音頻比對監測在中波轉播臺的應用探究

喬 悅

（河北傳媒學院，河北 石家莊 050000）

0 引言

廣播電視是現代社會的重要傳媒工具之一，對人們的生產生活均形成較大的影響，廣播行業在迅猛發展中對聲音信號的傳輸方式及距離均形成較大的影響，信號傳輸由傳統的微波、調頻等形式轉變成光纜傳輸及通訊衛星等更高端的傳輸模式。傳統的中波轉播臺的信號來自調頻接收機的接收與轉播環節，常規做法是把音頻線纜安裝在電臺播控室周邊，節目信號以音頻線纜為媒介傳送到發射機房。錄播是傳統的節目播出形式，在聲音錄制及制作環節就已經處理了音頻信號電平，其應加強音頻信號電平幅度的管理、控制。

為提升中波轉播臺節目播出的安全性，相關部門研發了音頻比對功能模塊這一專用監控系統，其功能集中在音頻比對監測、臺標辨識及測量播出延時指標等方面，為發射機安全、穩定運行提供了強大的技術保障。

1 中波轉播臺的現狀分析

中波轉播臺的節目音頻信號是基于廣播電臺的播放和管理中心獲得的，工作原理是選擇光纜作為傳播媒介，把光信號轉變成電信號。光電轉換過程中有很多優點，一是其能使電信號自身的保真度得到一定保障；二是噪音偏低，且信號幅度較尖銳；三是雜波基本不會影響光電的轉換過程。但是光電轉換自身也存在著一些缺點，采用光纜傳送信號時，若選用的傳輸介質的均勻度不符合工作要求，則很容易引起衍射效應，造成光電轉變過程中會在波形內形成毛刺，雖然這些毛刺偏小，不會對電信號的實際發射效果形成嚴重危害，但是如果對信號傳輸質量提出較嚴格的要求，那么一定要考慮這些毛刺帶來的影響。合理運用光電轉換技術，能夠在要求不太高的工況下使聲音信號傳輸的順暢度、完好性得到保障，如果在發射前進行科學的預處理，則能進一步提升音頻信號的傳輸成效，采用電信號更好的傳播聲音的內在信息，這樣接收端便能捕獲到品質更高的聲音效果。但是在聲音發射前進行好預處理工作是一個十分繁雜的過程，實際中要結合播放條件提出的差異化需求進行全面分析，比如基于廣電轉換過程獲得的音頻信號應用在直播節目時，因為直播節目現場有不可預測因素多、可控性差等特征，各種突發情況均可能造成聲音信號出現明顯改變，比如播音員做出一個多余小動作或情緒、神態突然改變時，均可能使聲音信號出現較大起伏，若發生意外情況，無論播音人員嘗試采用哪種方法處理，或者電子管做出響應，都是很難快速把音頻信號的起伏程度降到最低。所以一定要運營適宜的半導體元件電路，利用其敏銳的反應與快捷動作響應，以把客觀因素對聲音信號帶來的負面影響降到最低。另外，無論是電子管或者單一電路單元，其對聲音信號表現出的壓縮功能是有限的，很難確保聲音信號的尖銳程度符合設計的發射要求。結合音頻信號的發射要求，為了確保響應時間較短及壓縮比例較高，且聲音的高保真度，配合運用復合式集成電路或數字化技術有很大現實意義。

2 音頻比對監測的概述

2.1 功能

建立音頻比對子系統，不僅能精準監測到所有轉播臺播出節目的主路音頻信號源，也可以監測轉播發射后解調出的空收信號，通過比較信號源信號與解調信號，有效防控插播、錯播等不良現象，針對信號不統一的狀況進行實時語音報警，進而更全面的掌控節目傳輸發射鏈路內首末兩端信號的實際傳輸與播出狀況。

具備臺標辨識功能，動態平移對比解調音頻信號和臺標樣本文件，并運用特殊算法處理，傳輸出音頻變化值，通過分析變化值的范疇能夠確定出臺標辨識效率，總結相應的辨識結果。能夠有效防控臺站由于檢查、維修過程不規范或其他因素造成的部分信號源插錯等現象。

具有延時判別功能，在信號源不同步的工況下，面對不同始源的信號時依然能進行音頻比對。可以結合臺站的實際監測情況，實時選出節目循環監聽等功能，也可以24 h全天實時音頻錄制、回放，單獨提取異常狀態下的音頻。

2.2 原理

在音頻比對監測實踐中，把主路信號源進行音頻配置，其中一路被傳送到發射機的節傳過程，而把另一路作為比對信號，整體運送到音頻比對裝置的音頻輸入接口，并以空收天線作為載體接收發射機發射至天空內的射頻信號，且要在比對裝置內執行解調過程，在音頻編碼板卡的協助下，以MP3格式對所有音頻信號進行數字編碼，最后以IP數據流形式將其傳送到比對服務處理器。

處理平臺軟件運作過程中會在時域中同步截獲一段≥5 s的音頻樣本數據，利用某一大小區間窗口（為提升同步點位查找的精準度一般取0.5 s樣本窗口）進行最細致化的平移對比（選擇單個采樣點作為最小平移單位）及特殊算法處置，探尋到區域中最大值塊偏移，并將其作為最佳同步點與時延，經過現場實際測量誤差基本能被管控在2 ms范圍中，且最大誤差值低于10 ms，成效顯著優于傳統比對算法執行過程中采用的1/2音頻幀重疊法。

對比子系統的核心算法應用了梅爾倒譜系數（MFCC）算法計算處理音頻信號內容，MFCC算法具備人耳的聽覺特性。人耳聽到聲音的高低程度和聲音的頻率大小之間并不成正比例關系，而Mel頻率尺度和人耳聽覺特性的相符度更高，人耳對1 000 Hz以下的聲音頻率能表現出較高的敏感性，當頻率高于1 000 Hz時敏感度會顯著降低。基于這種特性，Mel頻率帶寬伴隨頻率的增加過程而做出相應改變，在1 000 Hz之下基本呈現出線性分布特征，頻率高于1 000 Hz時表現出等比變化的特點，隨后轉換至倒譜區域上。因為有效模擬了人耳的聽覺特性，且在沒有任何前提下做出假設條件，故而可以斷定MFCC參數具備較強的識別性能和抗噪能力。

具體算法可以做出如下闡述：

快速傅里葉變換：利用其把信號由時域轉換至頻域上，能夠觀察到信號的能量分布特點，用x（n）、x（n）分別表示時域、頻域信息，則有：

三角帶通濾波器：運用單組24個三角帶通濾波器對（1）式運算卷積，測求出各個濾波器傳輸出的對數能量，采用下式表示Mel頻率與普通頻率：

離散余弦轉換：基于轉換過程就能順利獲得Mel倒頻譜頻率，有：

在本式內，P（k）是各個濾波器傳輸出的對數能量；d是Mel倒頻譜系數數目，d∈[1，13]。

相關性運算：獲得13個倒頻譜系數，提取后12個進行相關性運算，相關性越高提示兩路音頻內容相似度越高，否則認為這兩路音頻內容有差別。運用歐氏距離法執行相關性運算過程：

式中，M-M是（3）式所得的兩路音頻Mel倒頻譜系數：

如果rela相關性值高于閾值，則可以認為兩路音頻相似，一般取閾值為0.8。

此外，比對子系統可以結合對比信號源的差異性，有針對性的調整對比算法內的各項參數，算法的對比精度有高度、中度及低度匹配之分，其中高度匹配在兩路信號較好的場所內適用性更高；中度匹配適用于兩路信號偏好或一路信號偏差的場所；低度匹配多用在兩路信號均差的場合內。鑒于以上情況，用戶可以結合運用場景去調整部分對比參數，力爭使對比結果盡可能地滿足實際所需。

3 音頻對比監測在中波轉播臺的運用

首先，有意義提升音頻信號的整體傳輸質量。大部分狀況下，為了在維持中波轉播臺穩定運行的工況下提升音頻信號的傳輸質量，基本上是采用限制信號峰值的方式去達成的。通常要求工作人員采用雙通道的工作模式，規范連接立體化聲音信號。因為實際的信號狀況有差異，故而在處理信號時，工作人員要采用多種方法去處置音頻信號，通過對比分析明確不同音頻信號具備的特征，進而采用適宜的方法執行音頻信號的傳輸過程，全面提升信號的傳輸質量，全面提升信號資源的利用效率，為廣大觀眾提供更優質的服務。另外，分析處理臺標欄目及非臺標時采用的方法也基本相似，通過精準區分不同音頻信號的特征，對外輸出差異化的音頻波動值，而后結合音頻波動值大小去精準辨別出是否是臺標，識別臺標以后做出相應的判定結果。

其次，運用特別的音頻算法去執行音頻對比監測工作。當前，我國中波轉播臺的音頻對比處置主要是利用主路信號去配置音頻的，把不同的音頻信號傳輸到相應的發射機設備內執行信號傳輸過程，并且于另一端口銜接音頻輸入接口，采用同時連接發射機信號及音頻接口的形式去調節設備。而后運用音頻編碼板開展音頻信號的數字編碼工作，最后利用IP數據輸出，并且明確指出要將其傳輸到信號服務處理器內。運用平臺軟件處置音頻信號時，還要提前截取一小段音頻，將其作為樣本數據執行音頻數據的平移嘗試過程，隨后運用規格大小有差異的窗口和算法進行處理，精準探尋到整個區域范疇中最大的數據偏移量，將該項指標值作為重要的參照依據指導后續工作過程。

最后，運用先進技術采用智能化辦法開展相應管理工作。進入21世紀以來，信息化技術快速發展，智能科技和社會多個產業相融合，在人們生產生活中占據著重要地位。數據智能化監控是智能化監管系統的技術保障，以通信線路為載體去傳送信息，在多品類系統的協助下建設出服務器和不同客戶之間的關聯性，進而全面掌握整個監控系統的運作模式，確保數據智能化監控過程的有序執行。不僅要在傳統的系統框架外加裝智能監管系統，也要不斷完善音頻對比監測模塊的功能，確保不同子系統之間能高度配合，高效率執行中波轉播平臺上的音頻對比監測任務，有益于減少人為因素引起的故障異常、誤判等情況，提升廣播電臺的信號輸出質量與效率，為廣大用戶提供更優質的服務。此外，也可以嘗試運用Web鏈接互聯網實現不同界面之間的訪問，借此方式維持工作頁面運行的穩定性。

4 結語

總之，廣播電視是新時期下的一種重要傳媒方式，在人們生產生活中占據很高地位，其帶來的社會影響是十分廣泛的。中波轉播臺作為廣播電臺的聲音信號處理中心，主要執行電臺的音頻控制工作，將音頻對比監測子系統增加到傳統系統內，明顯提升了智能化監控系統功能的完善度，安裝、調試應用后，性能穩定，不同系統之間的兼容性高，不僅使電臺節目播出中心運行安全性有所保障，也提升了音頻信號播出質量，值得進行推廣。