廣播電臺播出監(jiān)測輔助系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

國家廣播電影電視總局723臺 胡鶴年

1.引言

隨著各類媒體的不斷發(fā)展，廣播節(jié)目似乎要走向衰退，視頻質量不斷提高，網絡媒體不斷發(fā)展，然而廣播又憑借著它終端便攜的優(yōu)勢，在交通中、自然災害中還發(fā)揮著不可替代的作用，短時間甚至根本不會消亡。因此廣播臺站還是有一席之地，特別是中央廣播臺站，她擔負著把黨和國家的聲音傳向全國各地，傳入千家萬戶的任務。她擔負的使命要求必須有嚴格的播出質量。播出質量的直接體現(xiàn)就是廣播節(jié)目的正確性和可聽度的監(jiān)測。人工監(jiān)測是一種枯燥且低效的方法，自動監(jiān)聽與分析于是便成了各監(jiān)測中心想方設法追求的新方式，為了減少自動系統(tǒng)的監(jiān)測誤報，或者采用人工干預，或者采用更加智能的判定方式。在此我臺設計了利用計算機輔助控制，實現(xiàn)自動監(jiān)測多路廣播節(jié)目的循環(huán)監(jiān)聽系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用計算機遙控接收機，連續(xù)從接收機（控制接收頻率）獲取音頻數(shù)據（廣播播出正常狀態(tài)下，每秒可檢測一路廣播節(jié)目），以達到循環(huán)監(jiān)測全臺播出節(jié)目，并配以生動直觀的監(jiān)測界面，對全臺播出節(jié)目整體掃描，全程監(jiān)測，能夠第一時間準確發(fā)現(xiàn)無載停播、音周停播、節(jié)目錯播等。通過彈出文字提示并發(fā)出語音進行提醒，充分提高了自臺監(jiān)聽監(jiān)測效率和監(jiān)測準確度，有效的挽救了設備停播和責任性事故等。具體設計情況如下。

2.硬件組成

IC-R75型接收機：支持遠程串行控制，可通過計算機串口對其進行控制，包括讀取、設置接收頻率，以及其他相關參數(shù)設定等。

計算機（帶聲卡）：串口下發(fā)接收機接收頻率，實時接收分析音頻信號，并給以音視頻提示等；

RS232控制線：連接計算機與接收機，用以控制信號的傳送；

音頻連接線：連接計算機聲卡（音頻輸入）與接收機（音頻錄音輸出），為計算機提供音頻分析信號源。

3.軟件設計

軟件主要分為：通訊控制模塊、音頻顯示模塊和音頻監(jiān)測主體。

3.1 通訊控制模塊

通訊控制模塊包括廣播節(jié)目時間表數(shù)據庫、時間表顯示及接收機接收頻率控制模塊、新開廣播節(jié)目控制模塊。

系統(tǒng)通過廣播節(jié)目時間表數(shù)據庫生成時間表顯示，及時間表循環(huán)監(jiān)測控制按鈕，根據時間表對接收機循環(huán)下發(fā)廣播接收頻率，并對收測到的廣播節(jié)目進行實時分析，通過音頻電平、頻譜、電平差方值等判斷廣播播出是否正常。此部分為系統(tǒng)提供了自動巡檢時間表，亦可手動切換監(jiān)聽頻率，為監(jiān)聽監(jiān)測工作提供了快速設置通道。

監(jiān)測控制按鈕為按鈕基類的繼承類，包括自定義的開始結束時間參數(shù)、周期循環(huán)參數(shù)、廣播頻率參數(shù)、廣播節(jié)目參數(shù)、廣播方向參數(shù)和廣播設備參數(shù)，為廣播參數(shù)的統(tǒng)一管理提供了方便。類結構如下：

監(jiān)測控制按鈕類

臨時變動廣播頻率可通過新開頻率功能，增設新開廣播頻率部分時間表和快速按鈕，并且在臨時廣播播出結束后，自動關閉臨時廣播節(jié)目的監(jiān)測。

3.2 音頻監(jiān)測主體

音頻監(jiān)測軟件中心主體包括音頻數(shù)據接收模塊、音頻數(shù)據處理模塊、報警提醒及故障記錄模塊等。

音頻數(shù)據接收模塊通過聲卡接收接收機開路接收信號，獲取音頻數(shù)據段送音頻處理模塊進行數(shù)據分析。并且根據音頻數(shù)據處理模塊需求，音頻數(shù)據接收必須設置必要音頻參數(shù)，包括采樣頻率，采樣通道，采樣位率，以及數(shù)據采集塊兒，為數(shù)據處理模塊制定分析數(shù)據的大小。通過這些參數(shù)確定每次處理音頻的時長，音頻時長越短數(shù)據精度越高，但越費系統(tǒng)資源。因此可以結合系統(tǒng)硬件調整處理時長，達到系統(tǒng)性能最大發(fā)揮和數(shù)據處理精度的合理使用。同時音頻數(shù)據接收模塊還肩負著把立體聲音頻數(shù)據轉化成單聲道數(shù)據的任務，在監(jiān)測系統(tǒng)中，立體聲道的左右聲道數(shù)據完全一致，為了簡化音頻數(shù)據處理模塊，音頻數(shù)據接收模塊提前去除音頻數(shù)據中的冗余成分，方便數(shù)據直接處理。檢測計算機音頻設備，實時接收接收機送出的音頻信號，并且在接收到音頻數(shù)據后，觸發(fā)音頻數(shù)據處理模塊進行數(shù)據處理操作。流程圖如圖1所示。

報警提醒及故障記錄模塊是系統(tǒng)輸出模塊，在音頻數(shù)據處理模塊處理確定廣播音頻確實存在問題時，通過多種方式及時提醒相關人進行處理，同時進行記錄，方便用戶隨時查詢。如主界面信息記錄區(qū)和信息提示窗口。根據音頻數(shù)據處理模塊處理結果，通過視頻及聲音方式提醒值班員操作信息及發(fā)射機故障信息，并把故障信息記入數(shù)據庫。

提醒模塊根據運行圖，提前一分鐘以聲音及窗口方式提醒各項操作，包括廣播設備的關機、開機、更換廣播頻率、更換廣播節(jié)目等，一分鐘后自動關閉，提醒值班員注意監(jiān)聽。

故障提示流程圖如圖2所示。

操作信息提醒流程圖如圖3所示。

彩條顯示為自定義用戶控件。由彩條顯示容器、彩條整體顯示圖片、彩條遮掩組成。根據彩條表示數(shù)值，動態(tài)調整彩條遮掩，達到彩條指示的動態(tài)顯示。

由音頻數(shù)據處理模塊提供彩條顯示值，實時顯示采集到的音頻電平狀態(tài)，達到音頻由視頻動畫顯示的美化效果。

音頻數(shù)據處理模塊循環(huán)處理音頻數(shù)據接收模傳送的數(shù)據，首先根據條件進行音頻數(shù)據的保存和再回放，其次對音頻數(shù)據進行音頻質量分析。通過算法確定連續(xù)播出的廣播節(jié)目是否存在播出質量上的問題，發(fā)現(xiàn)故障及時傳遞給報警提醒及故障記錄模塊進行故障報警及記錄。

音頻數(shù)據處理算法分析：

圖1 音頻接收處理流程

圖2 故障提示流程

從監(jiān)測軟件中心主體架構介紹不難看出，監(jiān)測軟件的核心就是音頻數(shù)據的處理算法，在此系統(tǒng)中，我曾經設計數(shù)據均值、實時差方、峰谷監(jiān)測、頻率計算、雙音比較等算法，對音頻數(shù)據進行處理，每一種算法都有它的優(yōu)缺點，下面我分別介紹各算法的實現(xiàn)過程，通過比較說明，希望能開拓設計人員的新奇思路。

（1）數(shù)據均值

顧名思義，通過計算處理數(shù)據段數(shù)據絕對值均值，進行連貫數(shù)據處理，模塊對接收到的音頻數(shù)據按固定字節(jié)數(shù)分段，對每段進行電平絕對值的和值計算，和值小于最小標定值（通過多次測試獲得）時，判定參數(shù)加一；否則比較相鄰段電平和值的差值，差值小于最小差標定值時，判定參數(shù)加一，大于最大標定值時，此時監(jiān)測音頻絕對正常，判定參數(shù)賦予零值，處于最大、最小值之間，判定參數(shù)減一（判定參數(shù)始終不小于零），在監(jiān)測時間內判定參數(shù)未出現(xiàn)零值，則計為監(jiān)測音頻故障，通報報警提醒及故障記錄模塊。其判定流程如圖4所示。

圖3 操作信息提醒流程

圖4 音頻監(jiān)測數(shù)據均值算法流程

此方法的特點是，代碼簡單直觀，預先判定監(jiān)測數(shù)據正常，節(jié)省硬件計算資源，分析速度快，通過調整各標定值，軟件誤判率能控制到很低。缺點是操作復雜，其中各標定值均需通過多次測試獲得的結果，標定值的誤差直接影響著故障判定的準確度。

衛(wèi)青，西漢時期的名將，漢武帝第二任皇后衛(wèi)子夫的弟弟。他奇襲龍城，收復河朔、河套地區(qū)，為西漢北部疆域的開拓做出了重大貢獻。

（2）實時差方

利用相鄰采集樣點差方值和值進行判定處理。當差方和值低于標定值時，判定參數(shù)進行減一處理，高于閥值時進行加一處理（當高于某一值時不再處理），判定參數(shù)小于零時，判定故障，通報報警提醒及故障記錄模塊。

實時差方算法較數(shù)據均值算法更能準且些，判定過程基本相同，預先判定監(jiān)測數(shù)據故障，僅僅是通過差方算法，提高了故障與正常時判定值之間的差值，從而提高了系統(tǒng)的判定精度，方便判定閥值的選定。此處理方式操作也較為復雜。

（3）峰谷監(jiān)測

利用相鄰采集樣點監(jiān)測采樣點是否音頻信號波峰（或波谷），當相鄰波峰、波谷數(shù)量差值大于固定值時，進行監(jiān)測值加一，當監(jiān)測值大于標定值時，當前音頻信號正常；小于標定值，則判為故障，通知報警提醒及故障記錄模塊。

峰谷監(jiān)測算法相對較為復雜，需要先在采樣數(shù)據段監(jiān)測出波峰波谷數(shù)據，然后對數(shù)據進行分析，根據聲波形狀可通過限定波峰波谷數(shù)據差值，判定音頻是否正常。此處理方式能較好的判定出音頻是否播出正常。

（4）頻率計算

音頻頻譜分析法：分析原理基本同上，不同地方是，此分析法不是對電平和值計算，而是首先對音頻數(shù)據段進行快速傅里葉變換，獲得音頻數(shù)據近似頻譜，在對頻譜進行加權和值計算，加權和值比較方法同上。同樣，各標定值也均通過多次測試獲得。此分析法的特點是，分析準確度更高，但由于快速傅里葉變換的存在，使得代碼比較復雜、分析速度相對較慢。

（5）雙音比較

雙音比較法：需要相同節(jié)目源輸入，對比接收音頻與節(jié)目源。此方法分析準確度最高，同時可發(fā)現(xiàn)錯播節(jié)目和高噪聲的接收音頻。此功能根據系統(tǒng)擴展要求，可考慮線路的改進。

4.系統(tǒng)主體運行流程

◆連續(xù)從接收機（不斷變化接收頻率）獲取音頻數(shù)據（廣播設備播音正常狀態(tài)下，每秒鐘檢測一部設備）；

◆分析音頻數(shù)據，獲取分析數(shù)值，并直觀彩條顯示音頻電平；

◆根據分析數(shù)值統(tǒng)計停播計數(shù)。（明顯音頻正常，停播計數(shù)復位=0）；

◆停播計數(shù)不等于0，繼續(xù)監(jiān)測此頻率；否則，此頻率正常，繼續(xù)下一頻率監(jiān)測（為接收機發(fā)送下一監(jiān)測頻率指令，重新開始分析統(tǒng)計判斷）；

◆停播計數(shù)達標定值，計此頻率廣播設備故障，繼續(xù)監(jiān)聽此設備頻率；

◆監(jiān)聽頻率播音正常后，繼續(xù)監(jiān)測下一在播頻率。

◆提示系統(tǒng)跟主系統(tǒng)（監(jiān)聽監(jiān)測）同時進行，互不干擾，流程如上流程圖。

此監(jiān)測輔助系統(tǒng)，在我臺機房經歷了多年的實踐考驗，運行非常可靠，曾多次對廣播發(fā)射設備播出異態(tài)給予及時提醒，為質量保證系統(tǒng)提供有力輔助。此系統(tǒng)在我臺安全傳輸發(fā)射中有良好的表現(xiàn)，已經成為大家值班操作不可或缺的手段和助手，大大減輕了播出監(jiān)測對人的依靠性，堵塞了許多安全漏洞，對我臺安全傳輸發(fā)射工作起到了非常大的推動和保障作用。