羅勝

【摘要】七六一臺(tái)模擬調(diào)頻節(jié)目目前均有四路信號(hào)源，為了防止音頻信號(hào)有插播、錯(cuò)播和停播事故的發(fā)生，建設(shè)一套廣播信號(hào)音頻比對(duì)系統(tǒng)使信號(hào)源之間以及信號(hào)源和空收節(jié)目（解調(diào)）之間的音頻實(shí)時(shí)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)不一致時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警，確保了廣播信號(hào)的安全播出。

【關(guān)鍵詞】音頻信號(hào);插播;錯(cuò)播;停播;比對(duì);自動(dòng)報(bào)警

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.05.005

1. 建設(shè)背景

貴州廣播電視局七六一臺(tái)嚴(yán)格按照上級(jí)部門的要求，承擔(dān)著中央和省廣播電視無(wú)線發(fā)射工作。隨著國(guó)家加大對(duì)無(wú)線覆蓋的投入，2006年在廣電總局、省廣電局的重視和扶持下，我臺(tái)所有廣播電視模擬發(fā)射機(jī)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)化。2015年國(guó)家廣電總局啟動(dòng)了中央廣播電視數(shù)字化無(wú)線覆蓋工程，2017年在七六一發(fā)射臺(tái)新建設(shè)了兩套DTMB地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)、一套CDR數(shù)字廣播發(fā)射系統(tǒng)。

七六一發(fā)射臺(tái)目前2套模擬廣播節(jié)目、13套DTMB地面數(shù)字電視節(jié)目，3套CDR數(shù)字廣播節(jié)目，發(fā)射信號(hào)最大覆蓋半徑50公里，覆蓋人口超過(guò)200萬(wàn)人。

七六一發(fā)射臺(tái)模擬廣播電視信號(hào)前端控制系統(tǒng)、發(fā)射采集系統(tǒng)，2015年均已建設(shè)完成，臺(tái)站模擬電視調(diào)頻節(jié)目目前均有四路信號(hào)源，為了保障安全播出工作，為了防止音頻信號(hào)有插播、錯(cuò)播的現(xiàn)象發(fā)生，建設(shè)一套廣播信號(hào)音頻比對(duì)系統(tǒng)迫在眉睫。

2019年是新中國(guó)成立70周年，屆時(shí)黨和國(guó)家將隆重舉辦慶?；顒?dòng)。為確保本臺(tái)無(wú)線廣播電視安全播出工作，圓滿完成各項(xiàng)重大活動(dòng)的直播、轉(zhuǎn)播任務(wù)，根據(jù)省局《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)<中宣部國(guó)家廣播電視總局關(guān)于開展迎接新中國(guó)成立70周年全國(guó)廣播電視行業(yè)安全大檢查的通知>的通知》（黔廣電發(fā)〔2019〕18號(hào)）文件精神，進(jìn)一步落實(shí)整改全省廣播電視安全播出大檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和自查的安全播出隱患，將啟動(dòng)建設(shè)貴州省廣播電視局七六一臺(tái)發(fā)射臺(tái)站廣播信號(hào)音頻比對(duì)系統(tǒng)項(xiàng)目。

2.建設(shè)目標(biāo)

1.建設(shè)廣播音頻信號(hào)對(duì)比系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)站音頻信號(hào)的信號(hào)源、與空收信號(hào)的實(shí)時(shí)比對(duì)，預(yù)防插播、錯(cuò)播的現(xiàn)象，對(duì)信號(hào)不一致的進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警，并進(jìn)行錄音儲(chǔ)存。

2.按4路信號(hào)源對(duì)發(fā)射臺(tái)站的2套模擬調(diào)頻節(jié)目的進(jìn)行音頻比對(duì)監(jiān)測(cè)。

3.對(duì)發(fā)射臺(tái)站信號(hào)源之間以及信號(hào)源和空收（解調(diào)）之間的音頻比對(duì)，更全面地掌握節(jié)目傳輸發(fā)射環(huán)節(jié)鏈路中首末兩端的信號(hào)傳輸與播出情況。

4.可以有效的預(yù)防發(fā)射臺(tái)站因檢修或者其他原因?qū)е碌男盘?hào)源插錯(cuò)等因素導(dǎo)致的錯(cuò)播現(xiàn)象。

5.對(duì)發(fā)射臺(tái)站所有信號(hào)源進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)可以保證信號(hào)源不一致時(shí)進(jìn)行報(bào)警提現(xiàn)。對(duì)于信號(hào)源插播情況進(jìn)行報(bào)警提醒。

6.具備延時(shí)判別功能，在信號(hào)源不同步的情況下，仍然可以對(duì)不同來(lái)源的信號(hào)進(jìn)行音頻比對(duì)。

7.引用標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 19001-2000? ? ? ? ?質(zhì)量體系認(rèn)證

GY/T113-93? ? ? ? ? ? 中波及調(diào)頻、電視發(fā)射臺(tái)微機(jī)實(shí)時(shí)控制規(guī)范

GY5053-94? ? ? ? ? ? ? ?廣播傳音電纜線路工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范

GB/T6113.1-1995? ? ? ? 無(wú)線電干擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范

GY5048-93? ? ? ? ? ? ? 省級(jí)廣播電視監(jiān)測(cè)臺(tái)站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC13818-4? ? ? ? ? 測(cè)試規(guī)范

SNMPv2RFC1889/1890? ? ? 列實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議

RTP/RTCP：RFC1889/1890? ?系列實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議

RTSP：RFC2326? ? ? ? ? ? 實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議

MP3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?音頻壓縮、解壓縮算法標(biāo)準(zhǔn)

H.264? ? ? ? ? ? ? ? ? ?視頻壓縮、解壓縮算法標(biāo)準(zhǔn)

廣電總局第62號(hào)令? ? ? ? 廣播電視安全播出管理規(guī)定

3. 設(shè)計(jì)原則

廣播信號(hào)音頻比對(duì)系統(tǒng)面臨的監(jiān)控任務(wù)具有數(shù)據(jù)傳輸量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、對(duì)數(shù)據(jù)安全性、可靠性及一致性要求高的特點(diǎn)，在整體設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下原則：

可靠性：要求采用多種安全性設(shè)計(jì)技術(shù)，重點(diǎn)考慮冗余備份容錯(cuò)和故障恢復(fù)等問(wèn)題，以保證在任何情況下，不至于丟失數(shù)據(jù)、損壞數(shù)據(jù)，以及在系統(tǒng)出問(wèn)題時(shí)能夠有必要的挽救手段和措施。

先進(jìn)性：在通用和實(shí)用的基礎(chǔ)上，充分利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合各種先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備以及音視頻處理技術(shù)，保證系統(tǒng)的技術(shù)層次能滿足未來(lái)的監(jiān)測(cè)任務(wù)的要求。

高效性：響應(yīng)時(shí)間是綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)通信容量能方便地隨著業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)而同步增長(zhǎng)，

但又不過(guò)多地增加網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的響應(yīng)時(shí)間，以適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。

開放性：采用開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其協(xié)議和開放式的瀏覽器/服務(wù)器模式，從而實(shí)現(xiàn)充分的資源共享，使系統(tǒng)具有良好的互操作性和可移植性。

安全性：系統(tǒng)具有良好的安全性和保密性，自動(dòng)刪除病毒，對(duì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的用戶實(shí)施身份驗(yàn)證和入境方式檢查，防止“黑客”混入后對(duì)系統(tǒng)做破壞活動(dòng);為防止合法用戶越權(quán)訪問(wèn)數(shù)據(jù)，對(duì)合法用戶也合理地設(shè)置權(quán)限。

前瞻性：為了保證系統(tǒng)在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)也能滿足廣播電視發(fā)射節(jié)目的監(jiān)控任務(wù)的需要，并隨著技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須有相當(dāng)?shù)那罢靶浴?/p>

擴(kuò)充性：系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，當(dāng)監(jiān)控任務(wù)增加，網(wǎng)點(diǎn)增加和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，通過(guò)增加相應(yīng)的系統(tǒng)模塊，就能方便地?cái)U(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，靈活配置各監(jiān)控臺(tái)站的功能，滿足系統(tǒng)功能、網(wǎng)絡(luò)帶寬和通信容量等方面的需求。

升級(jí)性：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，要求系統(tǒng)可方便過(guò)渡到更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并能保護(hù)現(xiàn)有投資，不造成較大的浪費(fèi)。

4. 建設(shè)方案

建設(shè)廣播音頻信號(hào)對(duì)比系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)站音頻信號(hào)的信號(hào)源、與空收信號(hào)的實(shí)時(shí)比對(duì)，預(yù)防插播、錯(cuò)播的現(xiàn)象，對(duì)信號(hào)不一致的進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警，并進(jìn)行錄音儲(chǔ)存。系統(tǒng)方框圖如圖一所示：

第一，可以對(duì)信號(hào)源之間以及信號(hào)源和空收（解調(diào)）之間的音頻比對(duì)，更全面地掌握節(jié)目傳輸發(fā)射環(huán)節(jié)鏈路中首末兩端的信號(hào)傳輸與播出情況。

第二，可以有效的預(yù)防臺(tái)站因檢修或者其他原因?qū)е碌男盘?hào)源插錯(cuò)等因素導(dǎo)致的錯(cuò)播現(xiàn)象。

第三，對(duì)所有信號(hào)源進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)可以保證信號(hào)源不一致時(shí)進(jìn)行報(bào)警提現(xiàn)。對(duì)于信號(hào)源插播情況進(jìn)行報(bào)警提醒。

第四，具備延時(shí)判別功能，在信號(hào)源不同步的情況下，仍然可以對(duì)不同來(lái)源的信號(hào)進(jìn)行音頻比對(duì)。

4.1 比對(duì)處理技術(shù)原理

音頻比對(duì)技術(shù)是利用數(shù)字音頻的時(shí)域、頻域特征和屬性來(lái)分析兩段音頻序列的相似度，再以相似度的大小來(lái)判斷這兩段音頻序列播放的是否是相同或相似的內(nèi)容。

其流程大概是：（1）音頻采集濾波（2）增益補(bǔ)償（3）模數(shù)轉(zhuǎn)換（4）壓縮（5）提取特征參數(shù)（6）比較特征參數(shù)（7）輸出比對(duì)結(jié)果。（如圖二）

濾波和增益補(bǔ)償主要目的是降低噪音的干擾;壓縮處理是為了減少音頻中相關(guān)性較低或不相關(guān)的參數(shù)，提高后續(xù)工作的處理速度;特征參數(shù)是指音頻流中以幀為單位提取出音頻的質(zhì)心、均方根、Mel倒譜系數(shù)、音高、振幅、帶寬、能量等;音頻比對(duì)是利用上一步提取的特征參數(shù)完成計(jì)算和比較，將比較結(jié)果同預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，得出最終結(jié)果。

音頻比對(duì)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)時(shí)并不考慮音頻的具體內(nèi)容，它只注重音頻序列的關(guān)鍵參數(shù)和屬性的相似度。

對(duì)同時(shí)多路采集到音頻，經(jīng)過(guò)數(shù)字化后成為音頻數(shù)字流。音頻相似度比對(duì)前的準(zhǔn)備工作就是要按統(tǒng)一的時(shí)間跨度分割為一個(gè)一個(gè)相同時(shí)間長(zhǎng)度的矩形比對(duì)窗口，多路音頻都在同一個(gè)度量窗口中完成相似度比對(duì)。

比對(duì)窗口的寬度要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整。窗口太寬則比對(duì)的時(shí)效性會(huì)降低;窗口太窄則不易準(zhǔn)確定位多路音頻的時(shí)間同步點(diǎn)。在不同的應(yīng)用環(huán)境中，需要對(duì)窗口寬度實(shí)際進(jìn)行測(cè)試調(diào)整。比如需要比對(duì)兩路光纖傳輸?shù)男盘?hào)時(shí)，可以把窗口設(shè)計(jì)的比較窄，考慮到光信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的路由延時(shí)，則按0.5秒到1秒開設(shè)音頻比對(duì)窗口就足夠了;如果需要比對(duì)最快到達(dá)的音頻信號(hào)（播音室輸出信號(hào)）和最慢到達(dá)的解調(diào)信號(hào)（1.光纖微波2.衛(wèi)星地面站衛(wèi)星3.衛(wèi)星接收機(jī)4.發(fā)射機(jī)5.解調(diào)器），可以把窗口設(shè)計(jì)的寬一些，1秒到2秒（衛(wèi)星的高度約36000KM，因此衛(wèi)星信號(hào)至少有0.2秒的延遲）;當(dāng)然如果前端解調(diào)信號(hào)還需要編碼壓縮通過(guò)網(wǎng)絡(luò)回傳的話，那么窗口的寬度就應(yīng)該更為寬泛，具體實(shí)施時(shí)通過(guò)調(diào)整窗口寬度參數(shù)來(lái)完成配置及部署。

軟件在設(shè)計(jì)上最優(yōu)的方法是：查找多路音頻同步的時(shí)間點(diǎn)時(shí)，比對(duì)窗口寬一點(diǎn)，這樣方便準(zhǔn)確定位;一旦多路音頻同步上后，就可以動(dòng)態(tài)地縮小比對(duì)窗口的寬度，從而提高比對(duì)的時(shí)效性能。

4.2 軟件功能

點(diǎn)擊桌面客戶端快捷方式，進(jìn)入主頁(yè)面：（如圖三）

該界面顯示五套節(jié)目解調(diào)和信源比對(duì)情況，其中，解調(diào)部分與相對(duì)應(yīng)節(jié)目信源部分比對(duì)，信源部分自身進(jìn)行比對(duì)，如有異常下方會(huì)提示某套節(jié)目信源（或解調(diào)）比對(duì)異常報(bào)警，并記錄在下方通知欄里。

主界面左側(cè)為配置部分，該部分可配置循環(huán)監(jiān)聽(tīng)時(shí)間，是否開啟。左右聲道切換和音頻回放功能。具體功能介紹如下：（如圖四）

4.3 循環(huán)監(jiān)聽(tīng)

選擇循環(huán)監(jiān)聽(tīng)使能大對(duì)勾，并選擇時(shí)長(zhǎng)。點(diǎn)擊監(jiān)看設(shè)置，即可完成該操作。循環(huán)監(jiān)聽(tīng)為所有節(jié)目的循環(huán)監(jiān)聽(tīng)，如需要只監(jiān)聽(tīng)解調(diào)部分，需在軟件上進(jìn)行該操作。

4.4 音頻回放

音頻回放功能為選擇某一時(shí)段，查看該時(shí)段音頻信息，音頻質(zhì)量等信息，保存時(shí)長(zhǎng)為自動(dòng)覆蓋類型，改功能需配置相應(yīng)的文件保存位置才能調(diào)用查看方式。（如圖五）

4.5 音頻比對(duì)與報(bào)警

在確定了同步時(shí)間點(diǎn)后，后續(xù)的相似度比對(duì)就采取定位的比對(duì)運(yùn)算了。可以定義相似度門限，該門限應(yīng)該比同步查找的門限略微放寬（實(shí)際測(cè)試中使用87%作為相似度門限），若連續(xù)幾次（實(shí)際測(cè)試中為3次）的相似度低于門限，則可以報(bào)警了，同時(shí)程序返回到同步時(shí)間點(diǎn)查找過(guò)程中。

5. 結(jié)束語(yǔ)

音頻信號(hào)插播、錯(cuò)播和停播自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)完成，使七六一臺(tái)模擬調(diào)頻節(jié)目的四路信號(hào)源和空收節(jié)目進(jìn)行音頻實(shí)時(shí)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)不一致時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警，防止了音頻信號(hào)有插播、錯(cuò)播和停播事故的發(fā)生，確保了廣播信號(hào)的安全播出。