中波廣播發(fā)射臺(tái)信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)

黃楚勇

（廣東省揭陽中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，廣東 揭陽 522000）

中波廣播發(fā)射臺(tái)的任務(wù)是通過接收上級(jí)衛(wèi)星信號(hào)作為信號(hào)源，利用臺(tái)內(nèi)的鏈路環(huán)節(jié)傳入發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理、放大和發(fā)射，使衛(wèi)星廣播信號(hào)傳輸至受眾接收端[1]。為了使發(fā)射臺(tái)播出覆蓋任務(wù)得到保障，廣東省揭陽中波轉(zhuǎn)播臺(tái)（下面簡稱“我臺(tái)”）建立了一套基于音頻基因比對(duì)識(shí)別的信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)播出節(jié)目進(jìn)行有效監(jiān)測，從而使值班人員實(shí)時(shí)高效地掌控播出信號(hào)和機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 機(jī)房現(xiàn)狀

根據(jù)傳統(tǒng)的安全保障方式，我臺(tái)采取技術(shù)人員24小時(shí)不間斷值班的方式保障了信號(hào)正常播出。值班過程中，技術(shù)人員需要定時(shí)切換傳輸通道監(jiān)聽并判斷播信號(hào)是否正確，這樣長時(shí)間的高度集中容易造成精神疲勞，同時(shí)值班員對(duì)發(fā)射機(jī)突發(fā)故障、廣播信號(hào)被插播或篡改等情況有時(shí)無法及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)和甄別，一旦發(fā)生安全播出事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，為了增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕沤^和防止源信號(hào)在傳輸和發(fā)射前后出現(xiàn)

丟失、惡意篡改的可能性，以及對(duì)發(fā)射臺(tái)設(shè)備老化、設(shè)備故障、人為干擾等因素進(jìn)行有效的甄別，進(jìn)一步提高應(yīng)急處理能力，需要建立一套信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以精確、快速地發(fā)現(xiàn)異常情況，并及時(shí)發(fā)出警告，協(xié)助值班人員迅速作出判斷，采取補(bǔ)救措施，從而更加有效地保障廣播的播出安全。

2 系統(tǒng)建立原則

（1）全性原則：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上要求信息在傳輸過程中絕對(duì)安全，內(nèi)網(wǎng)音頻采集采用單向通道，不允許采集器對(duì)內(nèi)網(wǎng)環(huán)境發(fā)布指令性數(shù)據(jù)，原則上只允許采集器接收指定數(shù)據(jù)。提取的音頻特征文件為不可逆文件，在與外網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行通信時(shí)，全程需采用加密通道保證信息的安全性和完整性。

（2）穩(wěn)定性原則：在設(shè)備選型上，要求采用知名品牌器件或設(shè)備，要求在同類產(chǎn)品中性能優(yōu)異，符合高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、高穩(wěn)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(tǒng)需符合7×24小時(shí)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

（3）準(zhǔn)確性原則：要求系統(tǒng)識(shí)別比對(duì)算法具備高精準(zhǔn)度，能有效發(fā)現(xiàn)任何失真或被篡改的內(nèi)容，同時(shí)預(yù)警信息必須及時(shí)、準(zhǔn)確。

（4）易用性原則：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求充分考慮用戶的使用習(xí)慣，操作頁面要簡單明了，報(bào)警通知及時(shí)易察覺，報(bào)警信息要簡單明了，盡可能定位到問題點(diǎn)，方便現(xiàn)場人員排查。符合簡單操作，快速響應(yīng)，及時(shí)處理的要求。

3 信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 工作原理

信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)通過對(duì)音頻內(nèi)容的特征基因進(jìn)行提取，然后將提取出來的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到阿里云端存儲(chǔ)，再利用比對(duì)算法對(duì)上游和下游提取出來的基因數(shù)據(jù)進(jìn)行有效比對(duì)。在保證不改變?cè)家纛l的前提下，對(duì)特征文件內(nèi)容做相似性計(jì)算，并進(jìn)行高效準(zhǔn)確的比對(duì)，來驗(yàn)證兩段音頻信號(hào)內(nèi)容是否一致，從而判斷信號(hào)是否被篡改或者機(jī)器是否有故障。

3.2 硬件部分組織架構(gòu)

該系統(tǒng)硬件組織架構(gòu)分為3部分：各采集點(diǎn)音頻采集設(shè)備、各采集點(diǎn)音頻基因提取服務(wù)器以及比對(duì)識(shí)別報(bào)警設(shè)備。首先，各采集點(diǎn)部署了專業(yè)的音頻實(shí)時(shí)流采集設(shè)備對(duì)各頻率的多路AES音頻數(shù)字/模擬信號(hào)進(jìn)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(wù)器。其次，音頻基因提取服務(wù)器經(jīng)過一系列的算法，從音頻內(nèi)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(guān)信息（例如碼率、日期等），通過加密通道傳輸給存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)到基因數(shù)據(jù)庫中，以備后續(xù)的比對(duì)識(shí)別模塊調(diào)用。最后，把比對(duì)識(shí)別模塊、監(jiān)控中心模塊、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)以及用戶管理等相關(guān)模塊，部署在阿里云服務(wù)器上并反饋給用戶，用戶通過比對(duì)識(shí)別報(bào)警設(shè)備的報(bào)警信息對(duì)異常情況進(jìn)行及時(shí)有效地處理。系統(tǒng)組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)組織架構(gòu)

考慮到我臺(tái)發(fā)射條件和地理環(huán)境等因素，對(duì)該系統(tǒng)的布局上設(shè)置了三級(jí)鏈路節(jié)點(diǎn)（五個(gè)采集點(diǎn)）進(jìn)行分級(jí)監(jiān)測：一級(jí)鏈路為廣播源信號(hào)，即上星前的信號(hào)；二級(jí)鏈路為衛(wèi)星接收機(jī)的采集信號(hào)；三級(jí)鏈路設(shè)置了三處終端監(jiān)測點(diǎn)，皆為開路接收信號(hào)。廣播源信號(hào)上星前通過音頻實(shí)時(shí)流采集設(shè)備采集后并添加傳輸方式作為標(biāo)記進(jìn)行云端存儲(chǔ)。隨后我臺(tái)在收到源信號(hào)后，通過一系列設(shè)備處理，在進(jìn)入發(fā)射機(jī) 發(fā)射之前，對(duì)多路廣播節(jié)目源信號(hào)再一次采集，存儲(chǔ)到云端并與源信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，確保源信號(hào)到進(jìn)入發(fā)射機(jī)發(fā)射之前不會(huì)出現(xiàn)音頻內(nèi)容失

真或者篡改。最后，廣播信號(hào)通過我臺(tái)發(fā)射傳輸之后，在覆蓋區(qū)域內(nèi)設(shè)置的3處監(jiān)測點(diǎn)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采集，同樣存儲(chǔ)到云端并與進(jìn)入發(fā)射機(jī)前的音頻信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，確保發(fā)射機(jī)發(fā)射前后不會(huì)出現(xiàn)音頻內(nèi)容失真或篡改。

3.3 軟件部分組成及功能

系統(tǒng)軟件部分主要包括基因采集提取模塊、基因識(shí)別比對(duì)模塊、監(jiān)控中心、警情處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及用戶中心模塊。

基因采集提取模塊對(duì)我臺(tái)現(xiàn)有的設(shè)備輸出情況進(jìn)行匹配，支持了對(duì)模擬信號(hào)的音頻格式進(jìn)行采集，供給音頻基因采集程序進(jìn)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(fù)原等特點(diǎn)，可以通過公網(wǎng)單向傳輸?shù)交蜃R(shí)別比對(duì)模塊，傳輸過程采用SSL加密，保障信息安全。基因識(shí)別比對(duì)模塊采用Audio DNA比對(duì)算法對(duì)提取的音頻數(shù)據(jù)基因進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，并將比對(duì)的結(jié)果以接口方式輸出傳遞給UI等相關(guān)模塊。該模塊為開放式架構(gòu)，采用有向無環(huán)圖和靈活的前端設(shè)計(jì)來滿足不同音頻上中下游的比對(duì)需求，擴(kuò)容能力強(qiáng)，支持分布式比對(duì)，允許增加更多的比對(duì)節(jié)點(diǎn)以支持更多拓?fù)滏溌贰?/p>

監(jiān)控中心模塊采用HTML5 Canvas Audio Buffer等技術(shù)開發(fā)的音頻實(shí)時(shí)波形圖，詳細(xì)列出了當(dāng)前監(jiān)測中的各路信號(hào)源以及其相關(guān)參數(shù)，并允許新增或者刪除監(jiān)測信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)音頻波形圖、比對(duì)結(jié)果和比對(duì)警情的展示，以及對(duì)各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)音頻的監(jiān)聽，一旦機(jī)器出現(xiàn)故障或音頻信號(hào)發(fā)生異常，該模塊界面將發(fā)出警報(bào)以提醒值班人員及時(shí)處理。

警情處理模塊采用React框架，對(duì)后臺(tái)管理頁面進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測到的異常結(jié)果的記錄。值班人員處理監(jiān)測結(jié)果時(shí)可通過回放母本與樣本兩個(gè)音頻進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)于級(jí)別顏色（橙色和紅色）的報(bào)警，必須規(guī)定時(shí)間內(nèi)處理，并留下處理日志。對(duì)于人工確認(rèn)為誤報(bào)的，記錄為系統(tǒng)故障，不引發(fā)故障報(bào)警。

數(shù)據(jù)分析模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，將異常的總時(shí)長、總次數(shù)統(tǒng)計(jì)出來，并以報(bào)表和曲線圖的形式呈現(xiàn)。允許以時(shí)間范圍、報(bào)警類型、報(bào)警級(jí)別、監(jiān)測點(diǎn)、值班人員等組合查詢報(bào)警明細(xì)。

用戶中心模塊主要用于操作用戶及相關(guān)權(quán)限管理等，支持超級(jí)用戶對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢、處理、刪除等權(quán)限及對(duì)普通用戶的增刪查改和激活等功能。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

通過上述分析可知，信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)采用了多模塊分布控制的方式，各模塊具有一定的獨(dú)立性，又存在密切的聯(lián)系，相輔相成。該系統(tǒng)的應(yīng)用，一方面有助于強(qiáng)化我臺(tái)節(jié)目播出的安全性，另一方面在很大程度上提升了我臺(tái)整體的工作效率[2]。

4.1 強(qiáng)化節(jié)目播出安全性

系統(tǒng)建立之后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)節(jié)目停播、錯(cuò)播、非法插播等異常情況的監(jiān)測和報(bào)警，同時(shí)對(duì)該異常信息進(jìn)行錄音備案，以便對(duì)事件后續(xù)回溯和追溯，從而使得異常狀況在整個(gè)發(fā)射傳播過程變得透明化。同時(shí)，由于我臺(tái)傳輸頻率眾多，衛(wèi)星接收天線、發(fā)射機(jī)、天饋系統(tǒng)場地分布不集中，巡查時(shí)容易造成疏漏，信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)的投入有效避免了疏漏引起的誤報(bào)警、停播等事件，使得值班人員對(duì)異常情況的處理準(zhǔn)確無誤，很好地強(qiáng)化了我臺(tái)節(jié)目播出的安全性。

4.2 提升發(fā)射臺(tái)工作效率

建立該系統(tǒng)之前，值班人員每隔30分鐘需要對(duì)各頻率節(jié)目進(jìn)行監(jiān)聽，每隔2小時(shí)對(duì)發(fā)射機(jī)、發(fā)射場地進(jìn)行巡查，以保證信號(hào)傳輸不發(fā)生停播、錯(cuò)播、漏播。該系統(tǒng)的應(yīng)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(shí)更為精準(zhǔn)和及時(shí)，大大提升了工作效率[3]。值班員可以將更多的精力放在對(duì)機(jī)器設(shè)備的日常維護(hù)上，避免因不及時(shí)處理故障而造成設(shè)備損壞帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)束語

信號(hào)識(shí)別監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)故障的自動(dòng)識(shí)別監(jiān)測，有效地對(duì)信號(hào)的異常狀況發(fā)出警報(bào)，提醒值班員及時(shí)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(yè)的未來發(fā)展當(dāng)中，該系統(tǒng)可通過技術(shù)革新，合理利用已有資源和設(shè)備，從功能上逐步趨向與自動(dòng)化故障處理相結(jié)合，有效提高系統(tǒng)可靠性，逐步向無人值班機(jī)房的方向發(fā)展，具有良好的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。