大型体育赛事电视转播音频技术初探

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  从2008年的北京奥运会开始,我国相继承办了一系列重大的国际体育赛事,也按照国际标准进行了这些赛事的电视转播。在这里,笔者想总结一下这些大型体育赛事转播中所采用的音频技术及使用的技术设备和系统,找到规律性的方法,供大家参考。
  现如今,大型体育赛事的电视转播都采用高清晰度电视制式,其音频制作也将采用5.1环绕声方式;广播电台将采用立体声方式转播现场的实况。
  大型体育赛事不同于普通的体育赛事,通常规模巨大,在短短的十几天会有上万名运动员参加比赛;有大量国家的广播电台、电视台进行实况转播;国际广播中心面积达数万平米;使用的摄像机近千台;现场解说席位数百个;几十辆转播车;直接参与公共信号制作的工作人员总数达数千人。这样的比赛性质要求在各方面进行周密的规划和统一协调,音频系统也是如此。在这里笔者主要以北京奥运会和广州亚运会转播中所采用的音频技术及使用的技术设备和系统为例来探讨音频制作的方法。
  一. 大型体育赛事实况转播中的音频系统要求
  大型体育赛事专门转播机构向全世界各国的授权转播机构提供的视频和音频信号习惯上称为国际视频/音频信号。
  1.电视国际音频信号将采用标准立体声和多通道5.1环绕声两种制式制作;广播国际音频信号将采用标准立体声制式制作。
  2.所有的国际音频信号制作和传输线路(电路)在转播制作综合区范围内都采用AES/EBU音频信号标准,110欧姆,平衡,通道标准电平:-18dBfs。传声器通道的分配和传输在转播制作综合区范围内将提供模拟音频信号,视前段传声器通道的分配和传输方式的不同,可以使设定电平为-10dBu 或者 +4dBu。
  3.提供给电视台的高清国际声(5.1环绕声)将嵌入在数字视频流中,通过高清-视频串行数字接口进行传输,有8个传输通道,通道的分配如下:
  通道1:立体声左
  通道2:立体声右
  通道3:前左
  通道4:前右
  通道5:中
  通道6:低频效果
  通道7:后左
  通道8:后右
  提供给电视台的标清国际声也嵌入数字视频流中,通过标清-视频串行数字接口进行传输,有两个传输通道,通道的分配方式如下:
  通道1:立体声左
  通道2:立体声右
  4.在数字视频流中传输的音频信号(不管是高清-视频串行数字接口格式,还是标清-视频串行数字接口格式)都将与视频信号进行同步处理。数字系统标准电平定为 -18dBfs = 0VU。
  5.提供给电台的国际声信号与提供给电视台的国际声信号将截然分开。电台国际声信号用两个模拟电路将左声道和右声道单独地分配给授权转播机构。
  二. 系统分类
  大型赛事转播的音频系统主要分为比赛现场声的采集和传输系统以及比赛现场评论声采集和传输的两大系统。这两个系统是完全分开的。从系统准备阶段开始,就由不同的部门和人员分头进行设计和规划。见图(1)。
  下面笔者分别就这两大系统的音频技术做具体的阐述。
  (一)比赛现场声响采集和传输系统
  比赛现场声响采集和传输系统主要任务是将比赛现场的环境声和运动员等参赛人员比赛时产生的声响采集、制作并最终作为国际声的内容传输给所有转播商。对于电视台的体育节目转播,这是配合画面的重要音频信息;对于广播电台体育转播而言,这种声音信息显得尤为重要,因为这是电台节目唯一的来自比赛场地的信息。
  比赛现场声响采集和传输系统又分为独立音频系统和音频嵌入视频系统两类。
  1.独立音频系统
  独立音频系统主要由传声器、接线盒、调音控制台、音频中央处理器、矩阵分配系统、监听系统及与视频信号共用的传输系统组成。见图(2)。
  根据转播车配置规模的不同,这个系统的制作任务,有时完全由负责该场馆视音频制作任务的转播车来完成,见图(3);有时则由在为其专门建造的音频机房内的专业设备来完成,见图(4)。
  2. 音频嵌入视频系统
  音频嵌入视频系统则由负责该场馆电视转播的视频系统组成。比赛现场的声响由安装在摄像机上的传声器负责采集,然后通过摄像机内的“音频嵌入视频”电子电路将模拟音频信号转换成数字音频信号,再将数字音频信号以块(或称段)为单位打包,利用视频的辅助数据区,与视频信号一同传送。
  采用音频嵌入方案的最大的好处是解决了视音频信号在传输中的声画同步、协调的问题。由于嵌入音频后的视频信号可用一根电缆同时传送音视信号,从而大大简化了设备系统。
  3.比赛现场声响的拾音方案
  A.分析场馆的声场特点
  大型体育赛事的比赛都是在专门的场馆和场地进行的。大型体育赛事实况转播的音频采集方法主要依据对场馆内声源特点的研究。体育场馆的声学设计通常都是不够理想的,在时间和操作上又不允许进行建声方面的改善,因此,只能依靠仔细设计传声器的摆放位置、增加系统周边设备来尽量克服由于场馆声学环境缺陷而在造成的影响。其次,在比赛时,观众和啦啦队的喧闹声、现场广播喇叭声等使得声场环境十分嘈杂,给拾音造成了很大的不便。另外,为了给广播和电视观众营造一个逼真的临场效果,录音师们通常要拾取尽量多的比赛场地内的声音,包括运动员、运动器械和裁判员等的声响。但是,在实际操作中会遇到许多的难题。为了拾取运动员的声响,传声器就要尽量地接近运动现场,这时,运动员的安全就是首先要考虑的问题;为了拾取运动器械的声响,传声器就要尽量地接近该器械甚至安装在它上面,这时,首先要通过竞赛组织的批准,然后还要解决安装的技术和保障安全等问题。
  经过分析,声源将被分成不同的层次进行拾取,以利于将来混合和使用方便。对声源进行合理分层后,就可以选择和布置传声器了。   B.传声器的选择
  选择传声器和布置传声器是实况转播中最具挑战性的两项工作。选择正确的传声器是一切工作的开始,而把传声器放在合适的位置则是获得实况转播中所需声源的首要技术保障。因此,传声器方案设计为我们提供了一个极好的机会来考察声源、确定声响范围,从而完成方案设计。选择传声器和布置传声器通常是基于过去的经验,同时也是新手学习的好机会。
  在传声器方案设计中应该注意几个问题。首先,要对比赛的场馆的声学条件有较全面的了解,尤其要知道它的声学缺陷,以便想办法克服。要仔细研究各种比赛项目的声源特点,找到最能反应这项体育运动魅力的声源和位置。要熟悉各种常用传声器的指向性、灵敏度和频响等特性,在实践中不断总结不同类型传声器所适合使用的场合。
  其次,要勇于创新。没有必要总是照搬过去的经验,而是要根据实际情况,充分利用新技术,不断改进。提出的方案要可行是最重要的。比如,在拳击比赛的赛垫上方吊装几只枪式传声器就是非常好的设计,但是,要实地考察现场是否能够完成安装。有很多时候现场条件限制,方案是不可行的。
  另外,提出的方案必须是绝对安全的。在设计传声器位置时,首先要考虑对运动员、演员和观众是否会造成伤害。
  最后,选择传声器时,要充分考虑到转播车上通常配备的传声器型号。如果设计方案超出了一般的装备,就要预先提出特殊要求。
  C.在摄像机上安装传声器的设计
  在拾音方案设计时,还要考虑在摄像机上安装合适的传声器。电视体育转播离不开摄像机,而且摄像机的机位通常都是选择距离运动员最近的位置。将传声器安装在摄像机上,可以拾取到比赛现场清晰的声响。目前生产的摄像机大部分都具有安装传声器的功能,一般可以安装两只传声器。其中一只通常安装在摄像机机身的上方,在摄像机移动和转动时,传声器将随之移动和转动,使得传声器的拾音主轴方向总是指向所摄制的景物,声音和画面的景别氛围是一致的。另一只可以通过延长线连接一只传声器用于拾取摄像机周围的声源。
  当然,在实际的转播拾音设计中,只会使用直接安装在摄像机上的传声器。这种传声器一般都选用强指向性的枪式话筒。一个被称为“音频跟随视频”的电子电路控制着传声器的开启和关闭,使得它拾取的声音总是与镜头“同时”出现,并且总是与摄像机所拍摄的方向一致。这个声音将通过前面提到的“音频嵌入视频”技术,与摄像机的视频信号一起传输到转播车上。因为操作便捷,在一般的体育赛事电视转播中,这种方式被大量地采用,有时甚至用它来代替在比赛场地独立安装传声器方式。大型体育赛事的电视转播也将采用这种方式拾取的信号,作为独立安装传声器方式拾取的主体信号的补充。当然,在专门提供给电台的国际声中将不包含这类信号。
  究竟在哪一台摄像机上安装传声器呢?首先,要研究摄像机机位布置图。然后根据拾取现场声源的需要选定安装传声器的摄像机。如(图5)
  D.实际使用的话筒一览
  北京奥运会转播中使用了大约4000只话筒,主要产品选自铁三角公司。主要型号见表 1。
  4.比赛现场声的制作方法
  作为国际公用信号的组成部分,来自比赛场馆的声源按照区域和拾取的方式不同将分为如下三个层次:运动效果声响层,摄像机传声器拾取的声响层和环境气氛及观众声响层。
  A.电视台国际声
  国际公用信号中的声音信号通常分为电视台国际声和电台国际声两个部分。
  为电视台提供的国际声将采用环绕声方式制作,将包括一组各通道独立的5.1环绕声通道配置:左前通道、右前通道、中间通道、低音效果通道、左环绕和右环绕通道。
  为电视台提供的国际声将传输上述所有的三层声源。混音时将在前后通道里送去一套听起来非常舒适和比例合适的声源组合,在低音效果通道里传输调整后的低音声源,而中间声道留给各国电视台加入评论员的解说声。前左和前右扬声器呈现的是前方声场,而且与电视屏幕中看到的场景是一致的。声像的定位和移动将随着图像从左向右或从右向左。为高清提供的环境气氛将通过独立的传声器采集后分配到前、后通道中。来自观众席传声器的延时将产生一种“亲临场馆“效果。
  中间通道通常是分配给评论员或者其他人声的。授权转播机构将把裁判、体育官员以及现场广播员的声音安排在中间通道里,用来增加现场声音制作的信息量。现场广播员的声音在开闭幕式的转播中起着重要的作用,因此,这时应该将把它分配到前方通道里。
  低音效果可以给电视观众带来听觉上的震撼,但是由于低频声能通常比其它频段的能量要大得多,因此会影响平衡,有时甚至会导致过荷失真。有了专门的低音效果通道,就可以解决这个问题。越来越多的授权转播机构喜欢将低频音效加入到低音效果通道,以得到更好的听音效果。他们发现可以在拳击、篮球、柔道等项目中加入低音效果,尤其是开闭幕式和颁奖仪式。
  犹如焰火这样的实况效果,通常会将低频成分滤除后分配到前方立体声、后方立体声通道,而将低频成分分配到低音效果通道。这样,在电视机前的观众可以感受到焰火的真实效果,同时又不至于为了传输过多的低频而使传输通道过载。低音效果通道的一个明显的优势就是使得电视混音在提供像焰火这样的特殊响度效果的同时,还能保持正常的输出通道电平。
  庆典活动和文艺演出的转播也将进行5.1环绕声制作。其中,需要大量的插播音乐和预先的录音片断。有些声源素材也许是立体声的,这时就需要对这些声源素材进行“上行混合”,也就是将立体声信号“转换”到5.1声道里面去。
  B.电台国际声
  由于收听条件的限制,为电台提供的国际声将采用立体声方式,传送左右两路立体声信号。在电台的国际声中,主要提供的是第三层声源—环境气氛声,第一层声源—运动效果声和第二层声源—摄像机传声器拾取的声响都不包含在电台国际声中。当然,也有广播转播机构提出建议,在电台国际声中加入第一层运动效果声响。   立体声声像的分配将按照下述原则:听众的虚拟听音位置与全场主摄像机的位置一致。一般情况下,主摄像机位于主席台的正上方,是体育场馆的物理中心。立体声声像将环境效果声分配在从左到右的整个声线上。
  5. 环绕声的制作系统
  大型体育赛事转播要求声音制作达到5.1环绕声的要求,以北京奥运会为例,转播所采用的音频技术的最大亮点就是5.1环绕声技术。最终也实现了当时计划的目标,在所有的体育项目上都使用5.1环绕声技术进行制作。
  奥运会转播的视音频信号的制作主要是在转播车上完成的。北京奥运会共租用了60辆高清转播车。大部分转播车都具有5.1环绕声制作能力。其装备的设备都是当今最具实力的厂家的产品。如图(6,7)
  在没有5.1环绕声制作能力的转播车所在的场馆,临时搭建了音频机房。在这个音频机房内配置了整套5.1环绕声制作设备。北京奥运会使用的是德国朗沃(LAWO)公司的数字调音台MC2-66和MC2-56(见图8),配以Dallis Stagebox输入输出接口箱(见图9)和HD Core 中央处理器(见图10)。环绕声监听扬声器则选配芬兰名牌产品真力GENELIC 2-Way系列(见图11)和低频音箱及德国名牌产品亚当ADAM A7系列(见图12)和低频音箱。
  6.音频传输方案
  在现场拾取的音频信号分成三组分别进行制作和传输。
  摄像机上的传声器信号通过“音频嵌入视频“的方式通过摄像机电缆与视频信号一起传送到转播车,与录像机重放的音频信号编在一组;独立安装的传声器,分成两组,场地音频信号和观众音频信号,通过音频线缆直接传输到转播车上的调音台,或者首先传输到音频机房的调音台上进行调音。作为电视台国际声的部分将通过“音频嵌入视频“电路嵌入到视频通道,与摄像机上的传声器信号一起制作成电视台国际声,送往综合区的技术机房;作为电台国际声的部分,必要时要先进行延时再送往综合区的技术机房。
  由于大型体育赛事的电视转播将采用5.1环绕声制式,而广播电台采用立体声制式进行音频信号的采集和传输,因此,整个传输系统的构成将非常复杂。通过征求各国转播机构的意见,目前准备采用“分段独立传输”方式。具体描述如下:
  音频信号被分成两类进行输出,一类是主输出信号,是各国转播机构需要的国际声,其中电视台国际声,采用5.1环绕声制式进行合成,这里面包含了所有采集的声源信息,并以独立的6通道方式输出;而电台国际声则采用立体声制式进行混合,里面主要包场馆内扩声和观众效果声,以两通道方式输出。另一类是中间输出信号,其中包括各种分组声源的5.1环绕声,以独立的6通道方式输出,各种分组声源的立体声,以两通道方式输出,以及各采集声源的独立信号,以单声道方式输出。
  (二)评论声采集和传输系统
  评论声采集和传输系统的主要任务则是将位于比赛场馆内和场馆外(比如国际广播中心内)的评论员的解说声采集并最终传输给对应国家的转播商,作为广播电台体育转播节目中唯一的可懂信息;也作为电视台体育转播节目中结合画面的重要声音信息。与此同时,还要为各国转播商的演播室和该国评论员之间、主转播机构内部工作人员之间建立双向通话回路。
  评论声采集和传输系统的前端,也就是比赛场馆内,主要由评论员传声器、评论员耳机、评论员终端、评论声多通道监听控制单元、分配矩阵、多路复用器及音频数字信号传输网(E1)组成。见图(13)。这个系统的设备、设施都安装在评论员席以及距离评论席很近的评论声控制室内。见图(14,15)。
  北京奥运会和广州亚运会的评论席系统均采用的是西班牙AEQ公司生产的系列产品,包括:评论员单元CU(见图16)、监听和控制单元CCU(见图17)、多路复用器RANGER(见图18)、四线通话单元4W-BOX(见图19)等设备。
  评论声采集和传输系统的用户端,也就是国际广播中心内,主要由多路复用器、分配矩阵、监听和电平检测接插盘阵、音频分配放大器组成。见图(20)
  以上就是笔者以自身参与的几项大型体育赛事为例,谈谈在大型体育赛事转播中音频系统的规范和采用的技术,供同行分享和指正。
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