基于云平臺的音頻分時比對系統(tǒng)設計

高 暉

（濟南廣播電視臺發(fā)射中心，山東 濟南 250102）

0 引 言

調頻廣播作為一種廣泛應用的信息傳播方式，具有傳播效果好、傳播速度快、傳播范圍廣等特點，可使得音樂、信息、文化服務能夠快速傳遞到更多人群當中。調頻廣播覆蓋作為一種音樂、信息、文化高效傳播方式，為司乘人員提供豐盛多彩的文化享受。這不僅可以展示城市的文化和形象，還可以提升城市的知名度和美譽度，推動城市經濟和文化產業(yè)的發(fā)展。然而，隧道是調頻廣播信號的覆蓋盲區(qū)，因此，隧道調頻廣播覆蓋建設成為發(fā)展城市經濟和文化產業(yè)的重要平臺，同時也是提升城市文化水平、推動城市文化發(fā)展、提高城市競爭力的重要手段[1]。隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)的建設，不僅能夠滿足司乘人員的文化需求，還能夠為城市的經濟和文化發(fā)展注入新的動力，進一步提高城市的綜合競爭力和吸引力。

然而，隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)存在信號節(jié)點多、分布廣的特點，這為安全播出監(jiān)管帶來了極大的挑戰(zhàn)。為保證隧道調頻廣播安全播出，本文采用一種基于云平臺部署的音頻分時比對系統(tǒng)，及時發(fā)現插播、錯播、劣播和無音頻播出等發(fā)射問題，及時發(fā)現異常信號并進行預警和處理，滿足廣播電視安全播出相關要求，降低隧道調頻廣播覆蓋的運維成本，提升隧道調頻廣播覆蓋的安全播出監(jiān)管工作效率。

1 現有監(jiān)控系統(tǒng)對音頻監(jiān)測的局限性

目前，濟南廣播電視臺已經建立了隧道調頻覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)平臺，值班員可以通過該平臺查看隧道調頻廣播系統(tǒng)內遠端機的運行狀態(tài)和參數等信息，接收回來的廣播節(jié)目信號場強、信噪比等參數，從而及時發(fā)現隧道調頻廣播播出過程中出現的信號中斷問題[2]。但是，目前對音頻節(jié)目內容的監(jiān)聽監(jiān)測，主要還是通過值班人員進行人工監(jiān)聽判斷。

值班員在值班工作期間，不但要對隧道調頻覆蓋系統(tǒng)內傳輸設備的運行狀態(tài)進行查看，還要集中精力對系統(tǒng)內數量多達77 臺的遠端機廣播節(jié)目信號進行手動監(jiān)聽監(jiān)測，不僅工作壓力大、容易疲勞，而且人工監(jiān)聽消耗大量的人力和時間。節(jié)目內容的人工收聽監(jiān)聽監(jiān)測以及判斷，不但容易出現對錯誤信號發(fā)現不及時或誤判等問題，而且監(jiān)測范圍和頻率也有一定的限制，需要在監(jiān)測人員的專業(yè)水平和經驗等方面加強管理和控制。

2 音頻比對系統(tǒng)中比對數量和計算資源矛盾

音頻比對是一種音頻分析和處理技術，可以對標準音頻和被檢測音頻進行一致性分析并給出量化結果。音頻比對系統(tǒng)為了準確進行信號比對，需要對被監(jiān)測音頻的采樣數據和標準音頻的采樣數據一一進行比對[3]。然而在音頻比對系統(tǒng)中，比對數量與計算資源之間的矛盾是一個普遍存在的問題。隨著比對數量的增加，需要消耗的計算資源也相應增加。而計算資源的限制可能會導致系統(tǒng)無法對大量的音頻進行比對。

濟南廣播電視臺隧道調頻廣播系統(tǒng)已建設完成15 條隧道，總覆蓋長度接近60 km。隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)信號節(jié)點多，遠端機數量多達77 臺。按照濟南市廣播電視臺每臺遠端機播出6 套節(jié)目比對來計算，音頻比對系統(tǒng)要求計算的運算量為78×6=468 路。如此大的計算資源，只能通過增加資金投入，增加服務器的數量或者使用更加高性能的計算機設備來滿足比對需求。

3 基于云平臺部署的音頻分時比對方案

在隧道調頻廣播系統(tǒng)中引入基于云平臺部署的音頻分時比對技術，不僅可以有效地解決音頻比對系統(tǒng)中比對數量和計算資源之間的矛盾，還可以作為現有監(jiān)控系統(tǒng)的功能補充，從而發(fā)現插播、錯播、劣播和無音頻播出等多種播出事故，提高播出的安全性和可靠性。為了實現這一目的，建設基于云平臺部署的音頻分時比對系統(tǒng)，應具備以下技術特點。

（1）分時比對和定時比對功能。系統(tǒng)可以根據需要設置分時比對和定時比對，對節(jié)目呼號、臺標識別段音頻進行比對，并提高比對準確性。

（2）解決時延影響。系統(tǒng)能夠針對不同延時信號和音頻源信號進行比對，保證比對的準確性和及時性。

（3）智能算法。系統(tǒng)采用智能算法，能夠根據使用情況自動調整性能，提高比對效率和準確性。

（4）準確判斷內容不一致情況。系統(tǒng)能夠準確判斷內容的不一致，包括插播、錯播、劣播等原因造成的內容不一致。

（5）低漏檢率和誤檢率。系統(tǒng)能夠盡可能減少漏報和誤報的情況，保證比對報警的準確性和實時性。

（6）自動報警和微信推送功能。系統(tǒng)具備自動報警和微信推送功能，方便值班人員及時發(fā)現和處理故障。

（7）低成本、低維護及自動化。系統(tǒng)與現有監(jiān)控系統(tǒng)融合、互補，在不改變現有隧道廣播監(jiān)控系統(tǒng)及傳輸鏈路的情況下，能夠以低成本、低維護及自動化的方式完成音頻分時比對任務，保障安全播出工作。

在實現音頻分時比對技術的過程中，選擇有效的音頻比對算法非常關鍵，主要工作包括建立一套符合聲音特征的數據分析算法，從音頻信號中提取聲音特征參數進行分析，比對出兩個音頻內容的一致程度，以確定兩個音頻信號在時序上的一致性和真實性。

3.1 基于云平臺的音頻分時比對系統(tǒng)設計

基于云平臺的音頻分時比對系統(tǒng)方案，通過現有隧道調頻廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)IP 傳輸鏈路來實現。濟南廣播電視臺隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)遠端機內置FM 監(jiān)聽模塊，能夠實現對FM 信號的監(jiān)測和解調，將音頻實時壓縮并回傳，上傳至隧道廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)云平臺，完成對遠端機發(fā)射信號的監(jiān)聽和監(jiān)測。音頻分時比對系統(tǒng)通過1 套OH11 音頻監(jiān)聽網關采集信源音頻，基于音頻特征參數的音頻內容與各個遠端機FM 空收和解調后的音頻進行分時比對和定時比對，并自動報警，通過微信服務推送量化的比對結果。基于云平臺的音頻分時比對系統(tǒng)設計方案如圖1 所示。

圖1 基于云平臺部署音頻分時比對方案

通過該方案，可以實現對隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)的全面監(jiān)測和比對，提高隧道調頻廣播的播出質量和安全性。同時，該方案還能夠提供詳細的比對日志和比對報警記錄，方便用戶進行后續(xù)的分析和處理，提高比對效率和準確性，符合國家廣播電視總局的安全播出細則要求。

3.2 音頻分時比對系統(tǒng)流程

音頻分時比對系統(tǒng)通過信源采集音頻特征參數與被監(jiān)測音頻的特征參數比對，生成比對結果、相似度比對結果。信源音頻與被監(jiān)測的音頻是通過云平臺上的音頻分時比對系統(tǒng)提取特征參數并進行延時補償和自動化比對。音頻比對算法采用了基于支持向量機（Support Vector Machine，SVM）的機器學習算法對音頻比對模型進行優(yōu)化，使之能夠根據節(jié)目內容進行比對模型參數的自我調節(jié)，從而到達自適應提高算法性能的目的。如圖2 所示，音頻分時比對方案的總體框架包括以下幾個主要組成部分。

圖2 基于云平臺部署音頻分時比對系統(tǒng)算法

（1）OH11 音頻監(jiān)聽網關。OH11 音頻監(jiān)聽網關完成信源音頻的采集和上傳。OH11 音頻監(jiān)聽網關能夠從多個信源采集音頻數據，將采集到的音頻數據上傳到音頻分時比對系統(tǒng)中進行分析和處理。

（2）隧道調頻覆蓋系統(tǒng)內遠端機。遠端機完成FM 信號監(jiān)測與解調后音頻實時壓縮、實時回傳、上傳。遠端機能夠對FM 信號進行監(jiān)測和解調，將解調后的音頻信號進行實時壓縮和回傳，上傳到音頻分時比對系統(tǒng)中進行分析和處理。

（3）音頻分時比對系統(tǒng)。音頻分時比對系統(tǒng)完成信源音頻特征參數的實時分析和提取，對遠端機上傳的音頻數據進行分析和處理。該系統(tǒng)采用智能算法，能夠根據使用情況自動調整性能，提高比對效率和準確性。

（4）比對分析算法。音頻分時比對系統(tǒng)中的比對分析算法是實現音頻分時比對的核心部分。該算法能夠從音頻信號中提取聲音特征參數進行分析，比對出兩個音頻內容的一致程度，將延時后信號恢復到原始的時間點，從而確定兩個音頻信號在時序上一致，為同一信號。

基于云平臺的音頻分時比對算法可以實現對濟南廣播電視臺隧道調頻覆蓋系統(tǒng)內各遠端機的空收監(jiān)測音頻的分時比對、定時比對。比對量化結果自動報警，及時發(fā)現異常信號，從而降低播出故障率，提高安全播出的可靠性。系統(tǒng)通過微信服務將比對結果推送至值班員和維修維護人員，提醒值班人員和維修維護人員及時發(fā)現信號異常，能夠減少播出一線值班人員的值班壓力，為安全播出提供有力的技術保障。

3.3 與現有監(jiān)控系統(tǒng)的融合互補

濟南市廣播電視臺隧道調頻覆蓋系統(tǒng)已全部接入云平臺部署的濟南隧道廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)?；谠破脚_部署的音頻分時比對系統(tǒng)，與現有監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)測互補，是對原有監(jiān)控系統(tǒng)的補充和完善，能夠更好地監(jiān)測和管理隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)。

基于云平臺的音頻分時比對系統(tǒng)的投入使用，不僅讓濟南隧道廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完善，而且減輕了播出一線值班人員的值班壓力，降低了人為誤判的故障率，并縮短了故障處理的時間，保障了安全播出工作的順利進行?；谠破脚_部署的音頻分時比對系統(tǒng)是對現有隧道調頻廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)的完善和補充，能夠提高監(jiān)測和管理的效率和準確性，保障隧道調頻廣播的安全播出工作。

4 基于云平臺音頻分時比對系統(tǒng)成效

基于云平臺的音頻分時比對系統(tǒng)，可以通過參數設置實現隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)內各遠端機的分時比對方案和定時比對方案?？稍O置的參數包括比對時間間隔、音頻采集時長、節(jié)目名稱、節(jié)目頻率、報警內容和音頻源選擇，以及報警推送提示方式和推送人員[4-5]。

在比對過程中，系統(tǒng)將對參與比對任務的記錄進行比對日志記錄，并對參與比對任務異常的報警信息進行比對報警記錄，同時推送報警內容。此外，系統(tǒng)還將提供詳細的比對結果，包括比對結果、相似度等任務記錄，以方便用戶進行分析和處理。

通過以上設置和記錄，音頻分時比對系統(tǒng)能夠實現對隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)內各遠端機的精確比對，發(fā)現并記錄異常信號，保證隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。同時，該系統(tǒng)還能夠提供詳細的比對日志和比對報警記錄，方便用戶進行后續(xù)的分析和處理，提高比對效率和準確性，如圖3 所示。

圖3 基于云平臺部署音頻分時比對系統(tǒng)成效展示

5 結 語

隧道調頻廣播覆蓋是一個系統(tǒng)性工程，作為現有調頻廣播的覆蓋延伸，拓展了現有調頻廣播的覆蓋范圍。本方案在現有傳輸鏈路不變的情況下，利用隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)內遠端機FM 空收和解調后的音頻，建設一套基于云平臺部署音頻分時比對系統(tǒng)，進行音頻內容的比對分析，與原有系統(tǒng)融合、互補。這將能夠保證隧道調頻廣播信號的“高質量、不間斷、既經濟、又安全”，并保障隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

本文基于濟南廣播電視臺隧道調頻覆蓋情況，對隧道調頻廣播覆蓋的安全播出方案進行了分析和比較，提出了基于云平臺部署的音頻分時比對安全性方案。采用該方案，可以增加信號內容的檢測，及時發(fā)現異常信號，有效防止非法信號插播和錯播事故，確保安全播出。此外，該方案還能提升隧道調頻覆蓋系統(tǒng)安全播出的安全等級，降低隧道調頻廣播中信號源的建設和使用成本，通過科學的方案設計與有效的遠程監(jiān)控系統(tǒng)融合、互補，進一步提升隧道調頻廣播覆蓋系統(tǒng)的可用性、可靠性和安全性。