廣播電視檢測音頻關鍵技術

文 裘永軍

隨著信息技術的不斷發展，廣播電視也逐漸朝著數字電視技術去發展，我國的大部分電視臺以及影視機構都開始運行數字化廣播電視節目?？萍嫉牟粩噙M步，廣播電視設備的故障率已經有所較低了，一般不會因為設備障礙造成廣播電視節目的錯播或者停播。但隨著數字化的普及，新的問題也隨之而來，那就是信號的安全性能會對廣播電視節目產生一定的影響，尤其是出現在播出過程中遭到信號干擾，出現插播或者破壞節目的現象越來越多，因此，廣播電視的安全監測也越來越被重視。

廣播電視數字化后，廣播電臺的音頻節目的每一個部分都產生了深刻的變化，而數字音頻是數字化電視廣播制作的主要功能手段，因此，對于電視廣播檢測音頻技術的探究很有必要，但隨著數字音頻的產生，無論是基本理論、系統設計、音頻格式還是接口方式都發生了改變，檢測工作的難度也因此增加，單靠人力完成是遠遠不夠的，廣播電視節目更加需要一種能夠對數字音頻進行實時檢測分析的自動報警檢測系統。

數字音頻的基本原理

隨著計算機技術的深入發展，數字音頻全面提高了廣播電視節目的播出質量，并且已經逐步取代廣播電視制作系統中傳統應用的以模擬信號處理方式的音頻設備。數字音頻設備在原有的模擬音頻信號的輸出和輸入方式的基礎上，對音頻設備的功能則設計為實現在模擬信號環境中運行。數字音頻的實際技術運用，是將音頻設備經過信號轉換，由模擬信號轉成數字信號，在轉換過程中同時實施對音頻信號的控制，然后再用于記錄和傳輸。對于麥克風等模擬設備的信號采集，需要進行數字化信號處理。其中最關鍵的技術的A/D轉換，模擬音頻能夠進行良好的數字化轉換的基礎在于高效率和高質量的A/D轉換。而A/D轉換的質量主要取決于抽樣、量化、編碼等工作的精確測量度以及準確性。目前使用的抽樣標準有3種，如下表：

頻率（K H Z） 應用線路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3 2 E M立體聲廣播發射機的地面線路48 主要與32 k h z頻率進行關聯轉換

數字音頻檢測分類

目前許多廣播電視臺的自動檢測系統都只是單純的對音頻信號的質量和信號的好壞進行檢測，多采用人工監聽，循環播放的方式來完成檢測，這種方式效率較低且會出現滯后性，導致電視廣播節目出現突發現象。對于數字音頻檢測主要分為對音頻內容好壞的檢測和音頻質量的高低以及信號來源的正確性。二者相互依存，因為音頻質量的高低會影響到節目播出的質量，會影響到聽眾對信息內容的獲取，而音頻內容的好壞又會直接影響到音頻質量。針對于數字音頻，監測的關鍵技術主要包含數字音頻頻譜分析、數字音頻電平測量、數字水印技術。

1.數字音頻頻譜分析技術

進行頻譜分析的方法通常包含有機遇數字濾波法的頻譜分析、基于FFT技術的頻譜分析以及基于外差原理的頻譜分析。對于數字音頻的頻譜分析的基本原理是將時域信號轉換到頻域，因此測出頻譜分量。分析頻譜則可以進一步觀察音頻信號對于不同頻率上的幅值變化情況。下面以FFT技術為例，簡要說明數字音頻頻譜技術的分析方法。

FFT技術主要采用的儀器為FFT分析儀，在信號采樣以后，對信號的采樣點進行一段時間長度的傅里葉變換，將時域信息轉換為頻域信息。這種變換采用的是離散時域采樣點，因此時域信號中不會存在頻率信息的遺漏，故而我們認為，FFT分析法所產生的信號寬帶是能夠實現實時分析的。在變換過程中，需要關鍵考慮到FFT長度這個參數，必須是2的整數次冪，如果不足則用0值補齊。經過變換而得的頻率信息的最低頻率，由音頻采樣頻率域FFT長度共同決定。但是由于人耳能聽到的頻率范圍是有一定局限性，所以在實際測量中，需要將頻譜信息利用均衡圖來分段顯示。如下圖所示為常用的集中顯示均衡圖。

2.數字音頻電平測量

最簡單的音頻檢測形式是使用現實音頻信號幅度的電平表，一般包含兩種類型的電平表：（Peak Program Meter）PPM表和（Volum Unit） VU表。數字音頻在制作過程中，就與模擬音頻有很大的區別，數字音頻采用脈沖編碼調制的方法制成，在電平檢測的時候，當輸入信號電平上升到某一只時，輸出信號上升速度反而減慢，達到飽和，這就是模擬音頻而非數字音頻，當數字信號通過電平檢測時，如果出現檢測信號超過峰值節目表的0分貝時，應該進行報警預告。

3.音頻的矢量和相位檢測

音頻的矢量圖是由左右聲道通過李薩如圖形得到的，我們可以利用矢量圖來分析左右聲道的相互關系，進而檢測這兩個聲道的平衡模式。

音頻的相位圖主要是表現出左右聲道的相位差，來判斷左右聲道信號之間的關系，并且需要定量測量工作。相位差的測量方法主要包含：過零比較法、相關分析法、波形變換法。以相關分析法為例，是利用左右聲道的正弦同頻信號的互聯函數值與相位差的余弦值進行正比來獲得的。

4.數字水印技術

數字水印是在不影響音頻質量的前提下，在授權的情況下將防偽信息嵌入到音頻的原始數據中，對數字音頻進行版權保護。數字水印技術一般包含了嵌入、提取、處理過程?，F在人們對音頻的數字水印的發展朝著不可見水印技術發展，主要是由于可見水平容易受到攻擊和模仿，而不可見水印技術則有一定的隱藏性。實現不可見數字水印的方法大體分為在變換域中實現和在空間域中實現。以變換域中實現方法為例，它首先需要對信號進行一系列變換如離散余弦變換、傅里葉變換等，在鑲嵌水印進入音頻信號中，這種方式計算較為復雜，但隱蔽性高。

數字音頻自動檢測系統簡要說明

自動化檢測數字音頻系統的主要運行方式為：音頻信息輸入音頻檢測終端，音頻信息被終端讀取并進行DSP處理（包括計算其音頻左右聲道相位差、電平大小、時域信號變換到頻域），進一步輸出給檢測主機，最后經過前端檢測軟件處理，在輸出設備上表現出輸出結果。其中監測前端包括監測主機、音頻監測終端、以及與其配套的顯示設備和監聽設備。主要完成音頻信息的監聽監看、參數設置、數據記錄和查詢、報警功能。該系統還含有存儲系統和集中控制系統。

廣播電視節目現在已經成了人們生活中不可分割的一部分，對于廣播電視的音頻檢測工作也越來越受到業內人士的關注，隨著信息技術的不斷革新，相信在不久的將來，音頻檢測的關鍵技術也會不斷深入發展，技術也會越來越成熟，促進我國的廣播電視也的快速發展。