廣播電臺播出監測輔助系統的設計與實現

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展，廣播節目似乎要走向衰退，視頻質量不斷提高，網絡媒體不斷發展，然而廣播又憑借著它終端便攜的優勢，在交通中、自然災害中還發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就是廣播節目的正確性和可聽度的監測。人工監測是一種枯燥且低效的方法，自動監聽與分析于是便成了各監測中心想方設法追求的新方式，為了減少自動系統的監測誤報，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，實現自動監測多路廣播節目的循環監聽系統。此系統采用計算機遙控接收機，連續從接收機（控制接收頻率）獲取音頻數據（廣播播出正常狀態下，每秒可檢測一路廣播節目），以達到循環監測全臺播出節目，并配以生動直觀的監測界面，對全臺播出節目整體掃描，全程監測，能夠第一時間準確發現無載停播、音周停播、節目錯播等。通過彈出文字提示并發出語音進行提醒，充分提高了自臺監聽監測效率和監測準確度，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，以及其他相關參數設定等。

計算機（帶聲卡）：串口下發接收機接收頻率，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測主體。

3.1 通訊控制模塊

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

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

監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、周期循環參數、廣播頻率參數、廣播節目參數、廣播方向參數和廣播設備參數，為廣播參數的統一管理提供了方便。類結構如下：

監測控制按鈕類

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目的監測。

3.2 音頻監測主體

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

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

報警提醒及故障記錄模塊是系統輸出模塊，在音頻數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和信息提示窗口。根據音頻數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射機故障信息，并把故障信息記入數據庫。

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、更換廣播節目等，一分鐘后自動關閉，提醒值班員注意監聽。

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。根據彩條表示數值，動態調整彩條遮掩，達到彩條指示的動態顯示。

由音頻數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，達到音頻由視頻動畫顯示的美化效果。

音頻數據處理模塊循環處理音頻數據接收模傳送的數據，首先根據條件進行音頻數據的保存和再回放，其次對音頻數據進行音頻質量分析。通過算法確定連續播出的廣播節目是否存在播出質量上的問題，發現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

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

（1）數據均值

顧名思義，通過計算處理數據段數據絕對值均值，進行連貫數據處理，模塊對接收到的音頻數據按固定字節數分段，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，判定參數加一，大于最大標定值時，此時監測音頻絕對正常，判定參數賦予零值，處于最大、最小值之間，判定參數減一（判定參數始終不小于零），在監測時間內判定參數未出現零值，則計為監測音頻故障，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 音頻監測數據均值算法流程

此方法的特點是，代碼簡單直觀，預先判定監測數據正常，節省硬件計算資源，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。

衛青，西漢時期的名將，漢武帝第二任皇后衛子夫的弟弟。他奇襲龍城，收復河朔、河套地區，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。

實時差方算法較數據均值算法更能準且些，判定過程基本相同，預先判定監測數據故障，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）峰谷監測

利用相鄰采集樣點監測采樣點是否音頻信號波峰（或波谷），當相鄰波峰、波谷數量差值大于固定值時，進行監測值加一，當監測值大于標定值時，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。

峰谷監測算法相對較為復雜，需要先在采樣數據段監測出波峰波谷數據，然后對數據進行分析，根據聲波形狀可通過限定波峰波谷數據差值，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，而是首先對音頻數據段進行快速傅里葉變換，獲得音頻數據近似頻譜，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：需要相同節目源輸入，對比接收音頻與節目源。此方法分析準確度最高，同時可發現錯播節目和高噪聲的接收音頻。此功能根據系統擴展要求，可考慮線路的改進。

4.系統主體運行流程

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

◆分析音頻數據，獲取分析數值，并直觀彩條顯示音頻電平；

◆根據分析數值統計停播計數。（明顯音頻正常，停播計數復位=0）；

◆停播計數不等于0，繼續監測此頻率；否則，此頻率正常，繼續下一頻率監測（為接收機發送下一監測頻率指令，重新開始分析統計判斷）；

◆停播計數達標定值，計此頻率廣播設備故障，繼續監聽此設備頻率；

◆監聽頻率播音正常后，繼續監測下一在播頻率。

◆提示系統跟主系統（監聽監測）同時進行，互不干擾，流程如上流程圖。

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