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1、ITU-R BS.1770-4 建议书(10/2015)测量音频节目响度和真正峰值音频电平的算法BS 系列广播业务 (声音)ITU-R BS.1348-3 建议书iii前言无线电通信部门的职责是确保卫星业务等所有无线电通信业务合理、平等、有效、经济地使用无线电频谱，不受频率范围限制地开展研究并在此基础上通过建议书。无线电通信部门的规则和政策职能由世界或区域无线电通信大会以及无线电通信全会在研究组的支持下履行。知识产权政策（IPR）ITU-R的IPR政策述于ITU-R第1号决议的附件1中所参引的ITU-T/ITU-R/ISO/IEC的通用专利政策。专利持有人用于提交专利声明和许可声明的表格可从h
2、ttp:/www.itu.int/ITU-R/go/patents/en获得，在此处也可获取ITU-T/ITU-R/ISO/IEC的通用专利政策实施指南和ITU-R专利信息数据库。ITU-R 系列建议书（也可在线查询 http:/www.itu.int/publ/R-REC/en）系列标题BO卫星传送BR用于制作、存档和播出的录制；电视电影BS广播业务（声音）BT广播业务（电视）F固定业务M移动、无线电定位、业余和相关卫星业务P无线电波传播RA射电天文RS遥感系统S卫星固定业务SA空间应用和气象SF卫星固定业务和固定业务系统间的频率共用和协调SM频谱管理SNG卫星新闻采集TF时间信号和频率标准
3、发射V词汇和相关问题说明：该ITU-R建议书的英文版本根据ITU-R第1号决议详述的程序予以批准。电子出版2017年，日内瓦 国际电联 2017版权所有。未经国际电联书面许可，不得以任何手段复制本出版物的任何部分。ITU-R BS.1770-4 建议书23ITU-R BS.1770-4 建议书*无线电通信第6研究组于2016年依照ITU-R 1解决方案对该建议书做出了修正。（ITU-R 2/6号研究课题）（2006-2007-2011-2012-2015年）范围本建议书规定了用于确定主观的节目响度和真正峰值信号电平的音频测量算法。国际电联无线电通信全会，考虑到a)现代的数字声音传输技术提供了一
4、个极宽的动态范围；b)现代数字声音产生和传输技术提供了ITU-R BS.775建议书中详述的一种单声道、立体声和3/2多声道格式的混合体以及在以及ITU-R BS.2051建议书中详述的高级音频格式，声音节目是采用所有这些格式制作的；c)收听者要求对于不同的声音来源和节目类型，音频节目的主观响度是相同的；d)有许多方法能够测量音频电平，但是在节目制作中采用的、现有的测量方法不能够提供主观响度的指示；e)在交换节目的响度控制方面，为减少对观众的打扰，必需有一个推荐的算法用于主观响度的客观评估；f)将来基于心理声学模型的复杂算法可能为各种各样的音频节目提供改进的响度客观测量；g)数字媒体突然地过载
5、，因而甚至应该忽略瞬时过载，进一步考虑到h)由于通常采取的处理例如滤波或者比特率降低，峰值信号电平可能会提高；j)由于真正峰值可能出现在两个样本之间，现有的计量技术不能够反映出包含在数字信号中的真正峰值电平；k)数字信号处理的状况使实现一个算法精确地估计信号的真正峰值电平变得切实可行；l)真正峰值指示算法的使用将允许准确地指示在数字音频信号的峰值电平和限幅电平之间的净高，建议1当要求音频通道或者节目（按照BS.775建议书生成到5个主要通路（单源、立体声以及3/2多声道音频）响度的客观测量要便于节目传送和交换时，应采用附件1中规定的算法；2当要求对一个音频节目的响度进行客观测量（生成的音频节目
6、有很多通路（例如ITURBS.2051建议书中规定的信道配置）时，应当使用附件3中规定的算法；3在节目制作和后期制作中采用的、用于指示节目响度的方法可以以附件1和附件3中规定的算法为基础；4当需要指示数字音频信号的真正峰值电平时，测量方法应基于附件2中指出的准则，或者一个能提供类似或较好结果的方法，注1用户应该知道所测得的响度是对于主观响度的一个估计，取决于收听者、音频素材和收听条件，所测得的响度含有一定程度的不确定性。进一步建议1应该考虑到如果证实新的响度算法提供的性能要明显优于附件1和附件3中规定的算法，可能需要更新本建议书。2当开发出新的算法时，应当对该建议书进行更新，以便对基于对象的和
7、基于场景的音频节目的响度进行测量。注2对于符合本建议书的仪表测试合规性，可使用ITU-R BS.2217号报告所述数据集中的测试材料。附件1客观多声道响度测量算法的详细说明本附件规定了多声道响度测量建模算法。该算法由四级构成“K”频率加权；每声道均方计算：信道加权和（环绕信道加权值更大，并不包括LFE信道）；400 ms块选通（75%叠加），其中采用了两个门限：第一个是 70LKFS；第二个是应用于第一个门限后相对于测得电平的 10dB。图1所示的是该算法各个组成部件的方框图。为了帮助描述该算法，沿着信号流程在不同点作了标记。方框图显示了五个主要声道的输入（左边、中间、右边、左边环绕和右边环绕
8、）；这样允许监听包含一至五个声道的节目。对于少于五个声道的节目，一些输入将不会使用。本测量法中不包括低频效应（LFE）声道。图1多声道响度算法简略方框图算法的第一步采用信号的第2级前置滤波器K加权滤波器由滤波器的2级构成：第1级的搁置滤波和第2级的交通滤波。前置滤波器第1级计入了前端响度效应（前端被模拟为刚性球体）。响应如图2所示。图2用于说明前端声学效应的前置滤波器第1级响应前置滤波器第1级定义为如图3所示的滤波器，滤波器系数见表1。图3相当于一个2阶滤波器的信号流程表1模拟球体前端的前置滤波器第1级的滤波器系数b01.53512485958697a11.69065929318241b12.
9、69169618940638a20.73248077421585b21.19839281085285这些滤波器系数是针对48 kHz的采样率，采用其它采样率将需要不同的系数值，这些系数值应经过选择以便提供的频率响应与指定的滤波器在48 kHz采样率提供的频率响应相同。由于可获得硬件的固有精度，这些系数值可能需要进行量化。测试已经表明该算法的性能对于这些系数的微小变化不敏感。前置滤波器的第二级应用如图4所示的一个简单高通滤波器。该级的加权曲线定义为如图3所示的一个2阶滤波器，其系数见表2。这些滤波器系数是针对48 kHz的采样率，采用其它采样速率将需要不同的系数值，这些滤波器系数应该经过选择以便
10、提供的频率响应与指定的滤波器在48 kHz采样率提供的频率响应相同。图4第二级加权曲线表2第二级加权曲线的滤波器系数b01.0a11.99004745483398b12.0a20.99007225036621b21.0测量间隔T内过滤输入信号的幂和均方计量如下：(1)其中，yi是输入信号（由上述前置滤波器第2级过滤，以及I，其中I=L,R,C,Ls,Rs,）一套输入声道。整个测量间隔T内的响度定义为：响度，LK=0.691+10log10LKFS(2)其中Gi是单个声道的加权系数。为计算选通响度测量值，间隔T被分为一套叠加的选通块间隔。一个选通块是持续Tg=400ms的连续音频采样（至最近的采
11、样）。每一选通块的叠加须为选通块持续时间的75%。须限制测量间隔，以使其在选通块结尾处结束。测量间隔结束时的不完整选通块不被使用。间隔T中第i个输入声道的第j个选通块的幂和均方为：其中步长=1叠加及(3)第j个选通块响度定义为：(4)对选通门限，有一套选通块指标Jg=j:lj，其中选通块响度高于选通门限。Jg中的元素数为|Jg|。因此，测量间隔T的被选通响度定义为：(5)用两级程序进行被选通测量：首先用绝对门限，然后用相对门限。低于绝对门限的选通块不用于相对选通的计算。通过使用绝对门限a=70LKFS测量响度的方法计算相对门限r，然后再从中减去10，因此，其中：(6)然后采用r计算被选通响度：
12、其中：Jg=j:ljr 和 lja (7)在该测量中使用的频率加权，由前置滤波器生成（1级滤波级联）及RLB加权，并定名为“K”加权。等式（2）中计算的响度值的数字结果之后应有“LKFS”标志，表示“K加权的相对满刻度的响度”。该LKFS单位等于一个分贝，其中信号电平每增加1 dB，将导致响度数值增加1LKFS。如果一个0 dB FS的1 kHz（确切为997Hz，见注1和2）正弦波从左侧、中间或右侧应用于声道输入端，所指的响度将等于3.01 LKFS。注1 等式（2）中的恒量-0.691抵消了997Hz的K加权增益。注2 IEC61606指出，除非另有规定，测量参考频率须为实际频率997Hz
13、。在非关键情况下，该频率可能标称为1KHz。表3给出了每一信道的加权系数。表3各个音频信道的加权通道加权，Gi左边(GL)1.0 (0 dB)右边 (GR)1.0 (0 dB)中间 (GC)1.0 (0 dB)左边环绕 (GLs)1.41 ( +1.5 dB)右边环绕 (GRs)1.41 ( +1.5 dB)应注意，虽已经证实这个算法能有效地用于音频节目（这是典型的广播内容），但这个算法通常不适用于估算纯单音的主观响度。附件1的附录1（资料性）多声道测量算法的描述及发展本附录描述了一个新近开发的、用于客观地测量音频信号的感觉响度的算法。该算法能够用来准确地测量单声道、立体声和多声道信号的响度。
14、被提议算法的关键好处是它的简易性，允许以极低的代价来实现它。本附录也描述了为了形成一个主观数据库而进行正式主观测试的结果，该数据库用于评估该算法的性能。1引言有许多的应用需要测量和控制音频信号的感觉响度。这种应用的例子包括电视和无线电广播应用，在这种情况下音频素材的性质和内容经常发生变化。在这些应用中，音频的内容能够在音乐、语音和音响效果或者这些声音的某些组合之间频繁地转换。在节目素材内容方面的这种变化能够导致主观响度的显著改变。此外，各种各样形式的动态处理常常应用于这些信号，这能够对信号的感觉响度产生显著的影响。当然，主观响度对于音乐产业也极为重要，在这里，通常采用动态处理使一段录音的感觉响度最大化。近年来，在无线电通信第6P工作组内部已经有一项正在进行的工作，为广播应用确定一种测量典型节目素材的感觉响度的客观方法。ITU-R第一阶段的工作是专门调查客观的单声道响度算法，已经证实加权的均方测量Leq(RLB)能够为单声道信号提供最佳的性能Soulodre, 2004。充
