高清电视5.1环绕声测试

对于5.1环绕声，人们并不陌生，早先年间家庭影院紧随DVD影碟机步入家庭后，就已深切感受到它的震撼。但是，作为电视伴音而言，除了少数发达国家，如欧、美、日，环绕声已行之多年外，大多国家尚处于立体声阶段。不过，在去年的末季，我国台湾地区的公视也开始——

台湾公视自2008年就开始进行高清电视（HDTV）播出，目前分别传送二套立体声为

主声道及第二语的服务，为提供更好的视听节目服务，公视在2012年11月19日～23日期间首次进行5.1环绕声服务测试。

为了这次测试，公视作了精心准备。首先确定公视高清的30频道作为测试5.1环绕声的频道，其次把测试时间定在午夜时分，即0点到1点之间，这是为了适应人们夜生活的需要。在节目方面，星期一（19日）安排了台湾著名歌手杨培安的音乐专辑《音乐万万岁》，星期二（20日）则播放纪录片《野性兰屿》，星期三（21日）同样播放纪录片《黑面琵琶·返家八千里》，而星期四（22日）、星期五（23日）则重播星期一、二的节目。

部分节目之所以重播，乃其中的声场效果相当好。如《野性兰屿》这部五年前由公视拍摄的纪录片，纪实的是人与大自然如何和谐相处的故事。位于台湾东南部的兰屿，因地理位置特殊，已成为重要的生物迁徒地；更因海洋的隔绝而保留着原始的自然风貌与文化遗产。在这个面积才五十平方公里的小岛上，保存了上千种的珊瑚、热带鱼、蜥蜴、人面蜘蛛和昆虫，其中尤以兰屿角鴞、红头绿鳩、珠光凤蝶等更是珍贵。影片中的惊涛、风啸、鸟语、虫鸣，以及由出生在圣地亚哥、现定居于加拿大的马修？连恩（Matthew Lien）为这部纪录片创作的音乐，更是给人留下了极其深刻的印象。

顺便说一下，马修·连恩这位热爱大自然的作曲家，也是一位热衷环保事业并用音乐来唤起人们环保意识的艺术家。2009年到2010年，历时12个月，他将这部纪录片的配乐改编，加入更多的音乐和更具渲染的情节，创作出全新专辑《倾听大地的声音》。专辑不只是听音乐，更象是在讲故事。透过专辑中每一首曲子背后的缘由，人们能够在每个音符与旋律中，体会到这位大师取之于大地，想要传递给人类的感动画面与深度意谕。

所谓杜比5.1环绕声是由6个声道组成，而每一个声道传送的声音都是清晰而***的。

其中的五个声道，频率在3Hz到20KHz之间，分别是左声道、右声道、中置声道、左环绕声道、右环绕声道。中置声道大部分都是用于人物对白，环绕声道主要用于营造整体声场的立体感。此为还有一个专门处理频率在3Hz到120Hz之间的超低音声道，又称LFE。

目前高清节目制作录制和播出及储存媒体，是以索尼HDCAM录像带为主，HDCAM录像机的储存标准是收录4个AES/EBU 20-bit/48KHz数字音轨。所以如果必须在HDCAM录像带上记录5.1环绕声道，就必须引入其它的数字音频压缩编码技术。

杜比（Dolby E）是一项广泛用于广播电视专业领域（如制作和传输）的技术，它除了可以同时传送8个声道的音频信号外。还可以记录元数据（Metadata）。由于Dolby E信息串流相当于AES/EBU数字音频的信息流程，所以它可以很容易应用在现有双声道音轨的架构上。杜比E可经由一个AES-3信息对进行传送，或被录制在数字影像录像带的两个音轨上。

环绕声道在主控播出的部分

由于在高清频道播出5.1环绕声的节目时，是将录制好环绕声轨与立体声同时一起输出到高清起端进行压缩处理。其中立体声版本为PCM信号，记录在Ch-1/2轨；环绕声版本为杜比E编码信号，记录在Ch-3/4轨。

主控播出流程为素材Filing到影音播出服务器储存，经自动播出系统的排表作业进行排播，再由影音播出服务器解码成HD-SDI信号输出，最后传送到主控起端进行信号压缩传输。由整个播出流程来看，对Ch-3/4 E码流是不进行任何的增益调整、左右均衡、响度控制等任何处理。

环绕声始端压缩传输部分

由主控播出的节目信号传送到起端系统进行杜比E到杜比Digital（AC-3）的转码（Transcoding）过程节目播出的杜比E信号在杜比转码器中必须进行REMUX、杜比E到杜比Digital转码、MUX过程中，将5.1声道的杜比数字（AC-3）码流嵌入到HD-SDI Ch-3/4音轨中输出，同时将原有立体声信号保留在Ch-1/2音轨，再将信号送入高清编码器进行HE-AAC音频编码及封包成AC-3 5.1环绕声道编码后，将传流送入MUX内。

鉴于这次测试公视在5.1环绕声播出节目仅只有一小时，试播后仍必须恢复成原本公视高清频道立体声编码的节目，并且要保证节目正常切换播出，也因此这次测试实际传输部分，在环绕声道编码设备必须以人工切换的方式，来调整杜比E和PCM节目的切换。

如果未来公视确定要有5.1环绕声的服务时，根据岛内电视的规范，5.1环绕声必须为杜比AC-3标准，但因高清起端系统的架构，即便在没有5.1环绕声道的内容时，Ch3/4音轨仍必须以杜比方式来进行压缩，此时Ch-3/4音轨则是以杜比Digital 2.0（AC-3 2.0）的格式压缩传送，就不再恢复成HE-AAC的压缩格式，毕竟起端系统不能做成杜比Digital及HE-AAC这两种格式上的无缝切换。

因应这样的音轨压缩格式的差别性，系统上的杜比转码器（Dolby Transcoder）不仅要能自动识别原来信号的音频格式，并进行相对应的转码或编码处理外，还要确保音频原始数据和节目之间的正确匹配。原始数据位于杜比Digital和杜比E码流中，贯穿整个传输链路，它是用来描述编码的音频信号，并且作为对下一级转码器起到控制作用的信息。原始数据传输方式主要是和编码后的音频信号一起放在双声道数字音轨上，以信息串流的形式传输。它有两个主要功能：信息参数和控制参数。其中控制参数，是用来决定在某种特定的工作状态时杜比转码器如何运作。

在制作原始数据（Meta data）就设定在杜比E码流中，在杜比Digital转码时，原始数据从杜比E码流传递的杜比Digital（AC-3）码流，直到传递给用户终端。而用户机顶盒会根据原始数据来控制机顶盒音频输出，如5.1用户接收2.0节目时，就会自动在左右音箱输出，其它声道则是静音。而2.0用户在接收到5.1节目时也会自动下混（Mix Down）为立体声输出。

因此，元数据对节目制作及播出来说是十分重要的一环，错误的设定会造成环绕声失衡、下混比例错乱、响度变化不正常等种种问题。例如对白声音大小，是作为最重要的元数据参数之一，它代表了节目的平均对白响度。当AC-3码流通过用户的杜比Digital解码器时，对白电平参数的设定会使解码器的音频输出时平均其音量，让切换不同节目时音量不会有较大起伏。标准的对白电平设定可以在更换电视频道或节目切换时不用频繁的调整音量，增加主观舒适程度。

从接收端（内置数字接收的电视机或机顶盒）来看，接收终端基本上对杜比音频的解码

播放会有三种形式出现：

1.形式一

接收终端的主芯片带有杜比AC-3解码功能，经过接收终端完成杜比AC-3解码输出。

接收终端根据DVB关于杜比音频标准通过判断Stream Type和Stream ID将送入接收终端中带有杜比AC-3的音频信息从TS串流中解析出来，然后交给具有杜比音频解码功能的音频解码器进行解码。解码后的PCM信息由PCM输出控制器的I2S接头输出给音频数字/模拟（D/A）转换器进行转换，然后通过功放输出到音箱。通常支持杜比AC-3解码的接收端芯片提供与杜比AC-3六路音频信号输出到相对应的输出接头，便可完成杜比AC-3的5.1声道输出。

2.形式二

目前多数接收终端没有杜比AC-3解码功能，但是带有S/PDIE数字音频输出接头，这种接收终端同样可以有杜比AC-3节目的播放。接收终端将解析出的杜比音频串流信息按照S/PDIF格式串列输出，用户只需将接收终端的S/PDIF数字音频串流接入家庭影院系统，即可实现杜比5.1声道输出。

由于这样形式还同时传送元数据，如此家庭影院中A/V功放的杜比解码器便可以自动地使单声道节目在中声道还原声音，立体声信号则由左右双声道还原，多声道信号则可通过家庭影院还原。对于那些没有家庭影院的普通接收端用户，将不能通过电视机播放杜比音频。

3.形式三

要如何达到高级用户的需求，又满足普通用户收看杜比节目的需要呢？通常接收终端都会提供一个音频双声道输出接头与电视机连接输出立体声或单声道音频信号。接收终端使用内置的杜比数字解码器及其提供的下混合技术（Down Mixing）将杜比AC-3的5.1声道混合成为杜比立体声，然后通过双声道音频输出到电视机。因此在没有家庭影院的环境下，用户就可以选用接收终端的双声道音频输出完成杜比节目的播放。同时，接收终端开启数字音频输出单元，将杜比AC-3音频信息通过S/PDIF或是HDMI输出，这样便可满足少数高级用户的需求。

综合以上几种方案，形式三似乎成为首选。由于集成在接收终端芯片中的AC-3解码器成本较低，所以与形式一省下了两路的DA转换和放大电路，因而可以降低成本。

由于目前台湾数字无线电视技术标准中，针对环绕声标准定义为AC-3（Dolby Digital 5.1），公视根据现有相关标准及市场主流技术等考虑，对这次5.1环绕声测试，是以DVB组织及杜比（Dolby）所定义的标准进行，相关标准遵循DVB组织所公布的HDTV标准及界面协定，而5.1环绕声道服务格式则是以杜比数字（Dolby Digital）格式进行压缩编/解码作为标准。

数字电视信号在本次测试中，音轨将同时以立体声及环绕声播出进行测试：

环绕声道音轨采用杜比编码（含Metadata）方式进行。

第一音轨（Ch-1）为普通立体声左声道（L），第二音轨（Ch-2）为普通立体声右声道（R），以供普通用户接收，压缩标准均为HE-AAC。

第三音轨（Ch-3）及第四音轨（Ch-4）为杜比编码信息串流。

而在停止测试期间，公视高清电视仍为两组立体声压缩格式。第一组立体声/L、R声道，第二组立体声，除了L＼R声道外，还增加了副语，压缩格式也均为HE-AAC。

因为岛内的数字电视，电视伴音在标清电视是以Mpeg-1/Lay-2格式，高清电视则是以HE-AAC编码播出，当今支持杜比AC-3解码的音频DSP解码器，基本上都可以支持MPEG及HE-AAC音频解码。因此，接收终端的应用程序设计中应该能够自动识别这几种音频编码格式，以便兼容音频格式的解码。

对于没有环绕声接收解码的用户来说，基本上正常接收节目是没有问题的，由于普通用户主要是接收第一组的主声道，而第一组声道是固定以立体声服务，当用户切换到第二组声道，又是在提供5.1声道的节目，若用户无环绕声设备可解码，仅用普通电视机的双声道聆听，根据杜比的规定，数字电视机必须将5.1环绕音轨将下混转成双声道立体声送出给用户，所以理论上是不会有影响的。

这次5.1环绕声测试，对岛内外的一些整机厂商的产品进行了多批次的测试（表1），也对目前市场上出售的数字电视机进行接收测试，基本上除了少数电视机无法顺利解析出5.1环绕声外，其余的都是以上述的形式三方式呈现，测试结果如表2：

在这次的5.1环绕声测试中，其主要目的是进行公视始端系统传输环绕声5.1的技术及市场上出售数字接收设备（iDTV或STB）接收解码的情况，并利用这次的测试，顺便检视公视在环绕声的制播流程的相关问题，为期五天的测试，整体来说是十分成功的，并提出以下改进意见：

1.节目制播流程部分

A.建议检讨并新增节目制播交带标准，目前公视现有交带标准中并无环绕声的录播定义，所以必须检讨现有制播流程并加以规范，使得新制或重制的节目可以有一标准可以遵循之，高清节目制作及交带标准建议修改如附录一。

B.新增相关必要的环绕声制播设备，目前在公视二年计划中已采购部分有关环绕声的制播设备，但是仍需采购相关设备方可构成完整的制播环境，如制播端的杜比E/D Transcoder及监听仪表等，这次测试都是以临时暂借作为播出使用，一旦正式运行时，势必需要进行规划采购。除此之外，未来新购的设备也应规划考虑5.1声道的需求。

C.节目制作请考虑5.1环绕声制作的可能性，虽然不是每一个节目都需要环绕声的设计，但环绕声确实可以增加节目的丰富性，由于是音乐节目更是可以大大的加分，当整体制播及传输技术没有问题时，整体影音所呈现效果将会使观、听众有完全不一样的感受，进而提高收看的吸引力。

D.在确定提供环绕声的服务时，必须要制播单位都应认识到，节目内容有5.1环绕声服务时，受限高清CAM录像机音轨的数量，无法同时提供“第二外语”的服务，或是双语的播出必须是一种语言以立体声，另一种则以5.1环绕声的形式制作，以目前的系统架构是无法提供双语皆为5.1声道的播出。而在节目内容没有5.1环绕声时，Ch-3/4音轨有“第二外语”的服务时，也因始端系统的限制，就不再以现有的HEAAC格式压缩，而是以杜比Digital2.0格式传输。

2.地面数字电视接收解码的部分

A.虽然这次测试结果，很多接收终端都已经具备其功能，但根据岛内颁发的地面数字电视终端标准，并未对5.1环绕声接收有定义，故根据现有海内外相关标准及市场主流技术等考虑，提出对岛内数字电视接收终端伴音输出新增标准如附录二。

B.建议岛内机顶盒标准完成相关规划后，由商检局进行测试验证后，具备环绕声的接收终端，应核发相关识别标志，以作为普通民众购买时容易辨认的依据。

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