完整的观看效果。如果观众在收看电视节目时，即使视频信号正常，但音频有这样或那样的问题，大家一定会认为这样的视频节目是很糟糕的。因此，我们必须给予音频信号足够的重视。数字电视信号(SDI)中，音频采用嵌入方式嵌入视频信号的附属数据空间内，电视信号通过一根同轴电缆可以同时传送视音频。这样既解决了视音频信号在传输中不同步的问题，又减少了开销，在系统运行和经济上都得到了好处。目前，高清数字电视节目的音频有双声道、立体声和环绕声等几种形式。

　　电视节目源除了台内制作的节目，还有不少台外异源节目和一些直播节目，技术指标会有差别。为了减少节目间音频电平的差异，避免出现声音时大时小的现象，提升受众的观看效果，在播出环节一般通过加响度控制器对声音的响度进行一定程度的处理，使节目的平均响度值接近 -24LKFS。电视系统中，除了专门处理声音的响度控制器，电视播出环节在处理过程中还有很多设备跟声音处理相关，甚至可以对立体声道外存在的杂音进行处理。我们以现用的河北广播电视台全高清播出系统的卫视频道为例，对信号处理流程中所用的设备逐一进行分析。

　　2 实际应用分析

　　卫视频道信号来源有播出服务器信号、卫星信号、网络信号、演播室信号几类。除了播出服务器信号，其他三种信号入切换矩阵前都要经过帧同步处理，但都是以HD-SDI 信号进入切换矩阵，之后各设备的信号接口都是 SDI 接口。下游不需要编码的直接输出 HD-SDI 信号，需要转换格式的送入编码器进行编码。

　　2.1 切换矩阵切换矩阵的功能是实现信号间的快速切换，将多路输入信号分配给一路或多路输出。我们选用的是UTAH-100/UDS 系列，输入信号格式为 SDI 信号。由于技术原因，我们采用了矩阵的正常输出口，信号未经过解嵌处理，因此也就没有独立的声音处理通道。

　　2.2 键控器键控器的作用就是把台标、时钟、字幕等键入画面中。键控的本质就是“抠”和“填”。在键控技术中，我们通常称被抠的图像信号为背景信号，填入的图像信号为前景信号，用来抠去图像的电信号称为键信号。

　　目前，我们用的数字键键信号是一个与前景信号和背景信号相同格式的视频信号。在视频信号的消隐期内包含时间码、数字声音、监测与诊断信息、图像显示信息等辅助数据。数字键在处理过程中，含有声音信息的辅助数据在操作过程中被完好地保留下来。其键控操作是在背景图像上叠加前景图形，需要注意的是，在叠加前需提取辅助数据，完成图像叠加后再把辅助数据嵌入进去，最后合成输出信号，但无论主输出为哪一路信号，都要保留背景信号的辅助数据。卫视频道用的键控卡是 AXON 的 HDK100，信号格式都是 1080i50 的 HD-SDI ;有两路输出，一路为预监信号 PST，一路为输出信号 PGM。HDK100 键控板卡 Options 项配置界面如图 2 所示。HDK100 键控卡提供了对音频组(每个音频组有 4 个声道)的简单处理。在 Audio Embedder Group 模块中，A-D 嵌入通道可以选择 Group1—Group4 或 OFF，都选择 OFF 就没有声音输出，正常情况下最少要保留Gruop1，也就是前 4 个声道。

　　立体声节目时关闭 Embedder B-D 通道，可以防止非法杂音的干扰。2.3 响度控制器音频响度控制器是专门处理声音的设备。它对数字高清信号中的音频按照预设响度值做自动响度运算处理，使声音在一定范围内变化，避免声音忽大忽小，保证电视节目的声音稳定性。HD-SDI 信号在响度控制器内必须经过解嵌和加嵌的过程。卫视频道采用的是 TC Electronic DB6 设备，它采用 Multi-band 的方式，把处理的音频按频段的不同分开进行频段的处理，然后再合成，其优点是一些音频细节能很好地被保留，不会被滤掉。TC Electronic DB6 设备有两个处理器(E1 和 E2)，可以独立运行 ALC2响度校正算法，DB6 可对每一路 SDI信号流提供两个可以处理 5.1 环绕声的运算引擎，底层采用切换矩阵的方式，可以对声道进行自由切换。其能够实现声音格式的上变化和下混合，也就是从立体声格式向上转换成环绕声或将环绕声向下转换成立体声。

　　按照规定，高清电视节目平均响度目标值为 -24LKFS，容差范围为 ±2LU，最大真峰值电平不超过 -2dBTP。对普通人来说，刚刚听出来的声音变化是 1LU，能清楚听出变化的量是 3LU，主观感知响度提高一倍的量是 10LU。实际情况下，考虑到制作因素，节目平均响度难以准确达到目标响度(特别是直播类节目)，平均响度只要不脱离一个偏离目标响度值在 +3LU 至 -5LU 的响度区间“舒适区”，听众完全可以容忍一些响度变化。我们把 TC 的 M1 设成对输入信号的检测，M2 设成经过响度处理后的检测，观察前后的变化并在调整后实际播出节目试听感受，对 TC 的配置数值进行了适度的调整。

　　2.4 自动倒换器河北卫视频道选用 AXON 的HIX110 三选一板卡实现信号的自动倒换。输入信号包含两路主用信号和一路第三备的信号，其中，系统的两路主用信号可以自动倒换，支持净切换 ;第三备信号需要手动倒换。对能够净切换的两路主输入信号，其声音通道有独立的处理模块。从SDI 信号中解嵌出 16 声道的声音信号，经过跟踪延时和声道之间的净切换后，重新嵌入经过处理的视频信号中，最后合成输出 SDI 信号。

　　HIX110 板卡对声音信号的处理包括以下三个层面。

　　(1)16 个声道可以独立设置打开或关闭。比如，如果只想保留立体声，Channel 选项可以只打开 A1 和A2，其他 OFF。对于声音制作不规范的节目，此项设置非常有用，通过选择 OFF 可以避免杂音的干扰。(2)16 个声道分成 4 个音频组，以组为单位，可以嵌入其他音频组的声音。比如，5~8 声道可以选择嵌入1~4 声道的声音。(3)对声音进行延时设置。此板卡默认设置为 0ms。通过输入适当的数值，此设置可以对整个播出通道出现的累积延时进行校正，HIX110 板卡的校正范围为 ±10s。在实际应用中，我们发现，两路主输入信号出现过一路有静音的现象，尤其是对于直播线路信号，主备路信号采用完全独立的设备并且用不同的路由作为 HIX110 板卡的两路主输入。

　　我们利用此卡的声音检测功能，成功解决了两路主输入信号在出现静音故障时能快速自动切换的问题。为实现静音自动切换，需对 AudioProbe 界面进行配置。其中，A 路输入声道 A1/A2 选择 Switch-PCM 模式 ;B 路输入声道 B1/B2 选择 Switch-PCM模式 ;通道检测 Silence Detection选择 A+B 模式 ;静音参数 SilenceTime 选择 3s(根据实际数值可变);Silence Level 选择 -50dBFS(根据实际数值可变)。

　　前面提到，系统中有外来信号源(通过卫星馈送的信号、网络中央信号)，这些信号在进入切换矩阵前都需要经过帧同步。帧同步器的原理是依据基准信号对外来信号进行定时调整，帧同步器的缓存功能实现同步校准输出信号，但在视频通道中会有处理时延。如果对 SDI 信号中与视频信号有关联的音频信号只作简单的处理，将会使音频信号明显地超前于视频，因此，需要使用附加音频延时以补偿视频处理时延，帧同步机内部的音频处理模块提供了对声音更强的操控能力。对于外来信号的同步，卫视频道使用了两种设备：一种是 AXON 的 HFS同步卡，另一种是 Selenio X100TM 同步机，做好这两种设备的设置能把好安全播出的第一道关。

　　3 结语

　　在数字设备中，当需要对视频信号进行单独处理，如同步校正或补偿，而出现较大时延，或者对音频信号进行修正处理时，为了避免声画不同步的问题，一般都要对 SDI 信号进行声音解嵌和再加嵌的处理。尽管设备对画面和声音进行不同的延时处理，但最后相对于外同步都是一致的。通过探索设备的性能，可以知道哪些设备通过调整音频延时参数补偿播出通道数字设备的视频累加时延，避免由视频时延而带来的唇音同步问题 ;哪些设备通过关闭不使用的声音通道而防止杂音的干扰。虽然播出系统可以对不规范声道的干扰音进行应急处理，但需要由技术人员通过修改底层配置软件操作，有一定的风险 ;响度控制器尽管提供了一种规范手段，把声音控制在一定的响度范围，但缺少方便的外设(能随时调整声音电平大小)。所以，声音的规范更多地还要依赖于前期的制作，在节目源端加以控制，在末端播出环节的处理只是应急弥补而非依赖。

　　参考文献：

　　[1] 李孟 , 李秋山 , 赵光显 . 基于 FPGA 的数字线性键控器设计与实现 [J]. 微处理机 ,2008,29(5):36-38.