高 原

國家新聞出版廣電總局203臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

前 言

近年來，隨著各國廣播力量的不斷加強(qiáng)和發(fā)展，廣播頻譜日益擁擠。電波傳播由于不受國界與行政邊界的限制，在不同的區(qū)域里如使用相同的頻率，常會產(chǎn)生相互干擾。通過對廣播頻譜進(jìn)行收測，可以了解收測地點廣播頻段無線電頻譜占用情況，有效利用頻譜資源；了解各國廣播電臺在收測地點的收聽情況和各國頻率實際使用情況；及時發(fā)現(xiàn)與查明非法電臺或“地下電臺”；及時查明電臺信號受干擾情況以及為選用最佳工作頻段與清凈頻道提供依據(jù)。因此，頻譜收測工作在當(dāng)前環(huán)境下的重要性更加凸顯。

1 頻譜收測方法和流程

作為廣播監(jiān)測環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，廣播頻譜收測不僅工作量大，而且對收測人員的專業(yè)要求較高，特別是短波廣播由于傳播距離遠(yuǎn)且易受干擾，其頻譜收測更加復(fù)雜。依據(jù)廣播頻譜收測方法，廣播頻譜收測周期應(yīng)與短波換頻周期相對應(yīng)（即每年至少要收測春、秋兩季換頻后的頻譜），各頻道的收測以每半小時作為收測周期，收足24小時。主要記錄的數(shù)據(jù)為頻道負(fù)荷情況與各電臺的工作狀況、發(fā)射特性、可聽度和電臺歸屬等。在收測進(jìn)度安排上，一般是收測一次、校對一兩次，以防止數(shù)據(jù)錄入錯誤。目前，頻譜收測方式主要有兩種，第一種是由人工24小時不間斷進(jìn)行實時收測；第二種是先采集廣播頻道錄音，再通過錄音文件回放進(jìn)行收測。由于第二種收測方式降低了收測者的工作強(qiáng)度，減少了漏頻的概率，提高了校對的效率，迅速發(fā)展成為頻譜收測方式的主流，各頻譜收測軟件也大多基于此思路進(jìn)行建設(shè)。

2 系統(tǒng)功能需求分析

廣播頻譜收測系統(tǒng)一般分為頻譜錄音采集—收測數(shù)據(jù)錄入—數(shù)據(jù)校對三個過程，為大幅降低收測人員的工作強(qiáng)度，提高頻譜收測效率和收測質(zhì)量，建設(shè)一套高度智能化的頻譜收測系統(tǒng)。設(shè)計的智能頻譜收測系統(tǒng)需實現(xiàn)以下目標(biāo)：

快速完整的采集保存整個廣播頻段各頻道的錄音文件，能夠確保零遺漏。

自動識別廣播頻道語種及電臺歸屬并評估其可聽度。

能根據(jù)判別結(jié)果，自動完成廣播頻譜初次收測。

能夠通過結(jié)合參考資料和歷史數(shù)據(jù)分析，為人工校對提供參考依據(jù)。

為保證收測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，在校對過程中，能夠根據(jù)語言對需要校對的收測數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，非普通話數(shù)據(jù)可安排語言辨別功底較好的人員完成校對?；谏鲜鲂枨螅悄茴l譜收測系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

3 智能廣播頻譜收測系統(tǒng)設(shè)計

使用廣播信號收測儀對從天線接收的廣播信號進(jìn)行寬頻帶掃描和記錄，根據(jù)設(shè)定的門限值，廣播信號收測儀自動將電平高于門限的頻率進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的音頻文件自動存入音頻存儲盤陣并將錄音文件地址寫入數(shù)據(jù)庫。語音評估引擎實時掃描數(shù)據(jù)表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有未評估音頻文件時，調(diào)用語音評估引擎完成對廣播信號臺名和語種的判斷。頻譜收測客戶端采用C/S架構(gòu)，通過與數(shù)據(jù)庫連接，完成任務(wù)下發(fā)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、頻譜收測及校對功能。下面分別從頻譜錄音采集—廣播語音評估—頻譜收測校對三方面介紹具體實現(xiàn)過程。

3.1 頻譜錄音采集實現(xiàn)

根據(jù)頻譜收測的特點，需要在短時間內(nèi)完成大量廣播頻率錄音的采集，這就要求接收機(jī)具備多路通道錄音的能力。傳統(tǒng)的接收機(jī)通常只能完成一路通道的解調(diào)錄音，為實現(xiàn)同時進(jìn)行多通道錄音，往往將幾臺接收機(jī)堆疊使用，但這種使用方式由于占用體積過大，散熱效果不佳，接收機(jī)性能不穩(wěn)定等原因，限制了錄音通道的增加，雖能滿足一時之需，但并不是理想的解決方式。近年來，隨著軟件無線電技術(shù)的快速發(fā)展，基于FPGA技術(shù)的廣播信號收測儀產(chǎn)品日益成熟。作為傳統(tǒng)接收機(jī)的升級產(chǎn)品，廣播信號收測儀采用軟件無線電架構(gòu)，基于標(biāo)準(zhǔn)化的高速總線搭建，主要由射頻接收測量單元、中短波、調(diào)頻解調(diào)單元和FPGA處理器組成。具有體積小，集成度高，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠依據(jù)ITU和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)廣播信號解調(diào)和監(jiān)測，并可對接收的廣播IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，通過網(wǎng)口將錄音文件傳輸至存儲盤陣，錄音地址路徑和指標(biāo)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。在本設(shè)計方案中，廣播信號收測儀應(yīng)具備以下功能：

具有寬帶頻譜分析功能，頻率范圍至少包含500KHz～30MHz，滿足中短波收測要求。

具有多通道廣播解調(diào)監(jiān)聽功能，同時支持中短波解調(diào)通道數(shù)不低于32路（可根據(jù)需要自由配置，目前市面上廣播信號收測儀最大可實現(xiàn)256路通道同時解調(diào)）。

具備測量信號功率電平，調(diào)制度，載波頻偏功能。

提供遠(yuǎn)程控制端口和千兆以太網(wǎng)口，可與頻譜收測軟件協(xié)同工作，構(gòu)建完整業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

3.2 廣播語音評估

廣播信號收測儀具有窄帶信號分析功能，通過測量信號功率電平，可以實現(xiàn)頻段內(nèi)加載廣播信號的快速發(fā)現(xiàn)，同時，根據(jù)信號電平的高低可大致對信號可聽度進(jìn)行標(biāo)記。根據(jù)頻譜收測方法，通常需要得到廣播頻率整點、半點前2分鐘以及后3分鐘的錄音文件，在執(zhí)行錄音任務(wù)后，經(jīng)過解調(diào)后形成的錄音文件將以5分鐘為固定時長存入音頻存儲盤陣。調(diào)用語音評估引擎，即可實現(xiàn)臺名和語種的判別。如圖2所示。

圖2 可聽度與電平示意圖

3.2.1 臺名識別

絕大多數(shù)電臺都有其獨(dú)特的開始曲音頻信號，通過錄制廣播電臺開始曲及報臺音頻建立模板庫。對音頻信號進(jìn)行FFT變換提取音頻指紋特征，建立直方圖等方式實現(xiàn)快速音頻檢索，進(jìn)而判斷測試音頻信號電臺歸屬，返回電臺名及置信度。

3.2.2 語種識別

應(yīng)用最新的語音識別技術(shù)，通過提取音頻聲學(xué)、韻律、詞法、句法等特征，建立恰當(dāng)?shù)穆晫W(xué)模型，實現(xiàn)對廣播播出語種的識別，返回語種名稱及置信度。目前，廣播頻譜收測過程中涉及到的全世界范圍內(nèi)的語種約43種，由于現(xiàn)階段語音識別技術(shù)并不能將所有語種進(jìn)行準(zhǔn)確識別，作為折中，可先對準(zhǔn)確度較高的主流語種進(jìn)行自動識別。隨著技術(shù)發(fā)展，對小語種的識別逐步進(jìn)行完善，最終實現(xiàn)全語種自動識別。

3.3 頻譜收測校對

為保證頻譜收測客戶端軟件有較快的響應(yīng)速度及豐富的操作界面，采用C/S架構(gòu)進(jìn)行頻譜收測業(yè)務(wù)客戶端軟件開發(fā)。作為中重要的人機(jī)交互界面，需要實現(xiàn)任務(wù)下發(fā)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、頻譜收測以及頻譜數(shù)據(jù)校對四項基本功能。

3.3.1 任務(wù)下發(fā)

任務(wù)下發(fā)主要是生成頻譜數(shù)據(jù)收測表、基帶IQ數(shù)據(jù)記錄和信號解調(diào)任務(wù)。其中，頻譜數(shù)據(jù)收測表中波起止頻率為531KHz～1602KHz，頻率間隔為9KHz，共計120個頻點；短波頻率間隔為5KHz，從2300KHz～26100KHz共23個頻段?；鶐Q數(shù)據(jù)記錄任務(wù)可配置基帶IQ數(shù)據(jù)記錄的起止時間，以實現(xiàn)整點、半點前2分鐘及后3分鐘的IQ數(shù)據(jù)記錄。錄音任務(wù)設(shè)置優(yōu)先級，可自動順序錄音，也可根據(jù)優(yōu)先級對重點頻率優(yōu)先錄制，以保證能及時獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

3.3.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

為使收測人員更方便的利用已知數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，頻譜收測業(yè)務(wù)客戶端軟件應(yīng)具有數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，具體需要導(dǎo)入的表分別為：本季頻譜收測參考表（由WEIBEI、中央臺、國際臺、HFCC等參考資料進(jìn)行整合）以及歷史頻譜收測結(jié)果表。

3.3.3 頻譜收測

頻譜收測模塊是頻譜收測業(yè)務(wù)客戶端軟件的重點，在原頻譜收測軟件的基礎(chǔ)上，重點對數(shù)據(jù)分析功能進(jìn)行挖掘，同時根據(jù)語音評估和大數(shù)據(jù)分析智能填充收測結(jié)果，大幅度降低人工收測強(qiáng)度。

頻譜收測具備以下特點：

根據(jù)電平門限值，能自動對頻譜收測表進(jìn)行標(biāo)記，可以區(qū)分有信號和無信號區(qū)域。

頻譜參考資料篩選。頻率字段可與收測頻率字段自動匹配，快捷的提供播出時間，播出語種等信息；時間字段匹配項自動標(biāo)記并前置。

大數(shù)據(jù)篩選歷史數(shù)據(jù)：統(tǒng)計指定頻率某電臺的出現(xiàn)次數(shù)，并計算出現(xiàn)概率，形成顯示列表。概率越大者，排名越靠前。

因廣播所用短波頻率在春/秋兩季用頻差異很大，所以所有數(shù)據(jù)都需要分為春/秋兩季分別進(jìn)行統(tǒng)計處理。

3.3.4 頻譜校對

為使頻譜收測結(jié)果更加準(zhǔn)確，頻譜校對工作必不可少。通常情況下，廣播信號經(jīng)過廣播信號收測儀、語音智能評估的智能判別并結(jié)合大數(shù)據(jù)資料分析和人工審核，已經(jīng)具備較高的可信度。頻譜校對工作的主要任務(wù)是對頻譜收測過程中出現(xiàn)的待確認(rèn)頻率進(jìn)行確定。因此在頻譜校對過程中，應(yīng)添加待確認(rèn)頻率篩選功能，由頻譜收測基礎(chǔ)較好的收測人員集中進(jìn)行收測。

結(jié)束語

智能廣播頻譜收測系統(tǒng)采用基于軟件無線電架構(gòu)的廣播信號收測儀，實現(xiàn)了多通道音頻信號的采集和測量。通過語音智能評估和數(shù)據(jù)分析，在頻譜收測工作中，能夠解決繁瑣的資料查找和數(shù)據(jù)錄入工作，可以極大的提高工作效率和收測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，不失為下一代頻譜收測系統(tǒng)建設(shè)的一種有益參考。

［1］陳德澤.廣播電視監(jiān)測技術(shù)［M］：北京，中國廣播電視出版社，2008.

［2］陳景軍.基于軟件無線電的短波接收機(jī)設(shè)計與實現(xiàn)［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2012