中波廣播發射臺信號識別監測系統

黃楚勇

（廣東省揭陽中波轉播臺，廣東 揭陽 522000）

中波廣播發射臺的任務是通過接收上級衛星信號作為信號源，利用臺內的鏈路環節傳入發射機，發射機對該信號進行處理、放大和發射，使衛星廣播信號傳輸至受眾接收端[1]。為了使發射臺播出覆蓋任務得到保障，廣東省揭陽中波轉播臺（下面簡稱“我臺”）建立了一套基于音頻基因比對識別的信號識別監測系統，對播出節目進行有效監測，從而使值班人員實時高效地掌控播出信號和機器的穩定運行。

1 機房現狀

根據傳統的安全保障方式，我臺采取技術人員24小時不間斷值班的方式保障了信號正常播出。值班過程中，技術人員需要定時切換傳輸通道監聽并判斷播信號是否正確，這樣長時間的高度集中容易造成精神疲勞，同時值班員對發射機突發故障、廣播信號被插播或篡改等情況有時無法及時、有效地發現和甄別，一旦發生安全播出事故，將會造成嚴重的負面影響。因此，為了增強信號傳輸的安全性和可靠性，杜絕和防止源信號在傳輸和發射前后出現

丟失、惡意篡改的可能性，以及對發射臺設備老化、設備故障、人為干擾等因素進行有效的甄別，進一步提高應急處理能力，需要建立一套信號識別監測系統。通過該系統可以精確、快速地發現異常情況，并及時發出警告，協助值班人員迅速作出判斷，采取補救措施，從而更加有效地保障廣播的播出安全。

2 系統建立原則

（1）全性原則：系統在設計上要求信息在傳輸過程中絕對安全，內網音頻采集采用單向通道，不允許采集器對內網環境發布指令性數據，原則上只允許采集器接收指定數據。提取的音頻特征文件為不可逆文件，在與外網環境進行通信時，全程需采用加密通道保證信息的安全性和完整性。

（2）穩定性原則：在設備選型上，要求采用知名品牌器件或設備，要求在同類產品中性能優異，符合高標準、高質量、高穩定性能要求；軟件在操作上要做到簡單方便、安全可靠；硬件和軟件系統需符合7×24小時的安全穩定運行的要求。

（3）準確性原則：要求系統識別比對算法具備高精準度，能有效發現任何失真或被篡改的內容，同時預警信息必須及時、準確。

（4）易用性原則：系統的設計要求充分考慮用戶的使用習慣，操作頁面要簡單明了，報警通知及時易察覺，報警信息要簡單明了，盡可能定位到問題點，方便現場人員排查。符合簡單操作，快速響應，及時處理的要求。

3 信號識別監測系統

3.1 工作原理

信號識別監測系統通過對音頻內容的特征基因進行提取，然后將提取出來的數據通過網絡上傳到阿里云端存儲，再利用比對算法對上游和下游提取出來的基因數據進行有效比對。在保證不改變原始音頻的前提下，對特征文件內容做相似性計算，并進行高效準確的比對，來驗證兩段音頻信號內容是否一致，從而判斷信號是否被篡改或者機器是否有故障。

3.2 硬件部分組織架構

該系統硬件組織架構分為3部分：各采集點音頻采集設備、各采集點音頻基因提取服務器以及比對識別報警設備。首先，各采集點部署了專業的音頻實時流采集設備對各頻率的多路AES音頻數字/模擬信號進行采集，并打包以UDP的方式傳輸給下游的音頻基因提取服務器。其次，音頻基因提取服務器經過一系列的算法，從音頻內容中提取得到一段惟一的特征碼，即為基因，并將提取的基因連同其相關信息（例如碼率、日期等），通過加密通道傳輸給存儲模塊存儲到基因數據庫中，以備后續的比對識別模塊調用。最后，把比對識別模塊、監控中心模塊、數據庫存儲以及用戶管理等相關模塊，部署在阿里云服務器上并反饋給用戶，用戶通過比對識別報警設備的報警信息對異常情況進行及時有效地處理。系統組織架構如圖1所示。

圖1 硬件系統組織架構

考慮到我臺發射條件和地理環境等因素，對該系統的布局上設置了三級鏈路節點（五個采集點）進行分級監測：一級鏈路為廣播源信號，即上星前的信號；二級鏈路為衛星接收機的采集信號；三級鏈路設置了三處終端監測點，皆為開路接收信號。廣播源信號上星前通過音頻實時流采集設備采集后并添加傳輸方式作為標記進行云端存儲。隨后我臺在收到源信號后，通過一系列設備處理，在進入發射機 發射之前，對多路廣播節目源信號再一次采集，存儲到云端并與源信號進行比對，確保源信號到進入發射機發射之前不會出現音頻內容失

真或者篡改。最后，廣播信號通過我臺發射傳輸之后，在覆蓋區域內設置的3處監測點對音頻信號進行采集，同樣存儲到云端并與進入發射機前的音頻信號進行比對，確保發射機發射前后不會出現音頻內容失真或篡改。

3.3 軟件部分組成及功能

系統軟件部分主要包括基因采集提取模塊、基因識別比對模塊、監控中心、警情處理模塊、數據分析模塊以及用戶中心模塊。

基因采集提取模塊對我臺現有的設備輸出情況進行匹配，支持了對模擬信號的音頻格式進行采集，供給音頻基因采集程序進行基因提取。提取的基因具有空間占用小、傳輸快、不可逆向復原等特點，可以通過公網單向傳輸到基因識別比對模塊，傳輸過程采用SSL加密，保障信息安全。基因識別比對模塊采用Audio DNA比對算法對提取的音頻數據基因進行實時比對，并將比對的結果以接口方式輸出傳遞給UI等相關模塊。該模塊為開放式架構，采用有向無環圖和靈活的前端設計來滿足不同音頻上中下游的比對需求，擴容能力強，支持分布式比對，允許增加更多的比對節點以支持更多拓撲鏈路。

監控中心模塊采用HTML5 Canvas Audio Buffer等技術開發的音頻實時波形圖，詳細列出了當前監測中的各路信號源以及其相關參數，并允許新增或者刪除監測信號，可實現對各個監測點的實時音頻波形圖、比對結果和比對警情的展示，以及對各監測點實時音頻的監聽，一旦機器出現故障或音頻信號發生異常，該模塊界面將發出警報以提醒值班人員及時處理。

警情處理模塊采用React框架，對后臺管理頁面進行展示，實現對監測到的異常結果的記錄。值班人員處理監測結果時可通過回放母本與樣本兩個音頻進行確認，對于級別顏色（橙色和紅色）的報警，必須規定時間內處理，并留下處理日志。對于人工確認為誤報的，記錄為系統故障，不引發故障報警。

數據分析模塊負責數據的統計分析，將異常的總時長、總次數統計出來，并以報表和曲線圖的形式呈現。允許以時間范圍、報警類型、報警級別、監測點、值班人員等組合查詢報警明細。

用戶中心模塊主要用于操作用戶及相關權限管理等，支持超級用戶對系統數據的查詢、處理、刪除等權限及對普通用戶的增刪查改和激活等功能。

4 系統應用效果

通過上述分析可知，信號識別監測系統采用了多模塊分布控制的方式，各模塊具有一定的獨立性，又存在密切的聯系，相輔相成。該系統的應用，一方面有助于強化我臺節目播出的安全性，另一方面在很大程度上提升了我臺整體的工作效率[2]。

4.1 強化節目播出安全性

系統建立之后，實現了對節目停播、錯播、非法插播等異常情況的監測和報警，同時對該異常信息進行錄音備案，以便對事件后續回溯和追溯，從而使得異常狀況在整個發射傳播過程變得透明化。同時，由于我臺傳輸頻率眾多，衛星接收天線、發射機、天饋系統場地分布不集中，巡查時容易造成疏漏，信號識別監測系統的投入有效避免了疏漏引起的誤報警、停播等事件，使得值班人員對異常情況的處理準確無誤，很好地強化了我臺節目播出的安全性。

4.2 提升發射臺工作效率

建立該系統之前，值班人員每隔30分鐘需要對各頻率節目進行監聽，每隔2小時對發射機、發射場地進行巡查，以保證信號傳輸不發生停播、錯播、漏播。該系統的應用，在很大程度上減輕了值班員的工作壓力，使值班員在排查故障時更為精準和及時，大大提升了工作效率[3]。值班員可以將更多的精力放在對機器設備的日常維護上，避免因不及時處理故障而造成設備損壞帶來的經濟損失。

5 結束語

信號識別監測系統實現了對信號故障的自動識別監測，有效地對信號的異常狀況發出警報，提醒值班員及時排除故障，降低了處理故障人為誤判率，提高了工作效率，保障了安全播出中心工作。在廣播信息行業的未來發展當中，該系統可通過技術革新，合理利用已有資源和設備，從功能上逐步趨向與自動化故障處理相結合，有效提高系統可靠性，逐步向無人值班機房的方向發展，具有良好的實用價值和推廣意義。