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Loudness, Niveaux et Dynamique...
Vers une amélioration des standards
Anaïs LIBOLT

Dolby




        15 Novembre 2011
        Dolby and the double-D symbol are registered trademarks of Dolby Laboratories. All other trademarks remain the property of their respective owners. © 2010 Dolby Laboratories, Inc. All rights reserved.
Sommaire
 Qu’est ce que le loudness?

 Mesurer le Loudness

 Loudness standards

 Quelques définitions

 Affichage

 Contexte Français
    Le mixage
    La diffusion

 Flux Dolby

 Résultat final

       Loudness, Niveaux, Dynamique…
Qu’est ce que le Loudness?

    Le Loudness est une mesure subjective :
       Des personnes différentes n’ont pas la même perception du
       loudness.

    Le loudness donne une valeur qui reflète l’intensité sonore
    perçue.

    Le principe est de construire un filtre qui modèlise le
    fonctionnement de l’oreille humaine en matière de perception
    d’intensité.

    Le loudness d’un programme correspond a son niveau moyen.

    Plusieures techniques sont utilisées en fonction de l’application
    (cine, sono, TV…)


          Loudness, Niveaux, Dynamique…                     Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories

3
Mesurer le Loudness
    L’algorithme définit dans l’ITU-R.BS 1770 pour mesurer le loudness
    applique un filtre passe-haut et effectue
    une sommation d’énergie sur
    toute la durée de la mesure.

    Le filtre RLB
        Simple a implémenter
        Bon résultats en tests subjectifs




    Pré-filtrage
        Tient compte des effets accoustiques
        de la tête


                                                Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories
           Loudness, Niveaux, Dynamique…
4
Mesurer le Loudness
    La mesure de loudness s’exprime en :
       LU sur une échelle relative
       LKFS sur une échelle Full Scale (selon ITU-R 1770)

    Pondération des différents canaux en 5.1




       Le LFE n’est pas inclus dans la mesure



    NB: Une sinusoïde d’1kHz a 0dBFS = 3.01 LKFS


                                                  Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories 5
          Loudness, Niveaux, Dynamique…
5
Mesurer le Loudness
 Dernière étape de la mesure de loudness : la Gate (porte).

 La Gate filtre les éléments qui ont un loudness trop faibles et
 qui fausseraient la mesure

 Elle agit 10 dB sous le niveau Long Term (Integrated).
       Lors d’une mesure d’1H de programme, la mesure intégrée varie peu à peu
       et la gate se situe toujours 10 dB en dessous, rejetant en permanence les
       éléments trop faibles. C’est une Gate relative, qui varie avec la mesure
       Integrated.




        Loudness, Niveaux, Dynamique…                                              6
Mesure en True Peak
        La mesure en True Peak est une mesure qui prédit le niveau du
        signal entre 2 échantillons.
        Elle peut être plus élevée (ou plus faible) que la valeur crête la plus
        élevée d’un échantillon
        Les Audio Meters sur-échantillonent 4x, ce qui permet de mesurer en
        True Peak
        Les autres types de mesures
        peuvent sous-evaluer le niveau du
        signal, spécialement dans les hautes
        fréquences.
        NB : L’ITU-R BS 1770-2 fournit une
        méthode pour mesurer en True Peak.




                                                         Vision 10, 8 Avril 2010
                Loudness, Niveaux, Dynamique…
7
    7
Loudness Standards / Recommendations
    ITU-R.BS 1770-2
       Algorithms to measure audio program loudness and true-peak
       audio level
       Mesure pondérée K avec Gate à -10 dB, exprimée en LKFS
       Défini la mesure True Peak
       NB: la version 1770-1 est identique sauf qu’elle n’implémente
       pas la Gate

    EBU R128, Loudness normalisation and permitted maximum level
    of audio signals
       basée sur l’ITU-R 1770-2.
       Propose d’utiliser les unités LU & LUFS (TECH 3341)
       Définit un niveau cible à -23 LUFS +/- 1 dB
       Indicateur Loudness Range (LRA)
       Niveau crête max à -1 dBTP
                                                  Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories
          Loudness, Niveaux, Dynamique…
8
Loudness Standards
    ATSC A/85 RP
      Techniques for Establishing and Maintaining Audio Loudness for Digital
      Television
      Basée sur l’ITU-R 1770-1
      Target level à -24 LKFS +/- 2, basée sur détection d’élément ancre
      (anchor), souvent le dialogue.
      Niveau crête max à -2 dBTP

    CST RT-017,
      Basée sur l’EBU R128,
      Conseils de mixage:
         Excursion de l’indicateur Short Term 3s (programmes longs / courts)
         Loudness Range Max à 20 dB
         Niveau crête max à -3 dBTP




                                                     Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories
         Loudness, Niveaux, Dynamique…
9
Loudness Standards - Imbrications
                          USA                    Europe



                                  ITU-R 1770-2

                                           Gate -10
                                         Safety Gate -70      EBU R128
          ATSC A85                        Unité en LU

        Mesure à partir
                                                                  LUFS proposé
        d’un élément
                                                                  LRA descriptor
        ancre




                                  ITU-R 1770-1
                                Au centre de tous
                                    les textes
                                                       Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories
       Loudness, Niveaux, Dynamique…
10
Quelques definitions…
     Loudness cible (Target Loudness)
     Valeur à atteindre pour le loudness moyen à la fin du programme / de la mesure.

     Loudness Integrated / Long Term :
     C’est la mesure de loudness faite sur une longue période. Implique un Start/stop
     pour définir la mesure. C’est une moyenne.

     Loudness Short Term
     C’est une mesure de loudness qui intègre les 3 dernières secondes (défini par
     EBU). Un Meter short Term affiche le niveau moyen des 3 dernières secondes. Il
     donne une idée de l’évolution du niveau du programme et de sa dynamique. Le
     loudness Short Term est mesuré sans la gate,
     NB: certains instruments permettent aussi un Short Term sur 10sec.

     Loudness Momentary
     C’est une mesure de loudness (sans gate) intégrée sur 400 ms (definition EBU).
     Sert de “Vu-mètre” agrémenté de la pondération ITU. Peu utilisé actuellement.
                                                       Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories
            Loudness, Niveaux, Dynamique…
11
11
Quelques definitions…
LKFS
   “Loudness K-weighted relative to full scales”. Se dit pour une mesure effectuée
   par un équipement qui implémente l’algorithme ITU-R BS.1770 (v. 1&2)

LU / LUFS
   LU = Loudness Unit. Unité de mesure du loudness.
   LUFS = Loudness Unit relative to Full scale.
   Quantifie une mesure de loudness comme définie dans l’ITU BS.1772-2
   Graduation par pas de 1 dB
   C’est la proposition de l’EBU à l’ITU d’harmoniser la notation et d’écrire LU &
   LUFS au lieu de LU & LKFS. N’a pas encore été retenu par l’ITU qui utilise
   toujours LKFS (au 15/11/11)!

Safety Gate
   Une Safety Gate avec un seuil absolu à -70 LUFS évite de prendre en compte les
   silences dans la mesure de loudness.
   Elle évité également que la mesure du Loudness ne démarre quand le
   programme audio commence.

                                                           Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories
         Loudness, Niveaux, Dynamique…
Quelques definitions…
  Loudness Range (LRA)
  distribution statistique des intensités sonores courtes durées
  mesurées dans une séquence audio
  S’exprime en dB, quantifie l’aspect dynamique du programme
  Définition dans le document TECH3342
  Se base sur la mesure Short Term 3s
  Filtre avec une gate fixe à -70 LUFS
  Utilise une gate relative à -20 pour
  évacuer le bruit de fond de la mesure
  On ne prend en compte que les
  données situées entre le 1Oème et le
  95ème centile
  Ne conserve que les signaux utiles
  (des signaux les plus faibles - hors
  bruits de fond - aux signaux les plus
  forts - hors bruits forts ponctuels).
       Loudness, Niveaux, Dynamique…                               13
Affichage / Echelle
  Affichage numérique ou sur une échelle

  2 échelles relatives proposées par l’EBU en cas d’affichage sur
  bargraphe, selon les besoins dynamiques:




        Loudness, Niveaux, Dynamique…                               14
Contexte Français - Mixage
                                CST RT-17 V2 : définissait le loudness
                                par rapport à la détection de dialogue, à
                                -25 LKFS




                                CST RT-17 V3 : définit
                                le loudness par rapport
                                à la fonction Gate
                                (R128) à -23 LUFS
                                ⇒ La tolérance pour
                                ce niveau cible est de:
                                • +/- 1 dB pour pgms
                                    longs
                                • 0 dB pour pgms
                                    courts (≤ 2 mn)


      Loudness, Niveaux, Dynamique…                                         15
Loudness cible pour le mixage
     Dialogues: ± 7 LU mesuré en short term 3s autour de la valeur cible du
     Loudness -23 LUFS

     la valeur du LRA doit être inférieure ou égale à 20 LU (voir EBU Tech 3342)


     Niveau des crêtes : -3
     dBTP (True Peak)

     Programmes courts :

Contrainte de dynamique: Le
Short term 3s ne doit pas
dépasser + 3 LU au-dessus de
-23 LUFS




                                                      Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories
            Loudness, Niveaux, Dynamique…
16
Contexte Français - diffusion
Le CSA publie au Journal Officiel d’Octobre
2011:

   Loudness cible à -23 LUFS sur une
   journée pour une chaîne.

   Pour la pub:
    1er Jan 2012: Loudness moyen à
    -22 LUFS avec un maximum mesuré
    en Short Term 3s à -18 LUFS
    1er Janv 2013: Loudness moyen à
    -23 LUFS avec un maximum mesuré
    en Short Term 3s à -20 LUFS

   Ce texte ne concerne que les
   diffuseurs. Les livraisons de
  programme se font à -23 LUFS

          Loudness, Niveaux, Dynamique…       CONFIDENTIAL   17



                                              INFORMATION
Flux Dolby
  Dans les métadonnées Dolby on remplace le Dialogue Level par le
  loudness Integrated (1770-2)

  Si le mixage répond bien aux normes, la valeur dans les
  métadonnées sera -23

  Si le mixage ne répond pas au normes, la valeur dans les
  métadonnées doit être la valeur Integrated mesurée selon la R128




        Loudness, Niveaux, Dynamique…                                18
Résultat final
  Continuité sur les chaînes FR

  Continuité entre chaînes FR

  Continuité entre chaînes européennes qui
  respectent la R128

  Chaînes étrangères dans bouquets DVB et
  IPTV: règle de correction du loudness (EBU
  TECH 3344) :
     Découper 24h en plages d’1H,
     mesurer le loudness de chaque plage,
     loudness moyen du service = moyenne des
     plages dont le niveau est ≤ Max -2dB
     Appliquer correction pour revenir au target



        Loudness, Niveaux, Dynamique…              19
Ecouter
   Les problèmes de niveau sur la TV et la radio DVB et IP
   seront résolus

   L’AVR reste une plateforme multi formats et multi I/O

   Toujours pertinent d’avoir des solutions de traitement audio
   dans les appareils grands public pour améliorer l’expérience,
   Exemple de plateforme MS11 de Dolby avec Dolby Volume:

                                                            Dolby Digital
                                                         Streamed to PC
      TNT HD
 5.1 Dolby Digital Plus

      Satellite
   5.1 Dolby Digital
                                                                            Dolby Digital vers Ampli
  Internet Radio                                                            avec système 5.1
   Stereo HE AAC                                       5.1 Encoder
  PC Streaming
  Stereo MP3, WMA

                                               System sounds
                                               triggered from remote


               Loudness, Niveaux, Dynamique…

                                                                 CONFIDENTIAL                          20
Une problématique universelle…
On peut faire des analogies image / son!

   Composition fréquentielle du son /Teinte, Saturation

   Dynamique sonore / Luminosité, Contraste

   Adapter un mixage à un système de reproduction / adapter une
   image à un écran (plage de couleurs, de lumières)

   Garantir la reproduction de l’intension artistique en permettant une
   anticipation de la restitution

   Image et mixage dynamiques:




         Loudness, Niveaux, Dynamique…                                    21
MERCI !




          22

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  • 1. Loudness, Niveaux et Dynamique... Vers une amélioration des standards Anaïs LIBOLT Dolby 15 Novembre 2011 Dolby and the double-D symbol are registered trademarks of Dolby Laboratories. All other trademarks remain the property of their respective owners. © 2010 Dolby Laboratories, Inc. All rights reserved.
  • 2. Sommaire Qu’est ce que le loudness? Mesurer le Loudness Loudness standards Quelques définitions Affichage Contexte Français Le mixage La diffusion Flux Dolby Résultat final Loudness, Niveaux, Dynamique…
  • 3. Qu’est ce que le Loudness? Le Loudness est une mesure subjective : Des personnes différentes n’ont pas la même perception du loudness. Le loudness donne une valeur qui reflète l’intensité sonore perçue. Le principe est de construire un filtre qui modèlise le fonctionnement de l’oreille humaine en matière de perception d’intensité. Le loudness d’un programme correspond a son niveau moyen. Plusieures techniques sont utilisées en fonction de l’application (cine, sono, TV…) Loudness, Niveaux, Dynamique… Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories 3
  • 4. Mesurer le Loudness L’algorithme définit dans l’ITU-R.BS 1770 pour mesurer le loudness applique un filtre passe-haut et effectue une sommation d’énergie sur toute la durée de la mesure. Le filtre RLB Simple a implémenter Bon résultats en tests subjectifs Pré-filtrage Tient compte des effets accoustiques de la tête Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories Loudness, Niveaux, Dynamique… 4
  • 5. Mesurer le Loudness La mesure de loudness s’exprime en : LU sur une échelle relative LKFS sur une échelle Full Scale (selon ITU-R 1770) Pondération des différents canaux en 5.1 Le LFE n’est pas inclus dans la mesure NB: Une sinusoïde d’1kHz a 0dBFS = 3.01 LKFS Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories 5 Loudness, Niveaux, Dynamique… 5
  • 6. Mesurer le Loudness Dernière étape de la mesure de loudness : la Gate (porte). La Gate filtre les éléments qui ont un loudness trop faibles et qui fausseraient la mesure Elle agit 10 dB sous le niveau Long Term (Integrated). Lors d’une mesure d’1H de programme, la mesure intégrée varie peu à peu et la gate se situe toujours 10 dB en dessous, rejetant en permanence les éléments trop faibles. C’est une Gate relative, qui varie avec la mesure Integrated. Loudness, Niveaux, Dynamique… 6
  • 7. Mesure en True Peak La mesure en True Peak est une mesure qui prédit le niveau du signal entre 2 échantillons. Elle peut être plus élevée (ou plus faible) que la valeur crête la plus élevée d’un échantillon Les Audio Meters sur-échantillonent 4x, ce qui permet de mesurer en True Peak Les autres types de mesures peuvent sous-evaluer le niveau du signal, spécialement dans les hautes fréquences. NB : L’ITU-R BS 1770-2 fournit une méthode pour mesurer en True Peak. Vision 10, 8 Avril 2010 Loudness, Niveaux, Dynamique… 7 7
  • 8. Loudness Standards / Recommendations ITU-R.BS 1770-2 Algorithms to measure audio program loudness and true-peak audio level Mesure pondérée K avec Gate à -10 dB, exprimée en LKFS Défini la mesure True Peak NB: la version 1770-1 est identique sauf qu’elle n’implémente pas la Gate EBU R128, Loudness normalisation and permitted maximum level of audio signals basée sur l’ITU-R 1770-2. Propose d’utiliser les unités LU & LUFS (TECH 3341) Définit un niveau cible à -23 LUFS +/- 1 dB Indicateur Loudness Range (LRA) Niveau crête max à -1 dBTP Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories Loudness, Niveaux, Dynamique… 8
  • 9. Loudness Standards ATSC A/85 RP Techniques for Establishing and Maintaining Audio Loudness for Digital Television Basée sur l’ITU-R 1770-1 Target level à -24 LKFS +/- 2, basée sur détection d’élément ancre (anchor), souvent le dialogue. Niveau crête max à -2 dBTP CST RT-017, Basée sur l’EBU R128, Conseils de mixage: Excursion de l’indicateur Short Term 3s (programmes longs / courts) Loudness Range Max à 20 dB Niveau crête max à -3 dBTP Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories Loudness, Niveaux, Dynamique… 9
  • 10. Loudness Standards - Imbrications USA Europe ITU-R 1770-2 Gate -10 Safety Gate -70 EBU R128 ATSC A85 Unité en LU Mesure à partir LUFS proposé d’un élément LRA descriptor ancre ITU-R 1770-1 Au centre de tous les textes Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories Loudness, Niveaux, Dynamique… 10
  • 11. Quelques definitions… Loudness cible (Target Loudness) Valeur à atteindre pour le loudness moyen à la fin du programme / de la mesure. Loudness Integrated / Long Term : C’est la mesure de loudness faite sur une longue période. Implique un Start/stop pour définir la mesure. C’est une moyenne. Loudness Short Term C’est une mesure de loudness qui intègre les 3 dernières secondes (défini par EBU). Un Meter short Term affiche le niveau moyen des 3 dernières secondes. Il donne une idée de l’évolution du niveau du programme et de sa dynamique. Le loudness Short Term est mesuré sans la gate, NB: certains instruments permettent aussi un Short Term sur 10sec. Loudness Momentary C’est une mesure de loudness (sans gate) intégrée sur 400 ms (definition EBU). Sert de “Vu-mètre” agrémenté de la pondération ITU. Peu utilisé actuellement. Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories Loudness, Niveaux, Dynamique… 11 11
  • 12. Quelques definitions… LKFS “Loudness K-weighted relative to full scales”. Se dit pour une mesure effectuée par un équipement qui implémente l’algorithme ITU-R BS.1770 (v. 1&2) LU / LUFS LU = Loudness Unit. Unité de mesure du loudness. LUFS = Loudness Unit relative to Full scale. Quantifie une mesure de loudness comme définie dans l’ITU BS.1772-2 Graduation par pas de 1 dB C’est la proposition de l’EBU à l’ITU d’harmoniser la notation et d’écrire LU & LUFS au lieu de LU & LKFS. N’a pas encore été retenu par l’ITU qui utilise toujours LKFS (au 15/11/11)! Safety Gate Une Safety Gate avec un seuil absolu à -70 LUFS évite de prendre en compte les silences dans la mesure de loudness. Elle évité également que la mesure du Loudness ne démarre quand le programme audio commence. Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories Loudness, Niveaux, Dynamique…
  • 13. Quelques definitions… Loudness Range (LRA) distribution statistique des intensités sonores courtes durées mesurées dans une séquence audio S’exprime en dB, quantifie l’aspect dynamique du programme Définition dans le document TECH3342 Se base sur la mesure Short Term 3s Filtre avec une gate fixe à -70 LUFS Utilise une gate relative à -20 pour évacuer le bruit de fond de la mesure On ne prend en compte que les données situées entre le 1Oème et le 95ème centile Ne conserve que les signaux utiles (des signaux les plus faibles - hors bruits de fond - aux signaux les plus forts - hors bruits forts ponctuels). Loudness, Niveaux, Dynamique… 13
  • 14. Affichage / Echelle Affichage numérique ou sur une échelle 2 échelles relatives proposées par l’EBU en cas d’affichage sur bargraphe, selon les besoins dynamiques: Loudness, Niveaux, Dynamique… 14
  • 15. Contexte Français - Mixage CST RT-17 V2 : définissait le loudness par rapport à la détection de dialogue, à -25 LKFS CST RT-17 V3 : définit le loudness par rapport à la fonction Gate (R128) à -23 LUFS ⇒ La tolérance pour ce niveau cible est de: • +/- 1 dB pour pgms longs • 0 dB pour pgms courts (≤ 2 mn) Loudness, Niveaux, Dynamique… 15
  • 16. Loudness cible pour le mixage Dialogues: ± 7 LU mesuré en short term 3s autour de la valeur cible du Loudness -23 LUFS la valeur du LRA doit être inférieure ou égale à 20 LU (voir EBU Tech 3342) Niveau des crêtes : -3 dBTP (True Peak) Programmes courts : Contrainte de dynamique: Le Short term 3s ne doit pas dépasser + 3 LU au-dessus de -23 LUFS Vision 10, 8 Avril 2010 Anaïs LIBOLT, Dolby Laboratories Loudness, Niveaux, Dynamique… 16
  • 17. Contexte Français - diffusion Le CSA publie au Journal Officiel d’Octobre 2011: Loudness cible à -23 LUFS sur une journée pour une chaîne. Pour la pub: 1er Jan 2012: Loudness moyen à -22 LUFS avec un maximum mesuré en Short Term 3s à -18 LUFS 1er Janv 2013: Loudness moyen à -23 LUFS avec un maximum mesuré en Short Term 3s à -20 LUFS Ce texte ne concerne que les diffuseurs. Les livraisons de programme se font à -23 LUFS Loudness, Niveaux, Dynamique… CONFIDENTIAL 17 INFORMATION
  • 18. Flux Dolby Dans les métadonnées Dolby on remplace le Dialogue Level par le loudness Integrated (1770-2) Si le mixage répond bien aux normes, la valeur dans les métadonnées sera -23 Si le mixage ne répond pas au normes, la valeur dans les métadonnées doit être la valeur Integrated mesurée selon la R128 Loudness, Niveaux, Dynamique… 18
  • 19. Résultat final Continuité sur les chaînes FR Continuité entre chaînes FR Continuité entre chaînes européennes qui respectent la R128 Chaînes étrangères dans bouquets DVB et IPTV: règle de correction du loudness (EBU TECH 3344) : Découper 24h en plages d’1H, mesurer le loudness de chaque plage, loudness moyen du service = moyenne des plages dont le niveau est ≤ Max -2dB Appliquer correction pour revenir au target Loudness, Niveaux, Dynamique… 19
  • 20. Ecouter Les problèmes de niveau sur la TV et la radio DVB et IP seront résolus L’AVR reste une plateforme multi formats et multi I/O Toujours pertinent d’avoir des solutions de traitement audio dans les appareils grands public pour améliorer l’expérience, Exemple de plateforme MS11 de Dolby avec Dolby Volume: Dolby Digital Streamed to PC TNT HD 5.1 Dolby Digital Plus Satellite 5.1 Dolby Digital Dolby Digital vers Ampli Internet Radio avec système 5.1 Stereo HE AAC 5.1 Encoder PC Streaming Stereo MP3, WMA System sounds triggered from remote Loudness, Niveaux, Dynamique… CONFIDENTIAL 20
  • 21. Une problématique universelle… On peut faire des analogies image / son! Composition fréquentielle du son /Teinte, Saturation Dynamique sonore / Luminosité, Contraste Adapter un mixage à un système de reproduction / adapter une image à un écran (plage de couleurs, de lumières) Garantir la reproduction de l’intension artistique en permettant une anticipation de la restitution Image et mixage dynamiques: Loudness, Niveaux, Dynamique… 21
  • 22. MERCI ! 22