【doc】HDTV中立体声转化为5．1声道环绕声的实现

【doc】HDTV中立体声转化为5．1声道环绕声的实现 HDTV中立体声转化为5(1声道环绕声的 实现 文章编号:1002—8684(2011)02-0049-05 $@?0??6@囿0囿响s6?0??6@囿0@??锄@ 心理与生理声学 HDTV中立体声转化为5.1声道环绕声的实现 王健.张莹 (辽宁师范大学计算机与信息技术学院,辽宁大连116081) ? 论文? 【摘要】介绍了高清电视制作的全过程都采用立体声录制和剪辑,在播出时采用环绕声场合成器或多用途视音 频处理器实现立体声向5.1声道环绕声的转换,指出高清电视前期拍摄立体声传声器的选择,立体声传声器的摆 放,现场的立体声监听,立体声录音电平的调节,立体声的剪辑和加37-是实现5.1声道环绕声转换的保证,使用环绕 声处理器是实现5.1声道环绕声的捷径. 【关键词】高清电视;5.1声道环绕声;合成 【中图分类号】TN912.27【文献标识码】A ConversionofStereoChannelto5.1SurroundSoundinHDTV WANGJian.ZHANGYing (ComputerandInformationTechnologyInstitute,LiaoningNormalUniversity,DalianLiao ning116081,China) 【Abstract】Stereorecordingandeditingprocessingofhigh—definitiontelevisionproductionareintroduced.The conversionofstereochannelto5.1surroundsoundbysurroundsoundfieldsynthesizerormul ti-purposeaudio processorisillustratedinbroadcastenvironment.ThechoiceofstereomicrophoneinHDTVs hootings,theon—the— flystereoaudiomonitoring,andthestereorecordinglevelareproposed.Theeditingandproce ssingOfstereoaudio leadtoasuccessfulconversionof5.1surroundsoundproduction.Furthermore,asu~oundsou ndprocessorisa shortcutto5.1surroundproduction. 【Keywords】highdefinitiontelevision;5.1surroundsound;synthesis 1引言 随着数字高清技术的飞速发展,高清电视节目在 国外已经成为电视节目制作的主流,国内各省级电视 台也逐渐开始推广高清电视l】1.在高清电视节目制作 中,5.1声道环绕声的制作占据着不可替代的地位[21.如 何以最低成本实现高清电视节目5.1声道环绕声的制 作受到很多电视台的高度关注. 25.1声道环绕声在高清电视节目制 作中存在的问题 从国内高清电视的应用情况看,真正的5.1声道 环绕声高清电视节目的制作,无论在哪个环节,制作的 时间和成本都要高于标清电视节目.如果从录音环节 开始计算,制作周期大约是非环绕声节目制作周期的 一 倍,成本增加近一倍. 在真正的5.1声道环绕声高清电视节目的制作过 程中,投入的人力和物力都比以前增加了许多,需要动 辄几十个传声器,数百米的光纤和音频线,还有各种普 通的,特殊的传声器和包括支持5.1声道的数字调音 台,能制作出5.1声道节目的效果器,满足5.1声道系 统重放效果的监听音箱等.5.1声道环绕声录制时,要 注意传声器的摆位,数字调音台应该有独立的环绕声 混合母线.5.1声道音频控制室在录音师听音位置各通 道的传输特性要一致,要求频响,相位等特性具有良好 的指标.监听环境的每个方向都应受到同等的重视,声 学特性应一致. 5.1声道环绕声制作设备的使用连接,对于制作人 员技术能力和专业化水平都提出了更高的要求. 3高清电视中5.1声道环绕声的实现 涂径 在高清电视节目制作中,5.1声道环绕声节目制作 一 直是广播电视领域中讨论的热点. !!!妻鲢生蔓堑堂蔓塑囫 心理与生理声学 岛@响?0?6@囿0囿响响S6?0??6@囿0@?s锄@ 3.1真正的5.1声道环绕声的实现途径 (1)5.1声道环绕声录制 5.1声道环绕声节目的录制通常采用单点分时录 音或多声道整体录音.单点分时录音是指每个对象分 开不同的时问录制,而多声道整体录音是指让所有的 录音对象在一起进行表演,并在他们旁边摆放5只传 声器,一起同时录音. 在使用多只传声器录音时,要尽可能地使用频响 性能一致的传声器,使一个场景中的音色保持统一. 录音前,必须先进行演练,以便找到合适的混合比例. 尽量避免由于传声器的相位不一致而产生频率抵消 现象,以及由于传声器的距离过远,而产生峰,谷交替 的现象. (2)5.1声道环绕声编辑 音频编辑的主要工作是修剪对白,套环境声,贴 效果声,制作特殊效果和音乐编辑,并把它们按画面 要求,录制到音频工作站的不同音轨上.声音素材的 编辑直接关系到5.1声道环绕声节目的质量,它要求 技术与艺术相结合.录音师必须根据节目制作的要求 和自己的录音艺术经验展开创作,利用现场同期声素 材和可能找到的素材进行剪辑. (3)5.1声道环绕声监听 环绕声监听环境的好坏决定了环绕声节目混音 质量和效果.由于环绕声的关键技术参数都是由录音 师在控制室内根据所听到的声音而做出调整的,所以 一 个可控的声学环境对传送质量和连贯性至关重要. 录音控制室主要控制预录或直播声学活动的电平,均 衡,人工混响,噪声和失真电平,时间对准,动态处理 以及其他技术问题.录音控制室在录音师听音位置各 通道的传输特性要一致,要求频响,相位等特性具 有良好的指标,可供多人监听.而营造理想的环绕声 监听环境除了具备良好的监听环境和选择专业的 监听音箱外,还需参照国际环绕声监听标准摆放监听 音箱. (4)5.1声道环绕声编码 5.1声道环绕声编码用DolbyE编辑输出AC-3 格式,或者采用专业音频编辑软件编辑输出AC-3格 式或者DTS格式.DolbyE是杜比公司为广播传送系 统而专门的高品质8声道音频编解码技术.在节 目制作和交换环节使用DolbyE格式,以保证节目制 作时反复编码,解码后声音的质量不会下降.DolbyE 由两路数据流组成,其内容包含了8声道数字音频信 巨!!!妻蕉堂型生蔓笾鲞差塑 息和元数据信息.播出时由DolbyE变换为AC一3格 式.DolbyE比特流看上去就像AES/EBU数字音频数 据流,可以很容易地融人现有的以两声道音频为基础 的系统中.DolbyE可以通过一个AES数据对进行传 送,或者被录制在数字视频磁带的2个音频轨道上,这 样可以方便地用于标准的声音与画面同步切换和编辑 模式.由于DolbyE的帧数与其相伴的视频帧数相匹 配,可以对磁带上节目进行无噪声地插入或组合编辑, 并对节目进行音频随视频的剪辑制作.在DolbyE比 特流内,元数据也可被方便地进行传输.DolbyE编码 的声音可以承受数字电视节目传输阶段所要求的10 次以及10次以上的编解码循环处理[31. 3.2模拟5.1声道环绕声的实现途径 模拟5.1声道环绕声的实现途径有两种:一种是 通过视频编辑软件实现高清节目立体声转化为5.1声 道环绕声;另一种是通过在立体声高清节目的播出端 增加一个硬件设备来实现高清节目立体声转化为5.1 声道环绕声.不论是软件还是硬件实现,在高清电视 节目制作的全过程必须保证双声道立体声的录制,编 辑和输出. (1)立体声录制 在立体声录制过程中,首先要考虑立体声的声像 定位,采用立体声拾音,以便达到很好的拾音效果.在 拾音过程中,要考虑传声器的选择,摆放,距离等多方 面问题.在录制过程中,要使摄像机记录双声道立体 考虑电平的平衡.如果采用2只普通传声器录制 声,要 立体声的话,可以有3种立体声传声器的组合方式: AB制,XY制,MS制.如果采用专为高品质立体声信号 而设计的单只立体声传声器就方便多了,只需要调整 传声器的拾音距离及方向,就能很好地记录立体声. (2)立体声编辑 编辑立体声时,可以采用Edius,AvidXpressPro, FinalCutPro等专业视频编辑软件.在素材剪辑中,应 编排得当,确保声画同步,立体声输出,按一定规律排 列声轨将有利于最终节目的混合录音.效果声是电视 综艺节目中最能体现现场感的声音,也是最能体现立 体感的声音元素.效果声在节目中合适的位置出现越 频繁,节目的立体声效果也越突出. (3)立体声监听 在现场录制立体声时,摄像机可采用专业立体声 耳机做监听,其优点是方便携带,无需供电连接和对现 场无影响.耳机价格相对扬声器便宜很多,用很小的开 s@响?0??6@囿0囿闶固响6?0??6@圈0@?锄@ 心理与生理声学 支,就可得到同扬声器相同甚至更好的带宽和更高的 声压.耳机具有对噪声和杂音比扬声器更高的分辨率, 在同样的电平情况下,耳机可比扬声器提高10dB的 杂音电平;使用耳机重放不受听音人位置的限制,无论 有多少人需要同时使用耳机听音,所有听音人都可听 到完全相同的音响. (4)立体声输出 视频节目输出时,在保证声画同步的前提下,应该 设置为双声道立体声输出.使用编辑软件输出时,输出 格式可以为多种视频格式,但是一定要选择高清视频 标准,HDTV有3种显示格式,分别是720p,1080i和 1080p. 4高清电视中立体声的录制 高清电视中,立体声的录制主要涉及以下3个方面: (1)传声器的选择 在拍摄高清视频时,要使用专为高品质立体声信 号而设计的单只立体声强指向性传声器,如以下2款: BP4027小型立体声超指向性传声器,内置独立的 超指向性和8字形指向性收音头,幻象供电,双接头连 接线.设有高通滤波开关,可选择3种立体声模式:在 S模式中,提供独立的中声道和边声道信号,可在现 M— 场矩阵调音或在后期制作时作灵活广阔的立体声音像 调制;两种立体声矩阵设定,提供传统的左右声道立体 声信号输出,不需特别配置矩阵调音器.为配合不同的 音像环境,传声器设有宽指向的立体声矩阵和窄指向 的立体声矩阵选择,提供广阔或细小音像环境.为取得 正确的左右立体声定位,需把传声器上的"UP"文字向 上,而开关向下. SANKENCSS一5立体声强指向性传声器使用2个 心型振膜,可以满足立体声电视广播和立体声/环绕声 电影制作.具有3种操作模式:单声道模式——方向性 非常尖锐的强指向性传声器,从高频到低频连续维持 这一尖锐的角度;普通模式——准确清晰地拾取目标 正面的声音,同时能作到极为精确的立体声声源定位; 广角模式——是为录制立体声音效以及后期配音时需 要加入的环境声而设计的,允许140.立体声范围.可 实现超级单声道和立体声兼容,当工作模式从单声道 模式切换到立体声模式时,中间的声音特性不会改变, 而极低的近讲效应能够让它在远距离和近距离时都可 以工作并且音频特性的差别极其微小. (2)传声器的摆放 在立体声录音过程中,主要采用吊杆式录音.分析 声音辐射的规律,找出其音质,音量平衡点的位置作为 传声器的设置点.可以根据拍摄时景别的大小适当调 整拾音距离,拾取远景的声音时,保持远一些的传声器 拾音距离;拾取近景的声音时,保持近一些的拾音距 离,使声音与画面的空间感得到统一.对于一只拾音角 度不可变的传声器来说,要想拾到不同范围的声源,必 须调节传声器拾音距离,使所要拾取的声音被"包"在 传声器的拾音范围之内;当声源的范围大时,传声器 的拾音距离应该远一些,反之就近一些I5I.传声器与声 源的距离不得超过17m.一旦超过,则会产生50ms的 延时. 根据声源位置变化调整拾音角度,由于每种拾音 技术中传声器之间的轴向夹角和距离等设置的不同, 它们的有效拾音角也各不相同.如果想要在拾音时既 保证声源的频响又排除声源以外的声音干扰,就必须 保证声源的范围刚好在传声器的拾音角度之内. (3)电平标准的确定 录音电平不要设置为AUTO(自动)状态,MAN(手 动)可保证音质清晰,动态范围大,本底噪声小.录音时 必须保持调节左,右平衡.录音电平过低会导致音频信 号信噪比太小,噪声很高,录音电平过大会导致音频信 号混浊阻塞,录音电平过载会导致数字噪声.只有在保 障不过载而又能得到更大,更合适的音频信号电平 时,才能在后期缩混中避免不需要的噪声.在数字声 音中,声音信号电平越大,声音的细节部分损失也就越 小,得到的真实,丰满的声音就越多.正常录音电平范 ,0dB或60%,100%;PPM表 围为:VU表电平范围一7 指针不到红区.保证数字音频电平峰值在一20,7dBFS 范围内. 数字录音中的过载情况往往令人难以接受,采用 数字压缩器可有效防止过载.虽然数字录音极大地扩 展了动态范围,但是其不足之处是录音参考电平被提 升到最大值附近后,持续不断的脉冲由于过载成为方 波,导致音质严重劣化.此时,数字压缩器并不能给予 任何帮助,最显着,有效的方法就是降低录音电平[61. 5立体声转化为5.1声道环绕声的实 现方法 下面介绍一种通过软件实现立体声编辑出5.1声 道环绕声以及2种通过硬件设备实现立体声转化为 5.1声道环绕声的方法. 堕查熊型生蔓箜鲞蔓塑园 心理与生理声学 @盼?0??6@圃0囿响圈晌s6?0??6@囿0@?凹s锄@? 5.1通过AvidLiquidPro软件实现5.1声道环绕声 AvidLiquidPro软件是一款供PC使用的SD和 HD视频编辑器,提供了整合式DVD创作,环绕声音 频处理和数千种实时特效,能够对720p和1080i内容 进行原始传输和准确帧编辑,包括MPEGIBP渲染编 解码器,提供实时特效引擎,支持Avid开放式时间线, 混合来自多种来源的内容,不需要进行格式间转码,可 以在同一条时间线上编辑DV,MPEGI-frame,MPEG IBP,未压缩的SD,WindowsMedia,DIVX和MPEG一4 以及HDV. (1)使用AvidLiquidPro编辑制作 使用AvidLiquidPro编辑制作出的5.1声道环绕声实质就是人为地编辑双声道立体声,使其输出的声 音为6声道的模拟5.1声道环绕声. 将视音频素材导入,注意保持声画同步.创建6条 音轨,按音响的位置命名,命名方式如下:1轨一L,2 轨一R,3轨一C,4轨一LEF,5轨一LS,6轨一RS.把原来的 双声道音频文件导入1,2轨,将各种音源效果映射到 3,6轨道上,保持在各个轨道放入相应的音频文件. 进入音频编辑工具,在调音台上可以看到各个轨 道的音频属性.将这6个轨道的音频输出类型都设置 为5.1环绕立体声,界面就会出现一个模拟环绕立体 声设置窗口,中问的"+"号表示听众所在的位置,而圆 点则表示音源位置. 将各音源位置设在各自的位置,比如左前轨道上 的音源,将其拖到听众的左前方,右前的调到右前方, 其他同样设置.如果有5.1声道的声卡以及5.1音箱, 那么现在播放时间线,就可以监听到5.1声道的声音. 5.1声道的电平调节是6条,这个时候没有立体声电平 调节.每个声道中都有一个音频的分布栏,这个分布栏 直观地显示了音响的分布状态.选择中间的小点,按住 鼠标左键将其拖动,也就是对声音的位置进行调整.分 别调节轨道上的音频,即可调节各个音箱的强弱以及 施加特效. 做环绕声效果.一般人声设置在中置音箱的音轨 上,环境声和效果声在其余4个环绕音箱上.如果要让 左前轨道上的声音,沿顺时针绕一圈,即左前一右前一 右后一左后一左前.为了更清楚地听到环绕效果,可以 将左前轨道设为独奏,这样其他轨道就暂时静音了.在 5秒钟处,将左前轨道的音源设为右前.方法是将时间 线拖到5秒处,然后在调音台上把音源点拖到右前即 可.用同样的方法,在10秒钟处,音源设为右后,15秒 国堕查鲢鲎型生蔓堑鲞蔓丝塑 钟处,音源设为左后,在20秒处,音源回到左前.设置 完成以后,音频轨道上就会出现声道示意线. 在播放时间线时,就可以听到声音环绕的效果,即 使不是5.1声道环绕声音响,也能明显感觉到音源的 移动和变化.另外,调音界面上的模拟音源点,也会在 播放的时候自动围绕中心移动,可以在这里直观地看 到音源的轨迹. (2)输出5.1声道环绕声到文件 选择文件选单一输出至文件一MPEG一2,进入 MPEG一2输出设置界面.要输出HD文件,可以选择 HD1080i或HDV21080i,HD的像素是1920x1080, 而HDV2的像素是1440xl080.预置的选项中都是按 标准设置的,如果自定义设置这些参数,可以选择自 定义,然后点击下方的修改预设值,进入预设参数修改 界面. (3)输出5.1声道环绕声到磁带 打开AvidLiquidPro编辑选单一控制面板一场所 一系统设定一输入/输出一IEEE1394一MPEG输出格 式,在这里选择磁带的记录格式.注意输出选择的磁带 是像HDCAMSR,DVCPROHD有6,8声道记录功能 的高清格式. 5.2通过硬件实现立体声转化为模拟5.1声道环绕声 硬件可以更快捷方便地实现立体声转换为5.1声 道环绕声,所得到的是模拟5.1环绕声效果. (1)使用upMAX2251环绕声场合成器实现立体 声转换为模拟5.1声道环绕声. LinearAcoustic公司的upMAX2251是专为简化 5.1声道的音频节目制作而设计的,使用upMAX5.1 声道环绕声上混技术,采用全新的上变换技术来产生 左,右宽度及前,后深度完全可调的多通道信号,完全 与市场上各种环绕声解码技术相兼容,转换立体声音 频为5.1声道杜比数字声音.环绕声场应用专利处理 技术从两声道主输入信号那里可变换出与最终缩混 相兼容的左,右,中置,环绕和LFE(低频效果)等声 道,通过中心声道的宽度控制和环绕声道的深度控制 作调整. 从单一立体声至环绕声Lt,Rt之间的编程范围来 适应于在5.1声道放音系统上的重放,两通路的单声 道信号也能自动地分配到前置的声道上.LFE声道的 低音增强信号来自于左,中和右声道,可以很快产生一 条超低音声道,而不会在主声道那里消除任何会对节 目的缩混质量产生折衷.上混信号完全具备缩混兼容 s@晌?0?6@囿0囿响嗡s6?0??6@囿0@?g6@ 心理与生理声学 性,在保持单声道,立体声和5.1声道兼容性的同时, 能够轻松协助地方电视台实现对高品质音频的追求, 为消费者提供高质量的动态声音. 该设备可以接受外部的中心/低音效果,左/右环 绕声以及前左/前右信号,在前面板上的调节选单上进 行简单的设置,就可以将这些未经处理的外部信号与 设备内部产生的左,右,中心,低音效果和环绕声信号 相混合,使立体声中的效果环境音,立体声音乐以及 人声加入到节目中去,实现从标准的两声道节目或由 一 些立体声传声器快速而容易地产生一种5.1声道的 节目. 彩色的液晶显示,大型的旋钮式编码器以及4个 控制键提供了人性化向导和简易的选单.并联的1TrL 输入和状态输出遥控功能以及10/100M的以太网端 口方便控制,旁通数字音频信号和元数据信号的继电 器为安全直播提供了进一步的保障.该处理器可以完 全替代音频编码器通常所在的位置,节省外部混合设 备的开支和复杂度. (2)使用X85多用途视音频处理器实现立体声转 . 换为模拟5.1声道环绕声 哈里斯公司X85多功能视音频处理器能同时处 理高,标清的信号格式,并能相互转换格式.在一个 1RU的小机箱内集成了SD/}ID可升级特性,上/下/交 叉变换功能,SD/HD帧同步处理以及更多视音频处理 功能.具备可选的程序延迟,Neural—THX?Surround 向上/向下混合和神经响度控制.声画同步校正,并具 有8路AES音频输入/输出,并可进行32路内部音频 处理.音频处理主要功能有音频电平幅度调整,音频采 样率转换,音频同步处理,音频相对于视频信号的延时 处理,SDI信号辅助数据区的音频加嵌/解嵌处理,杜比 E和AC一3编码解码功能,环绕立体声音频处理和音 频跟随视频功能等. 立体声转换为5.1声道环绕声使用正在申请专利 的DTSNeuralSurround环绕声技术,真实的立体声信 号被处理并给出一个令人满意5.1声道环绕立体声影 像.NeuralSurroundUpMix上混合能在环绕声场内准 确定位各独立要素,最小化杂音,使原始立体声信号中 的独立元素准确自然地环绕在听者周围,听上去与原 始环绕声素材并无二致.各种音频信号都可以在压缩 前被处理成美妙的5.1声道环绕声,响度控制的运用 能有效地避免不同节目与广告片插播时易于出现的音 量忽高忽低的烦忧.向上混合提供一个能处理任何立 体声信号的程序,并提供一个5.1混合.不管输入的是 什么音频信号,输出可以在立体声,立体声矩阵,水印 图像和真实5.1混合声之间提供无缝输出.内置双网 口,一个用于控制和监视,一个用于MPEG一4视音频 流的传输监视.内置Web服务器,可以通过任意一台 与之联网的PC机进行管理,也可以通过Harris的网 络控制面板NUCIEUS进行控制定制,更可以通过 Harris的CCSNavigator监控软件进行控制和管理.双 电源供电,前后强制通风,有自动识别的功能. 6结语 在标清向高清过渡时期,为了以最少的成本实现 高清电视中5.1声道环绕声节目的制作,笔者提出了 两种可行的实现方法,解决了5.1环绕声节目制作成 本高,制作过程复杂,专业人员缺乏的难题,为实现高 清电视5.1声道环绕声的普及做出了有益的探索. 参考文献 【1】徐鹤然.高清电视广播的音频技术发展[J].现代电视技 术,2009(10):50—53. 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