基于云平臺(tái)的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高 暉

（濟(jì)南廣播電視臺(tái)發(fā)射中心，山東 濟(jì)南 250102）

0 引 言

調(diào)頻廣播作為一種廣泛應(yīng)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(diǎn)，可使得音樂、信息、文化服務(wù)能夠快速傳遞到更多人群當(dāng)中。調(diào)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(yù)度，推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)和文化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而，隧道是調(diào)頻廣播信號(hào)的覆蓋盲區(qū)，因此，隧道調(diào)頻廣播覆蓋建設(shè)成為發(fā)展城市經(jīng)濟(jì)和文化產(chǎn)業(yè)的重要平臺(tái)，同時(shí)也是提升城市文化水平、推動(dòng)城市文化發(fā)展、提高城市競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段[1]。隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)，不僅能夠滿足司乘人員的文化需求，還能夠?yàn)槌鞘械慕?jīng)濟(jì)和文化發(fā)展注入新的動(dòng)力，進(jìn)一步提高城市的綜合競(jìng)爭(zhēng)力和吸引力。

然而，隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)存在信號(hào)節(jié)點(diǎn)多、分布廣的特點(diǎn)，這為安全播出監(jiān)管帶來了極大的挑戰(zhàn)。為保證隧道調(diào)頻廣播安全播出，本文采用一種基于云平臺(tái)部署的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)插播、錯(cuò)播、劣播和無音頻播出等發(fā)射問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)并進(jìn)行預(yù)警和處理，滿足廣播電視安全播出相關(guān)要求，降低隧道調(diào)頻廣播覆蓋的運(yùn)維成本，提升隧道調(diào)頻廣播覆蓋的安全播出監(jiān)管工作效率。

1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)音頻監(jiān)測(cè)的局限性

目前，濟(jì)南廣播電視臺(tái)已經(jīng)建立了隧道調(diào)頻覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，值班員可以通過該平臺(tái)查看隧道調(diào)頻廣播系統(tǒng)內(nèi)遠(yuǎn)端機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)等信息，接收回來的廣播節(jié)目信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)、信噪比等參數(shù)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道調(diào)頻廣播播出過程中出現(xiàn)的信號(hào)中斷問題[2]。但是，目前對(duì)音頻節(jié)目?jī)?nèi)容的監(jiān)聽監(jiān)測(cè)，主要還是通過值班人員進(jìn)行人工監(jiān)聽判斷。

值班員在值班工作期間，不但要對(duì)隧道調(diào)頻覆蓋系統(tǒng)內(nèi)傳輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查看，還要集中精力對(duì)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)量多達(dá)77 臺(tái)的遠(yuǎn)端機(jī)廣播節(jié)目信號(hào)進(jìn)行手動(dòng)監(jiān)聽監(jiān)測(cè)，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(shí)間。節(jié)目?jī)?nèi)容的人工收聽監(jiān)聽監(jiān)測(cè)以及判斷，不但容易出現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤信號(hào)發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或誤判等問題，而且監(jiān)測(cè)范圍和頻率也有一定的限制，需要在監(jiān)測(cè)人員的專業(yè)水平和經(jīng)驗(yàn)等方面加強(qiáng)管理和控制。

2 音頻比對(duì)系統(tǒng)中比對(duì)數(shù)量和計(jì)算資源矛盾

音頻比對(duì)是一種音頻分析和處理技術(shù)，可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)音頻和被檢測(cè)音頻進(jìn)行一致性分析并給出量化結(jié)果。音頻比對(duì)系統(tǒng)為了準(zhǔn)確進(jìn)行信號(hào)比對(duì)，需要對(duì)被監(jiān)測(cè)音頻的采樣數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)音頻的采樣數(shù)據(jù)一一進(jìn)行比對(duì)[3]。然而在音頻比對(duì)系統(tǒng)中，比對(duì)數(shù)量與計(jì)算資源之間的矛盾是一個(gè)普遍存在的問題。隨著比對(duì)數(shù)量的增加，需要消耗的計(jì)算資源也相應(yīng)增加。而計(jì)算資源的限制可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法對(duì)大量的音頻進(jìn)行比對(duì)。

濟(jì)南廣播電視臺(tái)隧道調(diào)頻廣播系統(tǒng)已建設(shè)完成15 條隧道，總覆蓋長(zhǎng)度接近60 km。隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)信號(hào)節(jié)點(diǎn)多，遠(yuǎn)端機(jī)數(shù)量多達(dá)77 臺(tái)。按照濟(jì)南市廣播電視臺(tái)每臺(tái)遠(yuǎn)端機(jī)播出6 套節(jié)目比對(duì)來計(jì)算，音頻比對(duì)系統(tǒng)要求計(jì)算的運(yùn)算量為78×6=468 路。如此大的計(jì)算資源，只能通過增加資金投入，增加服務(wù)器的數(shù)量或者使用更加高性能的計(jì)算機(jī)設(shè)備來滿足比對(duì)需求。

3 基于云平臺(tái)部署的音頻分時(shí)比對(duì)方案

在隧道調(diào)頻廣播系統(tǒng)中引入基于云平臺(tái)部署的音頻分時(shí)比對(duì)技術(shù)，不僅可以有效地解決音頻比對(duì)系統(tǒng)中比對(duì)數(shù)量和計(jì)算資源之間的矛盾，還可以作為現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的功能補(bǔ)充，從而發(fā)現(xiàn)插播、錯(cuò)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(shí)現(xiàn)這一目的，建設(shè)基于云平臺(tái)部署的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)，應(yīng)具備以下技術(shù)特點(diǎn)。

（1）分時(shí)比對(duì)和定時(shí)比對(duì)功能。系統(tǒng)可以根據(jù)需要設(shè)置分時(shí)比對(duì)和定時(shí)比對(duì)，對(duì)節(jié)目呼號(hào)、臺(tái)標(biāo)識(shí)別段音頻進(jìn)行比對(duì)，并提高比對(duì)準(zhǔn)確性。

（2）解決時(shí)延影響。系統(tǒng)能夠針對(duì)不同延時(shí)信號(hào)和音頻源信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，保證比對(duì)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

（3）智能算法。系統(tǒng)采用智能算法，能夠根據(jù)使用情況自動(dòng)調(diào)整性能，提高比對(duì)效率和準(zhǔn)確性。

（4）準(zhǔn)確判斷內(nèi)容不一致情況。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷內(nèi)容的不一致，包括插播、錯(cuò)播、劣播等原因造成的內(nèi)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(bào)和誤報(bào)的情況，保證比對(duì)報(bào)警的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

（6）自動(dòng)報(bào)警和微信推送功能。系統(tǒng)具備自動(dòng)報(bào)警和微信推送功能，方便值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障。

（7）低成本、低維護(hù)及自動(dòng)化。系統(tǒng)與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)融合、互補(bǔ)，在不改變現(xiàn)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(hù)及自動(dòng)化的方式完成音頻分時(shí)比對(duì)任務(wù)，保障安全播出工作。

在實(shí)現(xiàn)音頻分時(shí)比對(duì)技術(shù)的過程中，選擇有效的音頻比對(duì)算法非常關(guān)鍵，主要工作包括建立一套符合聲音特征的數(shù)據(jù)分析算法，從音頻信號(hào)中提取聲音特征參數(shù)進(jìn)行分析，比對(duì)出兩個(gè)音頻內(nèi)容的一致程度，以確定兩個(gè)音頻信號(hào)在時(shí)序上的一致性和真實(shí)性。

3.1 基于云平臺(tái)的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于云平臺(tái)的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)方案，通過現(xiàn)有隧道調(diào)頻廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)IP 傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)。濟(jì)南廣播電視臺(tái)隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)遠(yuǎn)端機(jī)內(nèi)置FM 監(jiān)聽模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)FM 信號(hào)的監(jiān)測(cè)和解調(diào)，將音頻實(shí)時(shí)壓縮并回傳，上傳至隧道廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)云平臺(tái)，完成對(duì)遠(yuǎn)端機(jī)發(fā)射信號(hào)的監(jiān)聽和監(jiān)測(cè)。音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)通過1 套OH11 音頻監(jiān)聽網(wǎng)關(guān)采集信源音頻，基于音頻特征參數(shù)的音頻內(nèi)容與各個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)FM 空收和解調(diào)后的音頻進(jìn)行分時(shí)比對(duì)和定時(shí)比對(duì)，并自動(dòng)報(bào)警，通過微信服務(wù)推送量化的比對(duì)結(jié)果。基于云平臺(tái)的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 基于云平臺(tái)部署音頻分時(shí)比對(duì)方案

通過該方案，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)和比對(duì)，提高隧道調(diào)頻廣播的播出質(zhì)量和安全性。同時(shí)，該方案還能夠提供詳細(xì)的比對(duì)日志和比對(duì)報(bào)警記錄，方便用戶進(jìn)行后續(xù)的分析和處理，提高比對(duì)效率和準(zhǔn)確性，符合國(guó)家廣播電視總局的安全播出細(xì)則要求。

3.2 音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)流程

音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)通過信源采集音頻特征參數(shù)與被監(jiān)測(cè)音頻的特征參數(shù)比對(duì)，生成比對(duì)結(jié)果、相似度比對(duì)結(jié)果。信源音頻與被監(jiān)測(cè)的音頻是通過云平臺(tái)上的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)提取特征參數(shù)并進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償和自動(dòng)化比對(duì)。音頻比對(duì)算法采用了基于支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）的機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)音頻比對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，使之能夠根據(jù)節(jié)目?jī)?nèi)容進(jìn)行比對(duì)模型參數(shù)的自我調(diào)節(jié)，從而到達(dá)自適應(yīng)提高算法性能的目的。如圖2 所示，音頻分時(shí)比對(duì)方案的總體框架包括以下幾個(gè)主要組成部分。

圖2 基于云平臺(tái)部署音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)算法

（1）OH11 音頻監(jiān)聽網(wǎng)關(guān)。OH11 音頻監(jiān)聽網(wǎng)關(guān)完成信源音頻的采集和上傳。OH11 音頻監(jiān)聽網(wǎng)關(guān)能夠從多個(gè)信源采集音頻數(shù)據(jù)，將采集到的音頻數(shù)據(jù)上傳到音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。

（2）隧道調(diào)頻覆蓋系統(tǒng)內(nèi)遠(yuǎn)端機(jī)。遠(yuǎn)端機(jī)完成FM 信號(hào)監(jiān)測(cè)與解調(diào)后音頻實(shí)時(shí)壓縮、實(shí)時(shí)回傳、上傳。遠(yuǎn)端機(jī)能夠?qū)M 信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和解調(diào)，將解調(diào)后的音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮和回傳，上傳到音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。

（3）音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)。音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)完成信源音頻特征參數(shù)的實(shí)時(shí)分析和提取，對(duì)遠(yuǎn)端機(jī)上傳的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。該系統(tǒng)采用智能算法，能夠根據(jù)使用情況自動(dòng)調(diào)整性能，提高比對(duì)效率和準(zhǔn)確性。

（4）比對(duì)分析算法。音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)中的比對(duì)分析算法是實(shí)現(xiàn)音頻分時(shí)比對(duì)的核心部分。該算法能夠從音頻信號(hào)中提取聲音特征參數(shù)進(jìn)行分析，比對(duì)出兩個(gè)音頻內(nèi)容的一致程度，將延時(shí)后信號(hào)恢復(fù)到原始的時(shí)間點(diǎn)，從而確定兩個(gè)音頻信號(hào)在時(shí)序上一致，為同一信號(hào)。

基于云平臺(tái)的音頻分時(shí)比對(duì)算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濟(jì)南廣播電視臺(tái)隧道調(diào)頻覆蓋系統(tǒng)內(nèi)各遠(yuǎn)端機(jī)的空收監(jiān)測(cè)音頻的分時(shí)比對(duì)、定時(shí)比對(duì)。比對(duì)量化結(jié)果自動(dòng)報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，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(wù)將比對(duì)結(jié)果推送至值班員和維修維護(hù)人員，提醒值班人員和維修維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)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(shù)保障。

3.3 與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的融合互補(bǔ)

濟(jì)南市廣播電視臺(tái)隧道調(diào)頻覆蓋系統(tǒng)已全部接入云平臺(tái)部署的濟(jì)南隧道廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)。基于云平臺(tái)部署的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)，與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)互補(bǔ)，是對(duì)原有監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充和完善，能夠更好地監(jiān)測(cè)和管理隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)。

基于云平臺(tái)的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)的投入使用，不僅讓濟(jì)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(shí)間，保障了安全播出工作的順利進(jìn)行。基于云平臺(tái)部署的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)是對(duì)現(xiàn)有隧道調(diào)頻廣播覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)的完善和補(bǔ)充，能夠提高監(jiān)測(cè)和管理的效率和準(zhǔn)確性，保障隧道調(diào)頻廣播的安全播出工作。

4 基于云平臺(tái)音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)成效

基于云平臺(tái)的音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)，可以通過參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)內(nèi)各遠(yuǎn)端機(jī)的分時(shí)比對(duì)方案和定時(shí)比對(duì)方案。可設(shè)置的參數(shù)包括比對(duì)時(shí)間間隔、音頻采集時(shí)長(zhǎng)、節(jié)目名稱、節(jié)目頻率、報(bào)警內(nèi)容和音頻源選擇，以及報(bào)警推送提示方式和推送人員[4-5]。

在比對(duì)過程中，系統(tǒng)將對(duì)參與比對(duì)任務(wù)的記錄進(jìn)行比對(duì)日志記錄，并對(duì)參與比對(duì)任務(wù)異常的報(bào)警信息進(jìn)行比對(duì)報(bào)警記錄，同時(shí)推送報(bào)警內(nèi)容。此外，系統(tǒng)還將提供詳細(xì)的比對(duì)結(jié)果，包括比對(duì)結(jié)果、相似度等任務(wù)記錄，以方便用戶進(jìn)行分析和處理。

通過以上設(shè)置和記錄，音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)內(nèi)各遠(yuǎn)端機(jī)的精確比對(duì)，發(fā)現(xiàn)并記錄異常信號(hào)，保證隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠提供詳細(xì)的比對(duì)日志和比對(duì)報(bào)警記錄，方便用戶進(jìn)行后續(xù)的分析和處理，提高比對(duì)效率和準(zhǔn)確性，如圖3 所示。

圖3 基于云平臺(tái)部署音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)成效展示

5 結(jié) 語(yǔ)

隧道調(diào)頻廣播覆蓋是一個(gè)系統(tǒng)性工程，作為現(xiàn)有調(diào)頻廣播的覆蓋延伸，拓展了現(xiàn)有調(diào)頻廣播的覆蓋范圍。本方案在現(xiàn)有傳輸鏈路不變的情況下，利用隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)內(nèi)遠(yuǎn)端機(jī)FM 空收和解調(diào)后的音頻，建設(shè)一套基于云平臺(tái)部署音頻分時(shí)比對(duì)系統(tǒng)，進(jìn)行音頻內(nèi)容的比對(duì)分析，與原有系統(tǒng)融合、互補(bǔ)。這將能夠保證隧道調(diào)頻廣播信號(hào)的“高質(zhì)量、不間斷、既經(jīng)濟(jì)、又安全”，并保障隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

本文基于濟(jì)南廣播電視臺(tái)隧道調(diào)頻覆蓋情況，對(duì)隧道調(diào)頻廣播覆蓋的安全播出方案進(jìn)行了分析和比較，提出了基于云平臺(tái)部署的音頻分時(shí)比對(duì)安全性方案。采用該方案，可以增加信號(hào)內(nèi)容的檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，有效防止非法信號(hào)插播和錯(cuò)播事故，確保安全播出。此外，該方案還能提升隧道調(diào)頻覆蓋系統(tǒng)安全播出的安全等級(jí)，降低隧道調(diào)頻廣播中信號(hào)源的建設(shè)和使用成本，通過科學(xué)的方案設(shè)計(jì)與有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)融合、互補(bǔ)，進(jìn)一步提升隧道調(diào)頻廣播覆蓋系統(tǒng)的可用性、可靠性和安全性。