MLT媒体程序框架03：滤镜——loudness

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已于 2025-03-05 18:05:56 修改 · 743 阅读

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#媒体 #c++ #算法

于 2025-03-05 17:54:49 首次发布

EBU R.128协议

引用链接
EBU的全称为European Broadcasting Union ，既欧洲广播联盟，为欧洲与北非各广播业者（包含广播电台与电视台）的合作组织，成立于1950年2月12日,有五十多个正式加盟国,总部位于瑞士日内瓦,目前中国是EBU的准会员。
EBU R.128实质上是欧洲广播联盟出的一个关于响度控制的建议书,该建议书在ITU-R BS.1770标准的(国际广播联盟规定的音频节目响度及真峰值的测量算法)基础之上，对响度的被测主体、积分窗长等细节作了更加明确的定义。

响度和动态范围的定义与相关的计量单位

响度(Loudness)的定义：在声学中，响度是人对声音压力的主观感受,也是听觉的一种属性，根据这种属性，可以对声音进行排序，如从安静排列到响亮，亦或者从响亮排列至安静。响度虽是声音的物理属性，但其却与听者的生理感受，心理感受息息相关，准确来说这属于心理物理学的范畴了。
音量单位dBFS与dB：首先dBFS与dB都是分贝的意思，而分贝一般指的就是音量大小。 dBFS全称decibels relative to full scale,什么叫full scale呢？既是满刻度，具体来讲是将0作为这种满刻度单位的最大值（也就是说此类值均为负数），凡是带FS后缀的计量单位都可这样理解（如LUFS或LKFS）。dB常用来形容一个音量到目标音量的“距离”，比如需要将一个信号从-4dBFS提升至-1dBFS，那么就需要对-4dBFS做3dB的提升操作。在业界，dBFS常被简称为dB，如-4dB等等。
动态范围：用通俗不严谨的话来说，动态范围指的是最大音量与最小音量之间的“距离”值，这个“距离”值就被称为动态范围，比如一段音频中的最大音量为-2dBFS,最小音量为-8dBFS,那么它的动态范围就是6dB。站在AD转换器的角度来说，动态范围指的是信号可以达到的最大不失真电平与本底噪声的差值。
EBU响度单位LUFS： LUFS的全称为Loudness units relative to full scale，既相对完整刻度的响度单位。广电行业中，LUFS是有一个目标响度值的，那就是-23LUFS，该值是广播世界的终极响度参考值！LUFS的数值越大，其响度就越大。至于为什么是-23LUFS，笔者暂未做深入研究。另外，LKFS是国际广播联盟用的单位，与LUFS差不多。
EBU响度单位LU： LU的全称为Loudness units，通常1LU“等同于”1dB（仅仅是理解层面上的“相等”），常用来形容两个LUFS之间的“距离”,如-25LUFS与-18LUFS间差了7LU。综上所述，dBFS与LUFS, dB与LU，虽测量算法不同，但其含义却是相似的。

响度示值，响度范围和真峰值的介绍

瞬时响度 Momentary Loudness：瞬时响度指的是400MS(毫秒)内的响度，并每过100ms进行一次更新，响应相当灵敏。
短期响度 Short Term Loudness：短期响度是提取3秒以内的信号，表达的是3S内的平均响度。
综合响度 Integrated Loudness：综合响度指的是整段音频的平均响度。
响度范围 Loudness Range：响度范围，经常被简称为LRA，其代表的是两个LUFS之间的“距离”，如一段音频的最小响度为-25LUFS，最大响度为-18LUFS，其间差了7LU，既代表该音频的响度范围为7LU。响度范围与动态范围表达的是一个意思，只是测量方法不一样。
真峰值 True Peak：在说真峰值之前，先用通俗的话来说说峰值是什么，峰值就是波形振幅的波峰值（波形有波谷和波峰之分），说白了就是波形瞬态的最大电平值。那为什么要在峰值之前加个“真”字呢？原因是这样的，以前有一种峰值测量方法，只有当峰值的持续时间超过一定的时间时（通常是几毫秒），才会计算出比较准确的峰值，这种测量算法被称为准峰值（QPPM）。而EBU给出了一种新的算法，无论它的持续时间有多短，都能正确的测量出其波形的真实峰值水平，故此，称其为真峰值。那么响度表中的真峰值指示条是用来干嘛的呢？它是用来检测信号有没有过载的，一旦信号过载就会被削波造成信号失真，正因如此，EBU给出建议为真峰值不要超过-1dBTP，目的就是防止信号产生过载削波，其单位为dBTP(dB True Peak真实峰值），对应的值是dBFS值。

双遍滤镜(loudness)

主要用于音频向度的精准标准化，其核心作用是通过两次处理（Double Pass）分析音频特征并应用目标响度参数，确保输出音频符合行业标准（如EBU R128 或 ITU-R BS.1770），同时优化动态范围控制

使用方式

One Pass: 调用滤镜分析得到result

std::string AudioAnalyze::analyzeAudio(const std::string &path,int trimIn,int trimOut) {
   
   
    Producer producer(getGlobalProfile(), nullptr,path.c_str());
    if(producer.get_length() <= 1 || producer.get_int("audio_index") == -1){
   
   
        std::cout << "analyzeAudio no effect"  << std::endl;
        return "";
    }
    if(trimOut > 0){
   
   
        producer.set_in_and_out(trimIn,trimOut);
    }
    Filter filter(getGlobalProfile(),"loudness");
    filter.set("program",-29);
    producer.attach(filter);

    Consumer consumer(getGlobalProfile(), "null");
    consumer.set("terminate_on_pause",0);
    consumer.connect(producer);
    consumer.start();
    while (!consumer.is_stopped()) {
   
   
       // ignore
        if(filter.property_exists("results")){
   
   
            const char *results = filter.get("results");
            if(results != nullptr) {
   
   
                std::cout << "analyzeAudio results:" << results << std::endl;
                consumer.stop();
                return results;
            } else {
   
   
                std::cout << "analyzeAudio results:" << "error: key is null" << std::endl;
                return "";
            }
        }
    }
    return "";
}

Two Pass: 把result写入滤镜参数中，则会自动调整目标响度

std::shared_ptr<Filter> loudnessFilter{
   
   nullptr};
if (!results.empty()) {
   
   
    loudnessFilter = std::make_shared<Filter>(getGlobalProfile(), "loudness");
    loudnessFilter->set("program", configuration.aiDefaultLoudness);
    loudnessFilter->set("disable", 0);
    loudnessFilter->set("reload", 1);
    auto length = results.length() + 1;
    char *result = (char *) malloc(results.length() + 1);
    memcpy((void *) result, (const void *) results.c_str(), results.length());
    result[length - 1] = '\0';
    loudnessFilter->set("results", result);
}
loudnessFilter->set_in_and_out(trimIn, trimOut);
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