Этап цифрового распространения эфирного сигнала
Нормализация громкости на этапе распространения устраняет долговременные отличия между уровнем громкости, установленным на различных теле- и радиоканалах. В этом случае все теле- и радиоканалы имеют постоянную громкость, что исключает необходимость регулировки громкости зрителем/слушателем при переключении с канала на канал. На рисунке ниже изображена блок-схема цифрового головного узла с интегрированной нормализацией громкости. Из этой схемы можно вывести ее применение в определенных платформах – например, IPTV или спутниковом распространении.
Метод применения нормализации громкости в радио- и телевизионных системах распространения требует три компонента:
1. Блок измерения.
2. Блок управления.
3. Блок адаптации.
Блок адаптации может быть интегрирован в мультиплексор DVB или аналогичное устройство обработки цифровых сигналов. Блоки измерения и управления также могут быть интегрированы в один аппарат. Адаптация уровней громкости также может при необходимости производиться путем контроля входного усиления кодеров. Перекодирование в один формат компрессии, однако не считается предпочтительным решением из-за потери качества и нерентабельности.
Система нормализации громкости может поддерживать один или более кодеков. Процесс адаптации уровня громкости зависит от типа кодека:
• Непосредственно цифровых данных в аудио потоке MPEG-1 Layer II.
• Непосредственно в сопроводительных метаданных для AC3/E-AC3 и HE-AAC.
Ниже приведен метод оценки необходимости адаптации.
Громкость декодированных сигналов непрерывно измеряется в течение суток с разбивкой на 24 блока по 1 часу. Время начала блока 1 - 03:00, блока 24 - 02:00 следующего дня. Причина использования ночного времени – минимальное влияние на ежедневные программы. В отдельных блоках применяется интегральное («I») измерение согласно EBU Tech 3341. Это значит, что для измерения должны использоваться параметры, описанные в Рекомендации EBU R 128, включая гейтирование ниже полученного долговременного уровня громкости, без гейтирования и дополнительное гейтирование с использованием абсолютного порога на уровне -70 LUFS. Последнее гарантирует корректную работу функции гейтирования, когда до или после коротких фрагментов следуют длинные периоды без модуляции. Для оптимальной стабильности измеряются только входящие сигналы (принцип упреждения).
При использовании AC3/E-AC3 и/или HE-AAC метаданные, показывающие уровень громкости, постоянно включены в измерение для восстановления уровня громкости воспроизведения. Измерительная система должна применять опорный уровень громкости минус 31 LUFS для кодеков AC3/E-AC3 и минус 23 LUFS для кодеков MPEG-1 Layer II и HE-AAC. Для систем AC3/E-AC3 (это должно достигаться с помощью параметра «Dialnorm». Для HE-AAC это должно достигаться с помощью параметра Programme Reference Level (prog_ref_level, согласно ISO/IEC 14496-3) и параметра Decoder Target Level (target_level, согласно ISO/IEC 14496-3) на уровне минус 23 LUFS. Если поток HE-AAC не содержит метаданных громкости, необходима вставка новых данных или перекодирование (если громкость не соответствует минус 23 LUFS ±1 LU).
Проверяются 24 блока в сутках и значения блоков в пределах 2 LU от максимального значения интегрируются в полномочную зону (power domain). Её диапазон ±1 LU, что соответствует Рекомендации EBU R 128. Результат представляет усредненную максимальную громкость сигнала теле-, радиоканала в период времени, на который приходится наибольшая аудитория теле- и радиослушателей, и обозначается далее как громкость сервиса. Это значение может незначительно отклоняться от отдельных программ, имеющих точный целевой уровень. Поэтому уровень громкости и допустимое отклонение для программ согласно Рекомендации EBU R 128 должны измеряться в точке до системы нормализации. Блок измерения может опционально выполнять эту задачу. Нормализация, описанная в этом документе, не влияет на принцип выравнивания громкости между программами одного сервиса, так как коррекция применяется ко всем программам на основе общего результата измерений за несколько суток.
Список сервисов хранится в базе данных, которая отражает все измеряемые и нормализуемые радио- и телевизионные компании, в т. ч. представляющие аудиосервисы для разных языков и звуковых описаний. База данных также содержит результаты измерения громкости. Блок управления сравнивает громкость сервисов (включая коэффициент коррекции метаданных) с установленным целевым уровнем для сервисов MPEG-1 Layer II, HE-AAC и с уровнем воспроизведения звука для сервисов AC3/E-AC3.
После получения новых данных обо всех сервисах в 03:00 блок управления сравнивает эти данные с целевым уровнем и применяет сдвиг (коррекцию), если измеренное значение отклоняется от целевого уровня более чем на ±1 LU, как только будет обработана вся информация. Таким образом, долговременная максимальная выходная громкость всех сервисов остается на целевом уровне, избегая при этом потенциальных побочных эффектов нормализации. В таблицах ниже показаны примеры регулировки. Величина сдвига громкости будет оставаться постоянной следующие 24 часа. Блок управления не должен удалять метаданные громкости скорректированного звукового потока из допустимого диапазона. Устройство адаптации должно сохранять настройки в энергонезависимую память, обновляемую только блоком управления. Таким образом, процесс измерения и управления не является частью тракта, способного критически повлиять на сервис.
Во избежание расхождений, блок управления должен использовать разрешение 0.5 LU на 24 часа.
Следует применять следующие размерности шага системы:
• 2 LU для систем адаптации цифровых данных в потоке MPEG-1 Layer II;
• 1 LU для кодеров MPEG-1 Layer II, AC3/E-AC3 и систем адаптации метаданных HE-AAC.
Опционально измеряются Максимальные истинные пиковые значения декодированных сигналов. Измерение Максимальных истинных пиковых значений стереосведениий многоканального сервиса также опционально и необходимо, если нужно увеличить уровень громкости сервиса. Данные измерений сообщаются в блок управления. Измерение скорректированных сервисов в целях мониторинга опционально. Блок управления должен иметь функции для работы в таких ситуациях.
Для поддержки динамически изменяемых индикаторов громкости, например, «Dialnorm» и Programme Reference Level (PRL) в кодеках, передающих аудиометаданные, всегда должна применяться компенсация в виде сдвига на полученное значение. Сдвиг, применяемый к системам AC3/E-AC3 и HE-AAC, отрицательный к полученному значению, т.е. для уменьшения громкости сервиса сдвиг должен увеличиться. Сдвиг, применяемый к системам MPEG-1 Layer II, положительный к полученному значению, т.е. для уменьшения громкости сервиса сдвиг тоже должен уменьшиться.
В следующих таблицах показаны примеры отношения между измеренной громкостью и значениями изменения для разных систем кодеков. Устройство адаптации обрабатывает этот сдвиг. Устройство адаптации должно уметь по требованию сообщать в блок управления значения сдвига, которые могут отображаться в пользовательском интерфейсе рядом со значениями измерения громкости. Блок управления должен сохранять последние установки громкости в энергонезависимой памяти и сравнивать эти значения с примененными значениями сдвига, хранящимися в блоке адаптации, во избежание скачков громкости после запуска системы.
Таблица 1: Изменение усиления для систем адаптации потока MPEG-1
Layer II
| Входная громкость LUFS (1) | Ошибка громкости LU | Изменение уровня (2) для применения LU | Скорректированная громкость LUFS | |
| -5.0 | +18.0 | -18 | -23.0 | |
| -6.0 | +17.0 | -18 | -24.0 | |
| -7.0 | +16.0 | -16 | -23.0 | |
| -8.0 | +15.0 | -16 | -24.0 | |
| -9.0 | +14.0 | -14 | -23.0 | |
| -10.0 | +13.0 | -14 | -24.0 | |
| -11.0 | +12.0 | -12 | -23.0 | |
| -12.0 | +11.0 | -12 | -24.0 | |
| -13.0 | +10.0 | -10 | -23.0 | |
| -14.0 | +9.0 | -10 | -24.0 | |
| -15.0 | +8.0 | -8 | -23.0 | |
| -16.0 | +7.0 | -8 | -24.0 | |
| -17.0 | +6.0 | -6 | -23.0 | |
| -18.0 | +5.0 | -6 | -24.0 | |
| -19.0 | +4.0 | -4 | -23.0 | |
| -20.0 | +3.0 | -4 | -24.0 | |
| -21.0 | +2.0 | -2 | -23.0 | |
| -21.9 | +1.1 | -2 | -23.9 | Диапазон единичного усиления |
| -22.0 | +1.0 | -22.0 | ||
| -23.0 | 0.0 | -23.0 | ||
| -24.0 | -1.0 | -24.0 | ||
| -24.1 | -1.1 | +2 | -22.1 | |
| -25.0 | -2.0 | +2 | -23.0 | |
| -26.0 | -3.0 | +4 | -22.0 | |
| -27.0 | -4.0 | +4 | -23.0 | |
| -28.0 | -5.0 | +6 | -22.0 | |
| -29.0 | -6.0 | +6 | -23.0 | |
| -30.0 | -7.0 | +8 | -22.0 | |
| -31.0 | -8.0 | +8 | -23.0 | |
| -32.0 | -9.0 | +10 | -22.0 |
Примечание 1: Коррекция должна применяться в целых числах. Для диапазона единичного усиления ±1 LU сдвиг не требуется.
Примечание 2: Указанный диапазон коррекции уровня (от -18 до +10 LU) - практический пример и не означает ограничения.
Таблица 2: Адаптация усиления для систем адаптации метаданных AC3/E-AC3
| Входная громкость LUFS (1,2) | Ошибка громкости LU | Изменение уровня (3) для применения LU | Скорректированная громкость LUFS | |
| -13.0 | +18.0 | +18 | -31.0 | |
| -14.0 | +17.0 | +17 | -31.0 | |
| -15.0 | +16.0 | +16 | -31.0 | |
| -16.0 | +15.0 | +15 | -31.0 | |
| -17.0 | +14.0 | +14 | -31.0 | |
| -18.0 | +13.0 | +13 | -31.0 | |
| -19.0 | +12.0 | +12 | -31.0 | |
| -20.0 | +11.0 | +11 | -31.0 | |
| -21.0 | +10.0 | +10 | -31.0 | |
| -22.0 | +9.0 | +9 | -31.0 | |
| -23.0 | +8.0 | +8 | -31.0 | |
| -24.0 | +7.0 | +7 | -31.0 | |
| -25.0 | +6.0 | +6 | -31.0 | |
| -26.0 | +5.0 | +5 | -31.0 | |
| -27.0 | +4.0 | +4 | -31.0 | |
| -28.0 | +3.0 | +3 | -31.0 | |
| -29.0 | +2.0 | +2 | -31.0 | |
| -29.9 | +1.1 | +1 | -30.9 | |
| -30.0 | +1.0 | -30.0 | Диапазон единичного усиления | |
| -31.0 | 0.0 | -31.0 | ||
| -32.0 | -1.0 | -32.0 | ||
| -32.1 | -1.1 | -1 | -31.1 | |
| -33.0 | -2.0 | -2 | -31.0 | |
| -34.0 | -3.0 | -3 | -31.0 | |
| -35.0 | -4.0 | -4 | -31.0 | |
| -36.0 | -5.0 | -5 | -31.0 | |
| -37.0 | -6.0 | -6 | -31.0 | |
| -38.0 | -7.0 | -7 | -31.0 | |
| -39.0 | -8.0 | -8 | -31.0 | |
| -40.0 | -9.0 | -9 | -31.0 |
Примечание 1: Измеренная громкость - значение, включающее коэффициент коррекции метаданных.
Примечание 2: Коррекция должна применяться в целых числах. Для диапазона единичного усиления ±1 LU сдвиг не требуется.
Примечание 3: Указанный диапазон коррекции Dialnorm (от +18 до -9) - практический пример и не означает ограничения.
Таблица 3: Адаптация усиления для системы адаптации метаданных HE-AAC
| Входная громкость LUFS (1,2) | Ошибка громкости LU | Изменение уровня (3) для применения LU | Скорректированная громкость LUFS | |
| -5.0 | +18.0 | +18 | -23.0 | |
| -6.0 | +17.0 | +17 | -23.0 | |
| -7.0 | +16.0 | +16 | -23.0 | |
| -8.0 | +15.0 | +15 | -23.0 | |
| -9.0 | +14.0 | +14 | -23.0 | |
| -10.0 | +13.0 | +13 | -23.0 | |
| -11.0 | +12.0 | +12 | -23.0 | |
| -12.0 | +11.0 | +11 | -23.0 | |
| -13.0 | +10.0 | +10 | -23.0 | |
| -14.0 | +9.0 | +9 | -23.0 | |
| -15.0 | +8.0 | +8 | -23.0 | |
| -16.0 | +7.0 | +7 | -23.0 | |
| -17.0 | +6.0 | +6 | -23.0 | |
| -18.0 | +5.0 | +5 | -23.0 | |
| -19.0 | +4.0 | +4 | -23.0 | |
| -20.0 | +3.0 | +3 | -23.0 | |
| -21.0 | +2.0 | +2 | -23.0 | |
| -21.9 | +1.1 | +1 | -22.9 | |
| -22.0 | +1.0 | -22.0 | Диапазон единичного усиления | |
| -23.0 | 0.0 | -23.0 | ||
| -24.0 | -1.0 | -24.0 | ||
| -24.1 | -1.1 | -1 | -23.1 | |
| -25.0 | -2.0 | -2 | -23.0 | |
| -26.0 | -3.0 | -3 | -23.0 | |
| -27.0 | -4.0 | -4 | -23.0 | |
| -28.0 | -5.0 | -5 | -23.0 | |
| -29.0 | -6.0 | -6 | -23.0 | |
| -30.0 | -7.0 | -7 | -23.0 | |
| -31.0 | -8.0 | -8 | -23.0 | |
| -32.0 | -9.0 | -9 | -23.0 |
Примечание 1: Измеренная громкость - значение, включающее коэффициент коррекции метадан-ных.
Примечание 2: Коррекция должна применяться в целых числах. Для диапазона единичного усиления ±1 LU сдвиг не требуется.
Примечание 3: Указанный диапазон коррекции Programme Reference Level (от +18 до -9) - практический пример и не означает ограничения.
Рекомендуется, чтобы в блоке управления была реализована функция протоколирования и отчета о громкости для мониторинга автоматического процесса нормализации. В целях мониторинга также предлагается сообщать величину сдвига и фактические принятые и скорректированные метаданные громкости. Рекомендуется генерировать аварийные сообщения хотя бы в следующих условиях:
• Если уровень истинных пиковых значений декодированного сигнала достигает или превышает минус 1 dBTP.
• Если уровень истинных пиковых значений стереосведениий декодированного сигнала достигает или превышает минус 1 dBTP.
• Если разница между двумя последовательными измерениями громкости сервиса за сутки больше выбранного пользователем порога.
• Если величина сдвига, применяемого к системам MPEG-1 Layer II, меньше или больше выбранного пользователем порога.
• Если величина сдвига пытается заменить метаданные громкости скорректированных аудиопотоков систем AC3/E-AC3 и HE-AAC ниже минус 31 LUFS или выше выбранного пользователем порога.
• Если метаданные громкости в сервисах AC3/E-AC3 или HE-AAC недействительны или отсутствуют.
В локальные цифровые головные узлы сигнал должен идти предпочтительно через распределительный канал из центрального (резервного) головного узла, где применяется нормализация громкости. Если такое централизованное распределение из сети невозможно и локальный головной узел должен использовать собственные потоки сбора, нормализация громкости должна применяться локально, по тем же принципам, что описаны выше в данном разделе. Опционально данные громкости, собранные централизованно, могут использоваться для дистанционного управления локальными системами посредствам удаленного управления. Однако необходимо гарантировать отсутствие разницы громкости между локально принимаемым источником и, например, источником из студийного канала в центральном головном узле, который используется для подачи сигнала в измерительную систему. Если локальный источник, например, наземный прием, и уровень громкости отличается, тот же сигнал можно подать в измерительную систему в центральном головном узле, предполагая, что уровни громкости в одной наземной сети не отличаются, даже если этот сигнал не используется в центральном головном узле для первичного распределения. Опционально звуковая часть услуг, доступных локально, может возвращаться только в измерительную систему центрального головного узла. Для экономии полосы канала в такой ситуации видеочасть телевизионной услуги можно не передавать.