國家廣播電影電視總局723臺(tái) 胡鶴年

1.引言

隨著各類媒體的不斷發(fā)展，廣播節(jié)目似乎要走向衰退，視頻質(zhì)量不斷提高，網(wǎng)絡(luò)媒體不斷發(fā)展，然而廣播又憑借著它終端便攜的優(yōu)勢(shì)，在交通中、自然災(zāi)害中還發(fā)揮著不可替代的作用，短時(shí)間甚至根本不會(huì)消亡。因此廣播臺(tái)站還是有一席之地，特別是中央廣播臺(tái)站，她擔(dān)負(fù)著把黨和國家的聲音傳向全國各地，傳入千家萬戶的任務(wù)。她擔(dān)負(fù)的使命要求必須有嚴(yán)格的播出質(zhì)量。播出質(zhì)量的直接體現(xiàn)就是廣播節(jié)目的正確性和可聽度的監(jiān)測(cè)。人工監(jiān)測(cè)是一種枯燥且低效的方法，自動(dòng)監(jiān)聽與分析于是便成了各監(jiān)測(cè)中心想方設(shè)法追求的新方式，為了減少自動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)誤報(bào)，或者采用人工干預(yù)，或者采用更加智能的判定方式。在此我臺(tái)設(shè)計(jì)了利用計(jì)算機(jī)輔助控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)多路廣播節(jié)目的循環(huán)監(jiān)聽系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)遙控接收機(jī)，連續(xù)從接收機(jī)（控制接收頻率）獲取音頻數(shù)據(jù)（廣播播出正常狀態(tài)下，每秒可檢測(cè)一路廣播節(jié)目），以達(dá)到循環(huán)監(jiān)測(cè)全臺(tái)播出節(jié)目，并配以生動(dòng)直觀的監(jiān)測(cè)界面，對(duì)全臺(tái)播出節(jié)目整體掃描，全程監(jiān)測(cè)，能夠第一時(shí)間準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)無載停播、音周停播、節(jié)目錯(cuò)播等。通過彈出文字提示并發(fā)出語音進(jìn)行提醒，充分提高了自臺(tái)監(jiān)聽監(jiān)測(cè)效率和監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度，有效的挽救了設(shè)備停播和責(zé)任性事故等。具體設(shè)計(jì)情況如下。

2.硬件組成

IC-R75型接收機(jī)：支持遠(yuǎn)程串行控制，可通過計(jì)算機(jī)串口對(duì)其進(jìn)行控制，包括讀取、設(shè)置接收頻率，以及其他相關(guān)參數(shù)設(shè)定等。

計(jì)算機(jī)（帶聲卡）：串口下發(fā)接收機(jī)接收頻率，實(shí)時(shí)接收分析音頻信號(hào)，并給以音視頻提示等；

RS232控制線：連接計(jì)算機(jī)與接收機(jī)，用以控制信號(hào)的傳送；

音頻連接線：連接計(jì)算機(jī)聲卡（音頻輸入）與接收機(jī)（音頻錄音輸出），為計(jì)算機(jī)提供音頻分析信號(hào)源。

3.軟件設(shè)計(jì)

軟件主要分為：通訊控制模塊、音頻顯示模塊和音頻監(jiān)測(cè)主體。

3.1 通訊控制模塊

通訊控制模塊包括廣播節(jié)目時(shí)間表數(shù)據(jù)庫、時(shí)間表顯示及接收機(jī)接收頻率控制模塊、新開廣播節(jié)目控制模塊。

系統(tǒng)通過廣播節(jié)目時(shí)間表數(shù)據(jù)庫生成時(shí)間表顯示，及時(shí)間表循環(huán)監(jiān)測(cè)控制按鈕，根據(jù)時(shí)間表對(duì)接收機(jī)循環(huán)下發(fā)廣播接收頻率，并對(duì)收測(cè)到的廣播節(jié)目進(jìn)行實(shí)時(shí)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(tǒng)提供了自動(dòng)巡檢時(shí)間表，亦可手動(dòng)切換監(jiān)聽頻率，為監(jiān)聽監(jiān)測(cè)工作提供了快速設(shè)置通道。

監(jiān)測(cè)控制按鈕為按鈕基類的繼承類，包括自定義的開始結(jié)束時(shí)間參數(shù)、周期循環(huán)參數(shù)、廣播頻率參數(shù)、廣播節(jié)目參數(shù)、廣播方向參數(shù)和廣播設(shè)備參數(shù)，為廣播參數(shù)的統(tǒng)一管理提供了方便。類結(jié)構(gòu)如下：

監(jiān)測(cè)控制按鈕類

臨時(shí)變動(dòng)廣播頻率可通過新開頻率功能，增設(shè)新開廣播頻率部分時(shí)間表和快速按鈕，并且在臨時(shí)廣播播出結(jié)束后，自動(dòng)關(guān)閉臨時(shí)廣播節(jié)目的監(jiān)測(cè)。

3.2 音頻監(jiān)測(cè)主體

音頻監(jiān)測(cè)軟件中心主體包括音頻數(shù)據(jù)接收模塊、音頻數(shù)據(jù)處理模塊、報(bào)警提醒及故障記錄模塊等。

音頻數(shù)據(jù)接收模塊通過聲卡接收接收機(jī)開路接收信號(hào)，獲取音頻數(shù)據(jù)段送音頻處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。并且根據(jù)音頻數(shù)據(jù)處理模塊需求，音頻數(shù)據(jù)接收必須設(shè)置必要音頻參數(shù)，包括采樣頻率，采樣通道，采樣位率，以及數(shù)據(jù)采集塊兒，為數(shù)據(jù)處理模塊制定分析數(shù)據(jù)的大小。通過這些參數(shù)確定每次處理音頻的時(shí)長，音頻時(shí)長越短數(shù)據(jù)精度越高，但越費(fèi)系統(tǒng)資源。因此可以結(jié)合系統(tǒng)硬件調(diào)整處理時(shí)長，達(dá)到系統(tǒng)性能最大發(fā)揮和數(shù)據(jù)處理精度的合理使用。同時(shí)音頻數(shù)據(jù)接收模塊還肩負(fù)著把立體聲音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成單聲道數(shù)據(jù)的任務(wù)，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，立體聲道的左右聲道數(shù)據(jù)完全一致，為了簡化音頻數(shù)據(jù)處理模塊，音頻數(shù)據(jù)接收模塊提前去除音頻數(shù)據(jù)中的冗余成分，方便數(shù)據(jù)直接處理。檢測(cè)計(jì)算機(jī)音頻設(shè)備，實(shí)時(shí)接收接收機(jī)送出的音頻信號(hào)，并且在接收到音頻數(shù)據(jù)后，觸發(fā)音頻數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理操作。流程圖如圖1所示。

報(bào)警提醒及故障記錄模塊是系統(tǒng)輸出模塊，在音頻數(shù)據(jù)處理模塊處理確定廣播音頻確實(shí)存在問題時(shí)，通過多種方式及時(shí)提醒相關(guān)人進(jìn)行處理，同時(shí)進(jìn)行記錄，方便用戶隨時(shí)查詢。如主界面信息記錄區(qū)和信息提示窗口。根據(jù)音頻數(shù)據(jù)處理模塊處理結(jié)果，通過視頻及聲音方式提醒值班員操作信息及發(fā)射機(jī)故障信息，并把故障信息記入數(shù)據(jù)庫。

提醒模塊根據(jù)運(yùn)行圖，提前一分鐘以聲音及窗口方式提醒各項(xiàng)操作，包括廣播設(shè)備的關(guān)機(jī)、開機(jī)、更換廣播頻率、更換廣播節(jié)目等，一分鐘后自動(dòng)關(guān)閉，提醒值班員注意監(jiān)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(jù)彩條表示數(shù)值，動(dòng)態(tài)調(diào)整彩條遮掩，達(dá)到彩條指示的動(dòng)態(tài)顯示。

由音頻數(shù)據(jù)處理模塊提供彩條顯示值，實(shí)時(shí)顯示采集到的音頻電平狀態(tài)，達(dá)到音頻由視頻動(dòng)畫顯示的美化效果。

音頻數(shù)據(jù)處理模塊循環(huán)處理音頻數(shù)據(jù)接收模傳送的數(shù)據(jù)，首先根據(jù)條件進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)的保存和再回放，其次對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行音頻質(zhì)量分析。通過算法確定連續(xù)播出的廣播節(jié)目是否存在播出質(zhì)量上的問題，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)傳遞給報(bào)警提醒及故障記錄模塊進(jìn)行故障報(bào)警及記錄。

音頻數(shù)據(jù)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(jiān)測(cè)軟件中心主體架構(gòu)介紹不難看出，監(jiān)測(cè)軟件的核心就是音頻數(shù)據(jù)的處理算法，在此系統(tǒng)中，我曾經(jīng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均值、實(shí)時(shí)差方、峰谷監(jiān)測(cè)、頻率計(jì)算、雙音比較等算法，對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，每一種算法都有它的優(yōu)缺點(diǎn)，下面我分別介紹各算法的實(shí)現(xiàn)過程，通過比較說明，希望能開拓設(shè)計(jì)人員的新奇思路。

（1）數(shù)據(jù)均值

顧名思義，通過計(jì)算處理數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)絕對(duì)值均值，進(jìn)行連貫數(shù)據(jù)處理，模塊對(duì)接收到的音頻數(shù)據(jù)按固定字節(jié)數(shù)分段，對(duì)每段進(jìn)行電平絕對(duì)值的和值計(jì)算，和值小于最小標(biāo)定值（通過多次測(cè)試獲得）時(shí)，判定參數(shù)加一；否則比較相鄰段電平和值的差值，差值小于最小差標(biāo)定值時(shí)，判定參數(shù)加一，大于最大標(biāo)定值時(shí)，此時(shí)監(jiān)測(cè)音頻絕對(duì)正常，判定參數(shù)賦予零值，處于最大、最小值之間，判定參數(shù)減一（判定參數(shù)始終不小于零），在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)判定參數(shù)未出現(xiàn)零值，則計(jì)為監(jiān)測(cè)音頻故障，通報(bào)報(bào)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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均值算法流程

此方法的特點(diǎn)是，代碼簡單直觀，預(yù)先判定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，節(jié)省硬件計(jì)算資源，分析速度快，通過調(diào)整各標(biāo)定值，軟件誤判率能控制到很低。缺點(diǎn)是操作復(fù)雜，其中各標(biāo)定值均需通過多次測(cè)試獲得的結(jié)果，標(biāo)定值的誤差直接影響著故障判定的準(zhǔn)確度。

衛(wèi)青，西漢時(shí)期的名將，漢武帝第二任皇后衛(wèi)子夫的弟弟。他奇襲龍城，收復(fù)河朔、河套地區(qū)，為西漢北部疆域的開拓做出了重大貢獻(xiàn)。

（2）實(shí)時(shí)差方

利用相鄰采集樣點(diǎn)差方值和值進(jìn)行判定處理。當(dāng)差方和值低于標(biāo)定值時(shí)，判定參數(shù)進(jìn)行減一處理，高于閥值時(shí)進(jìn)行加一處理（當(dāng)高于某一值時(shí)不再處理），判定參數(shù)小于零時(shí)，判定故障，通報(bào)報(bào)警提醒及故障記錄模塊。

實(shí)時(shí)差方算法較數(shù)據(jù)均值算法更能準(zhǔn)且些，判定過程基本相同，預(yù)先判定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)故障，僅僅是通過差方算法，提高了故障與正常時(shí)判定值之間的差值，從而提高了系統(tǒng)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(fù)雜。

（3）峰谷監(jiān)測(cè)

利用相鄰采集樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)是否音頻信號(hào)波峰（或波谷），當(dāng)相鄰波峰、波谷數(shù)量差值大于固定值時(shí)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)值加一，當(dāng)監(jiān)測(cè)值大于標(biāo)定值時(shí)，當(dāng)前音頻信號(hào)正常；小于標(biāo)定值，則判為故障，通知報(bào)警提醒及故障記錄模塊。

峰谷監(jiān)測(cè)算法相對(duì)較為復(fù)雜，需要先在采樣數(shù)據(jù)段監(jiān)測(cè)出波峰波谷數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)聲波形狀可通過限定波峰波谷數(shù)據(jù)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(jì)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(duì)電平和值計(jì)算，而是首先對(duì)音頻數(shù)據(jù)段進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得音頻數(shù)據(jù)近似頻譜，在對(duì)頻譜進(jìn)行加權(quán)和值計(jì)算，加權(quán)和值比較方法同上。同樣，各標(biāo)定值也均通過多次測(cè)試獲得。此分析法的特點(diǎn)是，分析準(zhǔn)確度更高，但由于快速傅里葉變換的存在，使得代碼比較復(fù)雜、分析速度相對(duì)較慢。

（5）雙音比較

雙音比較法：需要相同節(jié)目源輸入，對(duì)比接收音頻與節(jié)目源。此方法分析準(zhǔn)確度最高，同時(shí)可發(fā)現(xiàn)錯(cuò)播節(jié)目和高噪聲的接收音頻。此功能根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展要求，可考慮線路的改進(jìn)。

4.系統(tǒng)主體運(yùn)行流程

◆連續(xù)從接收機(jī)（不斷變化接收頻率）獲取音頻數(shù)據(jù)（廣播設(shè)備播音正常狀態(tài)下，每秒鐘檢測(cè)一部設(shè)備）；

◆分析音頻數(shù)據(jù)，獲取分析數(shù)值，并直觀彩條顯示音頻電平；

◆根據(jù)分析數(shù)值統(tǒng)計(jì)停播計(jì)數(shù)。（明顯音頻正常，停播計(jì)數(shù)復(fù)位=0）；

◆停播計(jì)數(shù)不等于0，繼續(xù)監(jiān)測(cè)此頻率；否則，此頻率正常，繼續(xù)下一頻率監(jiān)測(cè)（為接收機(jī)發(fā)送下一監(jiān)測(cè)頻率指令，重新開始分析統(tǒng)計(jì)判斷）；

◆停播計(jì)數(shù)達(dá)標(biāo)定值，計(jì)此頻率廣播設(shè)備故障，繼續(xù)監(jiān)聽此設(shè)備頻率；

◆監(jiān)聽頻率播音正常后，繼續(xù)監(jiān)測(cè)下一在播頻率。

◆提示系統(tǒng)跟主系統(tǒng)（監(jiān)聽監(jiān)測(cè)）同時(shí)進(jìn)行，互不干擾，流程如上流程圖。

此監(jiān)測(cè)輔助系統(tǒng)，在我臺(tái)機(jī)房經(jīng)歷了多年的實(shí)踐考驗(yàn)，運(yùn)行非?？煽浚啻螌?duì)廣播發(fā)射設(shè)備播出異態(tài)給予及時(shí)提醒，為質(zhì)量保證系統(tǒng)提供有力輔助。此系統(tǒng)在我臺(tái)安全傳輸發(fā)射中有良好的表現(xiàn)，已經(jīng)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(jiān)測(cè)對(duì)人的依靠性，堵塞了許多安全漏洞，對(duì)我臺(tái)安全傳輸發(fā)射工作起到了非常大的推動(dòng)和保障作用。