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        基于NI-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

        2016-12-01 05:09:42張耀武
        數(shù)字傳媒研究 2016年9期
        關(guān)鍵詞:席位短波分析儀

        張耀武

        國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺 陜西省 西安市 710000

        基于NI-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

        張耀武

        國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺 陜西省 西安市 710000

        本文主要介紹了基于N I-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)由4個工作席位構(gòu)成:中短波監(jiān)測席位、質(zhì)量自動監(jiān)測席位、頻譜收測席位和多媒體監(jiān)測席位。主要實現(xiàn)對中、短波頻段范圍內(nèi)信號搜索,廣播效果和廣播質(zhì)量的自動評估,頻譜智能收測,以及多媒體等監(jiān)測功能。

        N I-1000HFRD短波信號分析儀 廣播智能監(jiān)測 多路錄音 語音識別

        1概述

        隨著我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展和傳播技術(shù)的不斷進(jìn)步,監(jiān)測任務(wù)也隨之增加且日益復(fù)雜,監(jiān)測數(shù)據(jù)要求更加及時準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的人工收聽收看監(jiān)測和簡單的軟件監(jiān)測已無法適應(yīng)廣播電視監(jiān)測的實際需求,設(shè)計一套體積小、效率高、數(shù)字化、智能化的廣播監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要。

        NI-1000HFRD短波信號分析儀是符合ITU規(guī)范的接收機,適用于短波廣播頻段。NI-1000HFRD采用了最新的廣播技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù),利用現(xiàn)有的語音識別引擎,可以快速準(zhǔn)確的實現(xiàn)廣播監(jiān)測?;贜I-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng),是一套體積小、效率高、數(shù)字化、智能化的廣播監(jiān)測系統(tǒng),大大節(jié)省了人力資源,提高了廣播監(jiān)測的準(zhǔn)確性和及時性。

        2 N I-1000HFRD短波信號分析儀介紹

        2.1 NI-1000HFRD 硬件設(shè)備外觀

        NI-1000HFRD 硬件設(shè)備外觀,如圖1所示。

        圖1 NI-1000HFRD 硬件設(shè)備外觀

        2.2 NI-1000HFRD硬件組成

        PXIe-5622:150MS/s,16位數(shù)字化儀。

        Flex RIO 7965R:NI FlexRIO FPGA模塊(可根據(jù)用戶應(yīng)用需求,寫入相應(yīng)的軟件實現(xiàn)功能)。

        PXIe-8260:4驅(qū)動,2TB可插入機箱型(INCHassis)高速數(shù)據(jù)儲存模塊。

        PXIe-1075:配有交流供電的18槽3U PXI Express擴(kuò)展機箱。

        PXIe-8133:1.73GHz控制器。

        2.3 NI-1000HFRD技術(shù)架構(gòu)

        NI-1000HFRD采用了最新的廣播技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù),包括軟件無線電(SDR),大動態(tài)范圍直接數(shù)字化,高速PXIe數(shù)據(jù)總線,高速點到點實時數(shù)據(jù)鏈路,數(shù)字下變頻(DDC),現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)和嵌入式獨立冗余磁盤陣列(RAID)。

        NI-1000HFRD特點在于短波頻段的全頻段流盤,多頻點實時解調(diào)和離線解調(diào),主要包括:實時同步記錄9K~30MHz頻段的所有廣播信號;同步實現(xiàn)全頻段頻譜觀測和窄帶信號解調(diào);離線超實時信道化解調(diào),高效地從寬帶數(shù)據(jù)記錄得到音頻文件,其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

        圖2 系統(tǒng)框圖

        NI-1000HFRD無線電監(jiān)測接收機的HF數(shù)字化儀依托最高達(dá)4G/s的PXIe機箱高速數(shù)據(jù)總線,適合于高速數(shù)字信號處理的嵌入式PXIe控制器作為控制和數(shù)據(jù)處理中心,將數(shù)字化儀采集的數(shù)據(jù)送往嵌入式的RAID存儲設(shè)備,2TB的RAID存儲器可支持200Mb/s的高速數(shù)據(jù)記錄,從而滿足HF全頻段流盤的要求。NI-1000HFRD無線電監(jiān)測接收機將兩塊HF數(shù)字化儀同時安裝在一個系統(tǒng)中,可以提供兩路數(shù)字下變頻,兩路信號分別進(jìn)行窄帶解調(diào)/測量和實時寬帶頻譜監(jiān)測,保證實時在線監(jiān)聽和頻譜監(jiān)測任務(wù)可以同時進(jìn)行。

        NI-1000HFRD中頻數(shù)字化儀提供了高速AD和板上信號處理能力,包括14位100MS/s的數(shù)字化能力,最大帶寬40MHz的實時數(shù)字下變頻,特別適合于捕獲無線電廣播信號?;贒MA(直接存儲訪問)的機制與控制器相連,使控制器更好地作用于高級信號分析、顯示以及通信等任務(wù)。

        在線實時解調(diào)和離線超實時解調(diào)算法是基于FPGA實現(xiàn)的,將軟件算法基于硬件實現(xiàn),實現(xiàn)了全并行、高吞吐、高可靠,相比傳統(tǒng)的基于CPU實現(xiàn)的算法,執(zhí)行效率極大提高。本系統(tǒng)所采用的每塊FPGA芯片可以實現(xiàn)8通道的實時解調(diào),根據(jù)不同需求可以進(jìn)行不同的配置,例如在18槽機箱中除去控制器和數(shù)字化儀占用的兩個插槽位置,最多可以實現(xiàn)128通道的實時解調(diào)。

        2.4 NI-1000HFRD主要功能

        2.4.1 全頻段流盤

        30M以下全頻段流盤的數(shù)據(jù)速率為120M/s,采用高速PXIe總線、RAID磁盤陣列等技術(shù)保證了可以不丟點地數(shù)據(jù)存儲,通過一定的參數(shù)設(shè)置可以實現(xiàn)分時段、分頻段和按計劃流盤。

        2.4.2 在線實時解調(diào)

        在線實時解調(diào)功能針對不同的應(yīng)用可以選擇不同的配置,最多可以實現(xiàn)128通道實時解調(diào)??梢詫崿F(xiàn)的主要功能有:指定頻點組合播放;分發(fā)音頻至不同播放設(shè)備;多音頻文件存儲;設(shè)定功率門限,提出特征頻點;寬帶信號頻譜觀測,窄帶分析與解調(diào);計算特征頻點電平、功率、場強值和調(diào)制度分析。

        2.4.3 離線超實時解調(diào)

        最高可以實現(xiàn)0.7倍的超實時解調(diào),即完成100秒的全頻段流盤文件解調(diào)只需要70秒。

        3 基于N I-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)

        基于NI-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱:NI智能系統(tǒng))由4個工作席位構(gòu)成,即中短波監(jiān)測席位、質(zhì)量自動監(jiān)測席位、頻譜收測席位和多媒體監(jiān)測席位。依靠語音識別引擎的支持,主要實現(xiàn)對中、短波頻段范圍內(nèi)信號搜索,廣播效果和廣播質(zhì)量的自動評估,頻譜智能收測,以及多媒體監(jiān)測等功能。智能監(jiān)測系統(tǒng)框圖,如圖3所示。

        圖3 系統(tǒng)框圖

        智能監(jiān)測系統(tǒng)各監(jiān)測席位具體實現(xiàn)方法如下:

        3.1 中短波自動監(jiān)測席位

        NI智能系統(tǒng)可根據(jù)電平門限等級設(shè)置,從0~30M頻段內(nèi)獲取高于該電平值的信號,并對0~30M頻段內(nèi)所有信號進(jìn)行全頻段留盤,同時利用語音識別系統(tǒng)對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行語音識別,選擇出關(guān)注的語音信號,從而實現(xiàn)中短波自動監(jiān)管。

        3.2 質(zhì)量自動監(jiān)測席位

        NI-1000HFRD系統(tǒng)根據(jù)人工設(shè)定的報警任務(wù)需要,對質(zhì)量監(jiān)測頻率進(jìn)行循環(huán)分析,通過信號平均電平值與調(diào)幅度實時不間斷測量,對認(rèn)為是異態(tài)的信號上報給質(zhì)量自動監(jiān)測席位進(jìn)行人工確認(rèn),及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異態(tài),定時對質(zhì)量監(jiān)測頻率自動打分。質(zhì)量自動監(jiān)測流程,如圖4所示。

        圖4 質(zhì)量自動監(jiān)測流程圖

        3.3 頻譜收測席位

        該系統(tǒng)可以對0~30MHz各時段信號進(jìn)行全部流盤,再通過離線超實時解調(diào),設(shè)定相應(yīng)的電平門限,將獲得的較高電平頻率的AM信號,與數(shù)據(jù)庫中的已知信號對比辨別廣播電臺信號的歸屬。對于不能實現(xiàn)電臺歸屬自動判別的頻率,上報到頻譜收測席位進(jìn)行人工處理。

        3.4 多媒體收測席位

        NI-1000HFRD短波信號分析儀的FlexRIO 7965R板卡是可編程器件組成,配合其它下變頻板卡,加入相應(yīng)的解調(diào)軟件,即可實現(xiàn)調(diào)幅、調(diào)頻、電視、衛(wèi)星、CMMB等無線電波信號的解調(diào)及技術(shù)指標(biāo)測量,可以實現(xiàn)多媒體監(jiān)測任務(wù)。

        同時,NI-1000HFRD短波信號分析儀具有體積小、攜帶方便等特點,適用于外出流動收測,也可安裝在監(jiān)測車上。外出流動收測時,只要收測人選擇好收測地點并架設(shè)好天線,NI-1000HFRD短波信號分析儀會自動根據(jù)頻率收測表,進(jìn)行24小時錄音。錄音完畢后,將錄音數(shù)據(jù)回傳,進(jìn)行集中收聽及打分,節(jié)省了人力和物力。

        結(jié)束語

        FlexRIO 7965R板卡可解調(diào)8路信號,可同時使用9塊);可以對廣播信號進(jìn)行各種指標(biāo)測量(調(diào)幅度、頻譜、場強)。將該系統(tǒng)應(yīng)用到廣播監(jiān)測中,基本可以實現(xiàn)中短波信號的智能監(jiān)測。對比現(xiàn)有的監(jiān)測工作模式將是一個“質(zhì)”的飛躍。

        NI智能系統(tǒng)組成非常簡單,是一個3U的標(biāo)準(zhǔn)機箱,內(nèi)置各功能板卡來實現(xiàn)各種功能,具有體積小、搬用靈活、應(yīng)用范圍廣等特點。在數(shù)據(jù)傳輸上,板卡間的數(shù)據(jù)使用了高速總線傳輸,大大提高設(shè)備的工作效能。

        NI智能系統(tǒng)可以同時對0~30MHz的中、短波信號進(jìn)行全波段存儲和任意頻道、任意時段的解調(diào),不需要配置錄音設(shè)備和專用接收機等;用戶還可根據(jù)需要選擇解調(diào)頻率和解調(diào)路數(shù)(1塊

        審稿人:魏朝輝 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心正高級工程師

        責(zé)任編輯:王學(xué)敏

        TN 939.11

        B

        2096-0751(2016)09-0021-03

        張耀武 國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺 高級工程師

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