廣播電視檢測(cè)音頻關(guān)鍵技術(shù)

文 裘永軍

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，廣播電視也逐漸朝著數(shù)字電視技術(shù)去發(fā)展，我國(guó)的大部分電視臺(tái)以及影視機(jī)構(gòu)都開始運(yùn)行數(shù)字化廣播電視節(jié)目。科技的不斷進(jìn)步，廣播電視設(shè)備的故障率已經(jīng)有所較低了，一般不會(huì)因?yàn)樵O(shè)備障礙造成廣播電視節(jié)目的錯(cuò)播或者停播。但隨著數(shù)字化的普及，新的問(wèn)題也隨之而來(lái)，那就是信號(hào)的安全性能會(huì)對(duì)廣播電視節(jié)目產(chǎn)生一定的影響，尤其是出現(xiàn)在播出過(guò)程中遭到信號(hào)干擾，出現(xiàn)插播或者破壞節(jié)目的現(xiàn)象越來(lái)越多，因此，廣播電視的安全監(jiān)測(cè)也越來(lái)越被重視。

廣播電視數(shù)字化后，廣播電臺(tái)的音頻節(jié)目的每一個(gè)部分都產(chǎn)生了深刻的變化，而數(shù)字音頻是數(shù)字化電視廣播制作的主要功能手段，因此，對(duì)于電視廣播檢測(cè)音頻技術(shù)的探究很有必要，但隨著數(shù)字音頻的產(chǎn)生，無(wú)論是基本理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、音頻格式還是接口方式都發(fā)生了改變，檢測(cè)工作的難度也因此增加，單靠人力完成是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，廣播電視節(jié)目更加需要一種能夠?qū)?shù)字音頻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)分析的自動(dòng)報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)。

數(shù)字音頻的基本原理

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展，數(shù)字音頻全面提高了廣播電視節(jié)目的播出質(zhì)量，并且已經(jīng)逐步取代廣播電視制作系統(tǒng)中傳統(tǒng)應(yīng)用的以模擬信號(hào)處理方式的音頻設(shè)備。數(shù)字音頻設(shè)備在原有的模擬音頻信號(hào)的輸出和輸入方式的基礎(chǔ)上，對(duì)音頻設(shè)備的功能則設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)在模擬信號(hào)環(huán)境中運(yùn)行。數(shù)字音頻的實(shí)際技術(shù)運(yùn)用，是將音頻設(shè)備經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中同時(shí)實(shí)施對(duì)音頻信號(hào)的控制，然后再用于記錄和傳輸。對(duì)于麥克風(fēng)等模擬設(shè)備的信號(hào)采集，需要進(jìn)行數(shù)字化信號(hào)處理。其中最關(guān)鍵的技術(shù)的A/D轉(zhuǎn)換，模擬音頻能夠進(jìn)行良好的數(shù)字化轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)在于高效率和高質(zhì)量的A/D轉(zhuǎn)換。而A/D轉(zhuǎn)換的質(zhì)量主要取決于抽樣、量化、編碼等工作的精確測(cè)量度以及準(zhǔn)確性。目前使用的抽樣標(biāo)準(zhǔn)有3種，如下表：

頻率（K H Z） 應(yīng)用線路4 4 安裝P MC適配器的P A L廣播和N T S C的廣播電視信號(hào)3 2 E M立體聲廣播發(fā)射機(jī)的地面線路48 主要與32 k h z頻率進(jìn)行關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換

數(shù)字音頻檢測(cè)分類

目前許多廣播電視臺(tái)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)都只是單純的對(duì)音頻信號(hào)的質(zhì)量和信號(hào)的好壞進(jìn)行檢測(cè)，多采用人工監(jiān)聽，循環(huán)播放的方式來(lái)完成檢測(cè)，這種方式效率較低且會(huì)出現(xiàn)滯后性，導(dǎo)致電視廣播節(jié)目出現(xiàn)突發(fā)現(xiàn)象。對(duì)于數(shù)字音頻檢測(cè)主要分為對(duì)音頻內(nèi)容好壞的檢測(cè)和音頻質(zhì)量的高低以及信號(hào)來(lái)源的正確性。二者相互依存，因?yàn)橐纛l質(zhì)量的高低會(huì)影響到節(jié)目播出的質(zhì)量，會(huì)影響到聽眾對(duì)信息內(nèi)容的獲取，而音頻內(nèi)容的好壞又會(huì)直接影響到音頻質(zhì)量。針對(duì)于數(shù)字音頻，監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)主要包含數(shù)字音頻頻譜分析、數(shù)字音頻電平測(cè)量、數(shù)字水印技術(shù)。

1.數(shù)字音頻頻譜分析技術(shù)

進(jìn)行頻譜分析的方法通常包含有機(jī)遇數(shù)字濾波法的頻譜分析、基于FFT技術(shù)的頻譜分析以及基于外差原理的頻譜分析。對(duì)于數(shù)字音頻的頻譜分析的基本原理是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，因此測(cè)出頻譜分量。分析頻譜則可以進(jìn)一步觀察音頻信號(hào)對(duì)于不同頻率上的幅值變化情況。下面以FFT技術(shù)為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)字音頻頻譜技術(shù)的分析方法。

FFT技術(shù)主要采用的儀器為FFT分析儀，在信號(hào)采樣以后，對(duì)信號(hào)的采樣點(diǎn)進(jìn)行一段時(shí)間長(zhǎng)度的傅里葉變換，將時(shí)域信息轉(zhuǎn)換為頻域信息。這種變換采用的是離散時(shí)域采樣點(diǎn)，因此時(shí)域信號(hào)中不會(huì)存在頻率信息的遺漏，故而我們認(rèn)為，F(xiàn)FT分析法所產(chǎn)生的信號(hào)寬帶是能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)分析的。在變換過(guò)程中，需要關(guān)鍵考慮到FFT長(zhǎng)度這個(gè)參數(shù)，必須是2的整數(shù)次冪，如果不足則用0值補(bǔ)齊。經(jīng)過(guò)變換而得的頻率信息的最低頻率，由音頻采樣頻率域FFT長(zhǎng)度共同決定。但是由于人耳能聽到的頻率范圍是有一定局限性，所以在實(shí)際測(cè)量中，需要將頻譜信息利用均衡圖來(lái)分段顯示。如下圖所示為常用的集中顯示均衡圖。

2.數(shù)字音頻電平測(cè)量

最簡(jiǎn)單的音頻檢測(cè)形式是使用現(xiàn)實(shí)音頻信號(hào)幅度的電平表，一般包含兩種類型的電平表：（Peak Program Meter）PPM表和（Volum Unit） VU表。數(shù)字音頻在制作過(guò)程中，就與模擬音頻有很大的區(qū)別，數(shù)字音頻采用脈沖編碼調(diào)制的方法制成，在電平檢測(cè)的時(shí)候，當(dāng)輸入信號(hào)電平上升到某一只時(shí)，輸出信號(hào)上升速度反而減慢，達(dá)到飽和，這就是模擬音頻而非數(shù)字音頻，當(dāng)數(shù)字信號(hào)通過(guò)電平檢測(cè)時(shí)，如果出現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)超過(guò)峰值節(jié)目表的0分貝時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行報(bào)警預(yù)告。

3.音頻的矢量和相位檢測(cè)

音頻的矢量圖是由左右聲道通過(guò)李薩如圖形得到的，我們可以利用矢量圖來(lái)分析左右聲道的相互關(guān)系，進(jìn)而檢測(cè)這兩個(gè)聲道的平衡模式。

音頻的相位圖主要是表現(xiàn)出左右聲道的相位差，來(lái)判斷左右聲道信號(hào)之間的關(guān)系，并且需要定量測(cè)量工作。相位差的測(cè)量方法主要包含：過(guò)零比較法、相關(guān)分析法、波形變換法。以相關(guān)分析法為例，是利用左右聲道的正弦同頻信號(hào)的互聯(lián)函數(shù)值與相位差的余弦值進(jìn)行正比來(lái)獲得的。

4.數(shù)字水印技術(shù)

數(shù)字水印是在不影響音頻質(zhì)量的前提下，在授權(quán)的情況下將防偽信息嵌入到音頻的原始數(shù)據(jù)中，對(duì)數(shù)字音頻進(jìn)行版權(quán)保護(hù)。數(shù)字水印技術(shù)一般包含了嵌入、提取、處理過(guò)程。現(xiàn)在人們對(duì)音頻的數(shù)字水印的發(fā)展朝著不可見水印技術(shù)發(fā)展，主要是由于可見水平容易受到攻擊和模仿，而不可見水印技術(shù)則有一定的隱藏性。實(shí)現(xiàn)不可見數(shù)字水印的方法大體分為在變換域中實(shí)現(xiàn)和在空間域中實(shí)現(xiàn)。以變換域中實(shí)現(xiàn)方法為例，它首先需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一系列變換如離散余弦變換、傅里葉變換等，在鑲嵌水印進(jìn)入音頻信號(hào)中，這種方式計(jì)算較為復(fù)雜，但隱蔽性高。

數(shù)字音頻自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)要說(shuō)明

自動(dòng)化檢測(cè)數(shù)字音頻系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式為：音頻信息輸入音頻檢測(cè)終端，音頻信息被終端讀取并進(jìn)行DSP處理（包括計(jì)算其音頻左右聲道相位差、電平大小、時(shí)域信號(hào)變換到頻域），進(jìn)一步輸出給檢測(cè)主機(jī)，最后經(jīng)過(guò)前端檢測(cè)軟件處理，在輸出設(shè)備上表現(xiàn)出輸出結(jié)果。其中監(jiān)測(cè)前端包括監(jiān)測(cè)主機(jī)、音頻監(jiān)測(cè)終端、以及與其配套的顯示設(shè)備和監(jiān)聽設(shè)備。主要完成音頻信息的監(jiān)聽監(jiān)看、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄和查詢、報(bào)警功能。該系統(tǒng)還含有存儲(chǔ)系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)。

廣播電視節(jié)目現(xiàn)在已經(jīng)成了人們生活中不可分割的一部分，對(duì)于廣播電視的音頻檢測(cè)工作也越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，隨著信息技術(shù)的不斷革新，相信在不久的將來(lái)，音頻檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)也會(huì)不斷深入發(fā)展，技術(shù)也會(huì)越來(lái)越成熟，促進(jìn)我國(guó)的廣播電視也的快速發(fā)展。