关于数字满度电平及其与模拟电平关系的几点认识

奚修仲

(滕州市广播影视总台，山东 滕州277500)

1 数字音频系统中满刻度电平的概念

dBFS（dB Full Scale）是数字音频信号电平单位，也叫满度相对电平。Full Scale指0 dBFS的位置，等于满度的数字音频参考电平。“满刻度”是指转换器可能达到“数字过载”之前的最大可编码模拟信号电平。数字音频信号以系统能处理的最大音频信号的编码为基准值，数字音频信号幅度的编码相对于这个最大音频编码所代表的幅度之比，即为满度相对电平，因为规定最大值为基准，所以，实际数字音频信号的相对电平都为负值。

2 几个不同的标准

现今存在两个不同的数字基准编码电平，一个是SMPTE（美国电影与电视工程师协会）提出的，一个是EBU（欧洲广播联盟）提出的。两个标准都明确规定，无论用多少比特的量化精度，基准编码电平（coding level）都应该与系统最大编码电平有相对固定的关系。

SMPTE的规定为“0dBFS对应+24dBu”，其对数字音频设备满度电平的相关表述为：

校准信号为比系统最大电平低20dB的1kHz正弦波。考虑16比特有效位编码，此最大电平的正峰值为7FFF（十六进制），负峰值为8000（十六进制）；

电平检测表应校准到稳态参考信号（－20dBFS），相当于音频节目信号的正常工作电平（2000年广电总局发布的GY/T152《电视中心制作系统运行维护规程》中规定我国电视制作音频系统的校准电平为+ 4dBu，所以数字满度电平应为+24dBu）。

EBU（R 68-2000）的规定为“0dBFS对应+22dBu”，其对数字音频设备满度电平的相关表述为：

校准信号为1kHz正弦波；音频节目的最大允许电平应比校准电平高9dB；考虑到操作误差和音频节目瞬间峰值的影响，应留6dB的电平储备量；考虑到广播用准峰值表的特性，实际的峰值比准峰值表的指示要高3dB；在数字设备中，数字音频信号编码电平的校准电平应比系统最大可编码电平低18dB（2000年广电总局发布的GY/T152《电视中心制作系统运行维护规程》中规定我国电视制作音频系统的校准电平为+4dBu，所以数字满度电平应为+22dBu）。

根据国家标准，数字音频设备所采用的编码方式应符合GB／T14919－1994《数字声音信号源编码技术规范》的规定，编码方式至少相当于PCM16bit均匀量化的精度。参照这一标准，行业标准GY/T 192-2003《数字音频设备的满度电平》规定：在广播电视音频系统中，数字设备的满度电平值0dBFS对应的模拟信号电压电平为＋24dBu（即SMPTE RP155的标准）；考虑到我国广播电台的实际情况，现阶段允许满度电平值0dBFS对应模拟信号电压电平+22dBu的数字设备继续使用。所以这里我们明确了我国广播电视音频系统的满度电平为+ 24dBu（“0”dBFS对应+24dBu），数字基准电平为-20dBFS，模拟校准电平为+4dBu。

3 模拟电平、峰值电平与数字音频信号编码电平的关系

在录制0VU1kHz正弦波信号时，采用SMPTE标准的设备其数字峰值表（DPPM）读数为－20dBFS；采用EBU标准的设备其数字峰值表（DPPM）读数为－18dBFS。但一个节目由多种频率组成，受峰值因数（注*）的影响，数字音频信号编码电平（dBFS）与模拟电平VU值并不是完全的线性关系，只是有明显的正相关性。我国采用的I型PPM表与VU表的校准点为-9dB。

4 实际工作中遇到的问题

目前电视台存在着大量的混合音频制作系统。如果音频系统基准电平选择不恰当，会造成系统工作电平起伏变化，甚至导致失真增大，信噪比减小，同时还影响到不同单位间的节目交换。如果不了解各种音频表的特性，很有可能录出来的节目电平偏大或者偏小，造成信噪比过小或者节目电平出现过载失真。

电视台的数字音频设备主要有两种，一种是数字基准电平为-20dBFS的SMPTE标准设备，另一种为数字基准电平为-18dBFS的EBU标准设备。不管是符合我国广电行业数字基准编码电平-20dBFS、模拟基准电平+4dBu的标准设备还是数字基准编码电平为-18dBFS、模拟基准电平为0dBu非标准设备，我们都应该先分别按设备原标准校准单机设备的工作电平，使设备能达到自身标准规定的指标，然后根据各自工作电平的标准，采取措施实现电平匹配，使系统输出符合我国广电行业的指标。在一个混合系统中，如果标准设备连接于非标设备之前，应提高非标准设备输入增益来提升电平，使信号符合非标准设备的额定电平。如果非标准设备连接于标准设备之前，应降低标准设备的输入增益来衰减电平，使信号符合标准设备的额定电平。

建议今后在数字设备的招投标、设备选型、维护校准、设备验收等的数字化进程中，涉及数字设备的音频信号幅度指标时均应符合广电行业标准GY/T 192-2003《数字音频设备的满度电平》标准的规定，即执行音频系统的满度电平为+24dBu，数字基准电平为-20dBFS，模拟校准电平为+4dBu的标准。

目前，广电总局已统一节目的声音基准电平为：模拟电平0VU，+ 4dBm、数字电平－20dBFS。这一基准电平很重要，它是节目声音工作电平的基准依据，也是节目声音质量的基础。如果基准电平设置不规范，即使电平运用范围得当，也容易造成过载失真、信噪比过小、动态范围狭窄等声音质量的问题。

注*峰值因数：声音信号的峰值对有效值之比为该信号的“峰值因数”，不同的信号“峰值因数”不同，实际信号（非正弦波信号）的峰值因数不再具有正弦波信号的的关系，常见声音信号峰值因数一般为1～5之间。

［1］国标GB/T14919－1994数字声音信号源编码技术规范[S].

［2］广电行业标准GY/T 192-2003数字音频设备的满度电平[S].

［3］国家广电总局2000年发布的GY/T152电视中心制作系统运行维护规程[S].

［4］国家广电总局.国家广播电影电视总局电视节目技术质量（金帆奖）奖励办法[Z].2002.

［5］美国电影与电视工程师协会（SMPTE RP 155-1997）标准[S].

［6］欧洲广播联盟（EBU R 68-2000）标准[S].