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深度 | 解析DTS:X临境音的技术特色

2018/10/17 15:57:35      来源:艾维电影网
[提要]当今沉浸式电影环绕声还音系统正愈来愈广泛地在影厅布局。除了给电影创作者带来更丰富的创作手法和表现形式外,也给观众带来了前所未有的观影体验,当然也成了影院吸引观众增加收入的一项法宝。

艾维电影网讯  当今沉浸式电影环绕声还音系统正愈来愈广泛地在影厅布局。除了给电影创作者带来更丰富的创作手法和表现形式外,也给观众带来了前所未有的观影体验,当然也成了影院吸引观众增加收入的一项法宝。


所谓沉浸式电影环绕声,就是结合画面影像,用声音作为工具来刻画创作者所要烘托的现场氛围,其中要表达某一声音对象的位置和运动轨迹,这种表达应该是尽可能接近现实世界的真实有的甚至超过。


一直以来,人们期望用声音的手段来记录和还原现实世界。1898年,人类发明了磁记录录音技术;1931年发明了双声道立体声录音技术;1939 年,由迪斯尼公司投拍的动画片《幻想曲》(Fantasia)就率先采用了多音轨录制和多声道回放技术;1975 年,Dolby 实验室针对电影音轨,发明了Dolby 立体声技术;1992年,DTS基于CD-ROM记录的数字5.1声道电影环绕声技术问世;同年,Dolby SR?D和Sony SDDS电影数字立体声技术相继问世;1998年Dolby SR?D EX,2000年DTS-ES扩展的电影数字立体声技术相继进入商用。


从这些电影还音技术的发展来看,都沿用了一个如何用多声道技术更好地还原更多声音信息以配合影像画面,给观众提供身临其境感受的发展轨迹。据悉,国际上采用最多声道的立体声制式是NHK(日本放送协会)的22.2声道技术。当然,声道数越多记录的信息越丰富,越容易呈现环绕声场,同时也给记录载体、编解码技术及与电影的融合带来考验,因此并非是最好地电影沉浸式环绕声的解决方案。


经过一段时间的努力,杜比实验室在2012年发布了基于声音对象和声道技术的Dolby Atmos沉浸式电影环绕声解决方案,一时引起业界极大关注,不少影院开始装备。


2015年,DTS公司也发布了新一代沉浸式环绕声技术—DTS:X。基于DTS最大程度提高系统音质的传统,DTS:X目标是呈现完全沉浸式的聆听体验。


本文就DTS:X多维音频技术做一介绍。


DTS:X是开放的新一代沉浸音编解码标准,同时也是基于声音对象的多维空间音频技术。与现有的5.1/7.1环绕声系统不同,DTS:X音频不再受到固定位置的扬声器布局或具体声道信号的束缚,能根据回放环境的不同进行灵活配置声道与音箱,从而获得在该环境下最佳的音质表现(被称为“渲染技术”)。它能够在观众周围的精确位置点上营造逼真的声音效果,缔造更为丰富的声音场景。可以说,不管声音是在观众的前面,后面,头顶或者身边,DTS:X都能精准无误的在电影院或者家庭影院环境里按照声音原本所处的位置定位每一个声音细节。


鉴于GDC(环球数码创意科技有限公司)在电影行业的影响力和设备研发能力,2015年DTS:X的商业影院版本由GDC提出了技术解决方案并进行推广,命名为DTS:X临境音。截止2018年7月,全球已安装及签约安装的影厅数量超过900个,超过180部影片专门做了DTS:X 临境音格式,全球具有制作DTS:X 临境音的混音室/录音棚超过60个,这些数据足见DTS:X 临境音在影视发烧界、注重观影体验的观众面前所受到的热捧。


DTS:X临境音格式旨在实现电影音轨的创作、传送和播放时,不仅具有高度维度,还通过将独立信号直接传送到影厅的每个扬声器,从而提升主要扬声器之间的方向性。



DTS:X 使用“对象”音频而不是传统声道来传送音轨。对象是任何时长的音频段,带有描述声音在声场所处位置的相关元数据。从而更容易将音轨放到不同位置的不同扬声器,并仍然保持声音的正确平衡,(“downmix”即“下变换”很难实现这一点)。这是通过DTS:X内建的“渲染器”来实现的,该“渲染器”根据影厅里每支扬声器的位置而设置,使音轨能够最好地利用可用扬声器,从而实现预期效果。


前面说过,基于声道的沉浸式环绕声技术由于声道本身的局限性,很难适应不同场合的优质还原,因而新一代技术都采用了基于声音对象的表达还原方式。DTS:X 临境音就是在声道系统基础上进行改进的重要环绕声编码技术。它可以对整个声音空间之中任意一个对象的声音进行录制,记录每一点声效的坐标位置、声像大小与位移时间等重要信息的元数据。 因此,与声道式系统不同的是,在多声道系统中增加扬声器不是为了弥补声场表现的不足,而是可以增加更多的声音细节。所谓声音对象就是在一个场景中,由不同的人或物体所发出的声音,比如开门的声音,鸟叫的声音、汽车引擎的声音、飞机盘旋的声音…等等,通常从创作的角度被称作声音元素。声音元素是电影艺术家创作的基本立足点,创作者的任务是根据剧情考虑该片段中需要出现的声音元素及其表现形式。在完成创作后的音频编辑阶段,基于传统声道系统的做法是根据目标回放系统声道的数量来确定声音元素在每个声道的分配与还原。但是,在影院观众厅,我们关注的不是某一个声道还原的声音,而是整个回放系统的表现效果。因此,基于DTS:X声音对象的做法是根据声音元素表达的精确方位,分配并指定某个或多个音箱来发声。


例如,某一声音对象可以用基于3D 空间坐标轴(X,Y,Z 或 Φ,Θ,r )中的三个矢量来表述,即可以通过影厅中的基础层和高位环绕层音箱所定位。如下图所示:


不同扬声器组成的三角形可以用于在3D空间中创建“虚拟声源”。如果要表达声音对象的移动,可以通过基于矢量的摆幅定位 (VBAP)来实现。


如下图中 ,声音对象的声像“P” 在坐标中的位置使用3 组音箱所构成的三角形“L145”来表达。


当P由当前位置向头部的右前方移动至L345或L235这两个三角形所在区域时,我们可以通过它们各自包含的音箱组合来配合还原它的移动效果。


DTS:X临境音强调上方声场布局的重要性,只要节目源是这些音效编码技术原生录制的。就能展现出细腻而颇具张力的上方声场细节刻画。


DTS:X临境音就是通过这样的机理,呈现多个声音对象在空间的位置,从而给观众带来沉浸感,这样的渲染技术也是DTS:X临境音的核心技术之一。它需要依赖更高运算性能的处理器对其进行解码后渲染处理,运算器对节目源内每一个声音对象的信息进行获取并解码,通过不同影厅扬声器的不同配置,得到一个扬声器配置文件,通过DTS:X处理器为每个扬声器和扬声器阵列推送相应的声音信号,并分配到相对应位置的扬声器上,以实现与声道式音效完全不同的听觉体验。


由此得出两点结论:一是DTS:X临境音进行声音对象的空间定位是通过它的渲染技术实现,而渲染模式是根据影厅扬声器配置文件确定;二是不同影厅可以有不同的扬声器配置及装挂方式,也就可以动态形成不同的配置文件。这就是DTS:X临境音可以在不同影厅或不同扬声器布置的情况下,通过渲染得到最佳的音效还原效果。这大大降低了对影厅尺寸大小的要求,也使得音箱的配置和安装更为灵活。


此外,DTS:X临境音还具有下面4个优势:


1.上变换功能: 可以将片花、广告片等上变换为沉浸式音效。


2.无损音质:DTS在无损音质方面的出色表现一直倍受业界推崇和肯定。DTS:X临境音也秉承了对无损编码内容的支持,以确保用户获得最佳体验。就目前DCI规范不适合高码率编码,DTS:X同样可以进行高品质的压缩。


3.无须专门的音频解码器。GDC研发的新一代影院播放服务器内置DTS:X 临境音解码器,省却了专门的外置音频解码器,使得系统可靠性和设备成本大幅下降。


4.独立的均衡(EQ)和低音管理。GDC推出的XSP—1000影院音效处理器,具有各声道自动均衡 (Auto-EQ)和 响度校准。Auto-EQ使用用户定义的麦克风校准文件和标准, 或用户定义的均衡曲线, 以自动调整每个声道上的图形均衡器。低噪音数字处理功能,采样率高达96KHZ,符合 SMPTE 行业标准。这不但可以确保出色的音质,而且声音能更好地反映创作者的意图。


DTS:X临境音技术上的优势,还体现在影厅中扬声器的配置


在新建影厅时,我们可以按照最优配置,设置头顶音箱,另外按照5.1/7.1声道配置环绕音箱和银幕主音箱。当然对象音轨发挥重要作用的另一个因素,在于环绕声扬声器需要扩展低频响应。因此相较传统5.1系统,需要增加与银幕主音箱相同的环绕次低音箱,同时要求环绕音箱具有更好的声音覆盖和声压级表现。


而在升级改装DTS:X临境音系统的影厅,则可以不配置头顶音箱,而是用高位环绕音箱代替,并增加靠近银幕侧的环绕音箱和环绕次低音箱就能满足要求。


尽管不同大小影厅的音箱布置不同,但只要我们把音箱配置文件参数导入解码器中,依旧能进行DTS:X临境音渲染,提供最佳的音效输出。


DTS:X临境音推出仅3年,就以它的出色音质(高取样率96KHZ,低压缩率);高集成度(与GDC服务器一体);灵活的影厅适应性(影厅大小、音箱配置灵活)带来的高性价比优势获得了快速发展,在满足观众优质观影的同时,可为影院带来票房的提升。

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