音頻比對(duì)監(jiān)測在中波轉(zhuǎn)播臺(tái)中的應(yīng)用研究

達(dá) 娃

（西藏自治區(qū)廣播電視局工布江達(dá)中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，西藏工布江達(dá) 860200）

0 引言

廣播電視是當(dāng)今社會(huì)的主要文化傳媒工具之一，對(duì)大眾的生活產(chǎn)生比較大的影響，廣播節(jié)目對(duì)聲音信號(hào)的傳輸技術(shù)及間距均產(chǎn)生比較大的影響，信號(hào)傳輸由傳統(tǒng)微波、電臺(tái)廣播等方式轉(zhuǎn)化成光纜、電纜及通信衛(wèi)星等傳輸模式。傳統(tǒng)中短波轉(zhuǎn)播臺(tái)信號(hào)來源于電臺(tái)廣播接收器，基本做法就是把聲頻電纜線安裝于廣播電臺(tái)播控室附近，綜藝節(jié)目數(shù)據(jù)信號(hào)以聲頻電纜線為媒介輸送到主機(jī)房。中波轉(zhuǎn)播臺(tái)作為廣播電臺(tái)音頻數(shù)據(jù)信息的處理中心，是電視臺(tái)控制節(jié)目音頻參數(shù)的樞紐。在音頻應(yīng)用中，安全監(jiān)管、安全播出問題一直被人們所重視。為了確定接收端收到的視音頻數(shù)據(jù)在傳輸鏈路上是否被篡改，可以通過另外一個(gè)獨(dú)立的傳輸鏈路將同樣的節(jié)目傳送到接收端，然后通過比對(duì)兩個(gè)傳輸鏈路接收到的視音頻數(shù)據(jù)，來判斷節(jié)目內(nèi)容是否和節(jié)目源保持一致。具體到音頻比對(duì)，需要對(duì)節(jié)目所有聲道的所有音頻采樣進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，判斷其內(nèi)容的一致性，以提高節(jié)目質(zhì)量。

1 中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

中波轉(zhuǎn)播臺(tái)主要借助廣播電視臺(tái)的播放功能和管理中心獲得數(shù)字信號(hào)頻率，以光纜設(shè)備作為傳輸媒介，將其獲得的光參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姅?shù)字信號(hào)，中波轉(zhuǎn)播臺(tái)在光電轉(zhuǎn)換過程具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢，會(huì)實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)信號(hào)的保真，具有較強(qiáng)的信號(hào)傳遞能力，降低其他噪聲，可以有效地減少外部情況的干擾。但在此過程中，由于光電轉(zhuǎn)換過程自身存在諸多缺陷，需要進(jìn)行改善，因而采用電纜傳送數(shù)據(jù)信號(hào)方式，當(dāng)選用的傳輸介質(zhì)均勻度不符合既定工作條件時(shí)，很容易引起衍射效應(yīng)，使數(shù)據(jù)在光電轉(zhuǎn)換過程中的內(nèi)部波形圖出現(xiàn)毛刺，其會(huì)在一定程度上影響數(shù)據(jù)信號(hào)效果。對(duì)此，在發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)前，有必要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，改善音頻數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸效果。

在處理過程中，音頻發(fā)射前的預(yù)處理工作較為繁雜，往往會(huì)出現(xiàn)一定差異，因此，有必要對(duì)差異化需求進(jìn)行全面分析，比如音頻數(shù)據(jù)信號(hào)在直播電視節(jié)目中會(huì)因?yàn)橹T多因素的影響或可控性較差等發(fā)生突發(fā)情況，使數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生變化。當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，技術(shù)人員抑或是系統(tǒng)設(shè)備均難以對(duì)其進(jìn)行后續(xù)補(bǔ)償處理，很難將數(shù)據(jù)信號(hào)的起伏幅度降至最低。因而有必要采用適宜的半導(dǎo)體元器件電路，通過其敏銳的反應(yīng)把音頻數(shù)據(jù)信號(hào)帶來的負(fù)面影響降到最低，同時(shí)，還有必要對(duì)信號(hào)中的電子管或任意電路單元的數(shù)據(jù)信號(hào)的壓縮功能進(jìn)行補(bǔ)償，以確保數(shù)據(jù)信號(hào)的尖銳程度符合既定的發(fā)射要求；不改變原有的數(shù)據(jù)信號(hào)在解密后的參數(shù)信息，確保其壓縮時(shí)間、壓縮比例及數(shù)據(jù)信息的高保真度。遵循現(xiàn)有信號(hào)的發(fā)射要求，提高音頻信號(hào)響應(yīng)速度，同時(shí)提高聲音的高保真度，發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的重要價(jià)值。

2 音頻比對(duì)監(jiān)測的功能分析

2.1 功能分析

中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻比對(duì)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用功能，主要是通過建立音頻比對(duì)子系統(tǒng)更加精確高效地監(jiān)測所有播出節(jié)目的主路音頻信號(hào)及信號(hào)來源，也可以監(jiān)測到中波轉(zhuǎn)播臺(tái)在數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射之后調(diào)解出的信號(hào)，通過對(duì)比接收信號(hào)源和解調(diào)信號(hào)之間的差異，有效防止中波轉(zhuǎn)播臺(tái)出現(xiàn)防控插播甚至是錯(cuò)播等不良現(xiàn)象，提高節(jié)目播出質(zhì)量，為觀眾營造更好的收聽氛圍[1]。針對(duì)中波轉(zhuǎn)播臺(tái)數(shù)據(jù)信號(hào)不統(tǒng)一的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)語音播報(bào)，也是音頻比對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的功能之一，其能夠借助語音報(bào)警模式全面監(jiān)控控制系統(tǒng)，傳輸發(fā)射電路內(nèi)部首端和末端的信號(hào)傳輸播出情況。在此過程中，音頻比對(duì)監(jiān)測系統(tǒng)可以對(duì)臺(tái)標(biāo)進(jìn)行有效辨識(shí)，工作人員可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)音頻數(shù)據(jù)信號(hào)，對(duì)臺(tái)標(biāo)樣本參數(shù)信息進(jìn)行整理，并借助特殊算法得到中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻比對(duì)參數(shù)信息的變化值，通過分析變化值的變化范圍能夠確定中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻數(shù)據(jù)信號(hào)辨識(shí)效率，在匯總相應(yīng)辨識(shí)結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)置臺(tái)標(biāo)辨識(shí)功能，有效解決中波轉(zhuǎn)播臺(tái)維護(hù)檢查過程不規(guī)范的問題、內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位的問題、其他原因造成的部分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)源頭差錯(cuò)問題。

此外，中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻比對(duì)監(jiān)測系統(tǒng)，還具備延時(shí)判別功能，能夠在數(shù)據(jù)信號(hào)源不同步的工況運(yùn)行條件下，對(duì)不同來源的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行音頻比對(duì)，并結(jié)合實(shí)際監(jiān)測情況對(duì)節(jié)目進(jìn)行循環(huán)監(jiān)聽，實(shí)現(xiàn)所有轉(zhuǎn)播節(jié)目24h 全天候不間斷地實(shí)時(shí)音頻錄制回放或單獨(dú)提取等功能，方便技術(shù)人員快速找到異樣狀態(tài)下的音頻參數(shù)。總之，中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻比對(duì)監(jiān)測功能是針對(duì)安全播出過程的多重需求而研發(fā)的，能夠在原有的智能化監(jiān)控模式中擴(kuò)展功能，圖1 即為中波轉(zhuǎn)播臺(tái)智能化管理控制模塊功能擴(kuò)展示意圖，包括了音頻比對(duì)監(jiān)測模塊、臺(tái)標(biāo)識(shí)別控制模塊和播出延時(shí)指標(biāo)測量模塊等，為實(shí)時(shí)監(jiān)測中波轉(zhuǎn)播臺(tái)發(fā)射機(jī)播出內(nèi)容和實(shí)時(shí)狀態(tài)提供技術(shù)支撐。

圖1 中波轉(zhuǎn)播臺(tái)智能化管理控制模塊擴(kuò)展示意圖

2.2 原理分析

在中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻比對(duì)監(jiān)測功能的應(yīng)用中，轉(zhuǎn)播臺(tái)主路信號(hào)源進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的匹配后，其中一路信號(hào)源將會(huì)被傳送到中波轉(zhuǎn)播臺(tái)的發(fā)射機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，為觀眾提供高質(zhì)量的節(jié)目；另一路則將作為對(duì)比信號(hào)輸送到音頻對(duì)比監(jiān)測模塊中，對(duì)既定的音頻數(shù)據(jù)信息輸入接口和輸出接口進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)空收天線這一載體所接收到的音頻信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。在執(zhí)行數(shù)據(jù)信號(hào)過程中，中波轉(zhuǎn)播臺(tái)會(huì)發(fā)揮音頻編碼功能，以IP 數(shù)據(jù)流形式將最終的參數(shù)信息送到服務(wù)器處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的比對(duì)分析[2]。在整個(gè)處理過程中，中波轉(zhuǎn)播臺(tái)會(huì)同步解碼音頻，利用其大小區(qū)間窗口（一般情況下，設(shè)置同步點(diǎn)位查找精度為0.5s 的樣本窗口）進(jìn)行平移對(duì)比選擇，選擇單個(gè)的采樣點(diǎn)作為最小的平移單位進(jìn)行特殊算法處理，探尋到選擇區(qū)域范圍內(nèi)最大的位移塊狀，并將該值作為其最佳同步點(diǎn)進(jìn)行提取參數(shù)試驗(yàn)。實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸現(xiàn)場的測量誤差，將誤差控制在2μs 范圍內(nèi)，且保證最大的誤差參數(shù)值小于10μs，以確保數(shù)字音頻參數(shù)的對(duì)比效果優(yōu)于傳統(tǒng)的1/2 音頻幀重疊算法效果，從而提高轉(zhuǎn)播臺(tái)數(shù)據(jù)音頻對(duì)比率。

此外，中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻對(duì)比子系統(tǒng)模塊融合了新算法，其基于普爾梅爾倒譜系數(shù)理論，能夠處理大量的音頻數(shù)據(jù)信號(hào)。由于普爾梅爾倒譜系數(shù)法符合人體聽覺功能原理，其在收聽到音頻后，可以對(duì)音色、聲音頻率大小等參數(shù)的正比例關(guān)系分析處理，使中波轉(zhuǎn)播臺(tái)轉(zhuǎn)播信號(hào)的頻率尺度和人耳的聽覺參數(shù)更加貼合，尤其是人耳對(duì)1000Hz以下聲音頻率呈現(xiàn)出較高的敏感性，而應(yīng)用普爾梅爾倒譜系數(shù)法的系統(tǒng)模塊在收聽頻率高于1000Hz 的音頻時(shí)，能夠呈現(xiàn)出音頻的線性分布特征，隨后將高于1000Hz 或低于1000Hz 的音頻數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換到梅爾道普區(qū)域范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效模擬，并做出相應(yīng)的假設(shè)判斷。梅爾倒譜系數(shù)具備強(qiáng)烈的識(shí)別性和抗噪性，圖2 為特殊算法條件下某一音頻參數(shù)波動(dòng)值的具體示意圖，通過對(duì)波動(dòng)值的范圍進(jìn)行對(duì)比分析可以獲得中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻的比對(duì)情況，進(jìn)而確定音頻比對(duì)參數(shù)的監(jiān)測結(jié)果，再通過對(duì)音頻數(shù)據(jù)信號(hào)設(shè)定報(bào)警閾值的方式進(jìn)行定量分析和報(bào)警預(yù)警處理[3]。

圖2 音頻參數(shù)波動(dòng)值具體示意圖

3 音頻比對(duì)監(jiān)測在中波轉(zhuǎn)播臺(tái)中的應(yīng)用

在中波轉(zhuǎn)播臺(tái)中應(yīng)用音頻對(duì)比監(jiān)測技術(shù)能夠有效提高轉(zhuǎn)播臺(tái)傳輸音頻信號(hào)的質(zhì)量，其通過特殊的音頻算法對(duì)文件進(jìn)行對(duì)比監(jiān)測[4]。在絕大部分情況下，中波轉(zhuǎn)播臺(tái)要想保證音頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量，需要限制信號(hào)充值，在雙通道的工作模式下，技術(shù)人員連接立體化聲音網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通常會(huì)讓實(shí)際傳輸信號(hào)出現(xiàn)異常。因而在處理相應(yīng)的參數(shù)信號(hào)時(shí)，工作人員往往需要利用多種方法處理音頻信號(hào)，通過對(duì)比兩段音頻數(shù)據(jù)信號(hào)的音頻參數(shù)特征（見圖3），再對(duì)音頻傳輸信號(hào)進(jìn)行管理，提高中波轉(zhuǎn)播臺(tái)信息資源的利用效率，為廣大觀眾提供更優(yōu)質(zhì)的電視服務(wù)。該技術(shù)對(duì)播出前后的音頻信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)播出過程中的異常。在傳輸鏈路中對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行音頻比對(duì)，可以有效避免信號(hào)受自然環(huán)境、非法干擾、設(shè)備故障的影響，減少非法插播、停播、劣播等事故。

圖3 音頻對(duì)比監(jiān)測界面

在分析臺(tái)標(biāo)或非臺(tái)標(biāo)欄目時(shí)，精準(zhǔn)區(qū)分出不同音頻參數(shù)信號(hào)的特征，使音頻對(duì)比分析技術(shù)在中波轉(zhuǎn)播臺(tái)中的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大，在其輸出差異化的音頻波動(dòng)之后能夠結(jié)合音頻波動(dòng)值的大小，在一定的范圍內(nèi)精確判斷是否屬于臺(tái)標(biāo)，在識(shí)別臺(tái)標(biāo)后得出相應(yīng)的判斷結(jié)果，以此高效處理數(shù)據(jù)。

目前，國內(nèi)中波轉(zhuǎn)播臺(tái)的數(shù)據(jù)音頻對(duì)比主要采用主路信號(hào)匹配音頻對(duì)比方式，系統(tǒng)將不同類型的音頻信號(hào)傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備內(nèi)部，執(zhí)行信號(hào)傳輸分析過程，同時(shí)在另一端口銜接音頻參數(shù)信號(hào)接口，使其同時(shí)連接發(fā)射機(jī)信號(hào)和音頻接口信號(hào)，而后采用相應(yīng)的音頻編碼方式開展數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼工作，最后利用IP 數(shù)據(jù)輸出方式將其輸入到相應(yīng)的服務(wù)處理器中。在利用音頻對(duì)比監(jiān)測軟件處理數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，應(yīng)提前截取一小段音頻，將其作為樣本數(shù)據(jù)，在后續(xù)的工作過程中采用規(guī)格大小略有差異的接口，對(duì)音頻算法進(jìn)行精準(zhǔn)化處理，進(jìn)而算出整個(gè)核查區(qū)域內(nèi)最大的數(shù)據(jù)偏移量，將該項(xiàng)偏移量作為后續(xù)轉(zhuǎn)播臺(tái)數(shù)據(jù)信號(hào)比對(duì)的基準(zhǔn)，從而優(yōu)化數(shù)據(jù)音頻信號(hào)的對(duì)比監(jiān)測過程[5]。

最后，通過中波數(shù)據(jù)信號(hào)鏈路傳遞信息，可以在多系統(tǒng)協(xié)助下建立服務(wù)器和不同用戶之間的關(guān)聯(lián)，控制整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，確保音頻對(duì)比工作的準(zhǔn)確性，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測模式下成本高、效率低等弊端；同時(shí)，可不斷完善中波轉(zhuǎn)播臺(tái)音頻數(shù)據(jù)比對(duì)監(jiān)測模塊的功能，確保子系統(tǒng)間功能得以高度匹配，高效執(zhí)行音頻對(duì)比監(jiān)測任務(wù)。

4 結(jié)語

廣播電視是對(duì)信息有效傳遞的媒介，在人們的日常生活中有比較重要的作用。中波轉(zhuǎn)播臺(tái)作為信號(hào)處理的中心，是重要的環(huán)節(jié)之一。通過音頻比對(duì)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用能在不破壞原有播出鏈路的前提下，采集到不同格式的音頻信號(hào)，并進(jìn)行內(nèi)容比對(duì)，有效地增加節(jié)目播出內(nèi)容的安全性，減少錯(cuò)播故障率，對(duì)電臺(tái)廣告的播出監(jiān)控也有一定的作用，為廣播電臺(tái)的運(yùn)維人員提供便利的智能監(jiān)測工具，減少工作人員的工作量?？傊?，該系統(tǒng)的使用大幅度減少了人為誤判的故障率，縮短了故障處理的時(shí)間，保障了播出的安全性，因此值得推廣與應(yīng)用。