馬 樂(lè)

國(guó)家新聞出版廣電總局203臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070

1 概 述

隨著科技進(jìn)步和我國(guó)廣播電視事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)廣播電視監(jiān)測(cè)工作有了新的更高要求。廣播遙控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)作為全國(guó)廣播監(jiān)測(cè)網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)著收測(cè)和回傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反映當(dāng)?shù)貜V播播出質(zhì)量和效果的重要使命。為提高廣播監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，服務(wù)好安全播出工作，對(duì)廣播遙控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行升級(jí)改造十分必要。

2 廣播遙控監(jiān)測(cè)站接收機(jī)選型

在選擇接收機(jī)時(shí)，既要考慮接收機(jī)的射頻性能，滿足目前廣播監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)對(duì)寬頻段的需求，至少應(yīng)覆蓋中短波及調(diào)頻波段，還要從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，把握未來(lái)無(wú)線電通信發(fā)展趨勢(shì)，改善提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體性能及可擴(kuò)展性，確保利用軟件升級(jí)或局部硬件更換就可實(shí)現(xiàn)新的監(jiān)測(cè)要求，減少設(shè)備更新?lián)Q代成本。

基于FPGA的多通道數(shù)字化接收機(jī)。FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)作為一種半定制的專用集成電路，既解決了定制電路的不足，又克服了編程器件門(mén)電路有限的缺點(diǎn)。尤其是在實(shí)時(shí)高速寬帶數(shù)字處理方面，有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，目前，已廣泛應(yīng)用于廣播數(shù)字接收機(jī)。

在遙控站接收機(jī)的選擇上，可采用符合ITU規(guī)范的基于FPGA嵌入式軟件無(wú)線電架構(gòu)的多通道數(shù)字化接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)535KHz到1605KHz的中波和2.3MHz到26.1MHz的短波以及87MHz到108MHz的調(diào)頻廣播的解調(diào)、測(cè)量、錄音。根據(jù)承擔(dān)的任務(wù)功能，接收機(jī)主要由信號(hào)接收模塊、采集分析模塊、磁盤(pán)陣列、數(shù)字信號(hào)處理模塊，以及功能軟件等構(gòu)成。如圖1所示。

圖1 多通道數(shù)字化接收機(jī)結(jié)構(gòu)原理框圖

采集分析模塊是記錄軟件的核心，負(fù)責(zé)采集和記錄廣播全頻段的信號(hào)，利用高速A/D直采功能，實(shí)現(xiàn)全帶寬信號(hào)的采集記錄。信號(hào)接收模塊作為采集的前端，提供濾波與放大功能，濾除帶外信號(hào)，增加信號(hào)的信噪比。磁盤(pán)陣列是高速緩存結(jié)構(gòu)，將全帶寬的IQ原始數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，由于磁盤(pán)陣列兼顧了容量和讀寫(xiě)速度，能夠保證緩存數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度，同時(shí)又不影響解調(diào)過(guò)程的連續(xù)性。數(shù)字信號(hào)處理模塊是多通道解調(diào)的核心，數(shù)字處理模塊采用高性能FPGA，保證了多路信號(hào)處理并行實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)單一芯片不少于8路信號(hào)的數(shù)字濾波。硬件采用深度定制的嵌入式軟件無(wú)線電平臺(tái)，具有體積小，穩(wěn)定可靠，散熱良好，便于部署維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

接收機(jī)功能軟件設(shè)計(jì)顯示直觀、操作簡(jiǎn)單易用，應(yīng)至少具有以下功能：

寬帶數(shù)據(jù)采集。寬帶數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)對(duì)寬帶接收機(jī)的硬件控制、數(shù)據(jù)記錄、頻譜計(jì)算，將寬帶IQ數(shù)據(jù)文件進(jìn)行緩存，方便追溯幾分鐘之前的原始信號(hào)數(shù)據(jù)。寬帶數(shù)據(jù)組件提供信號(hào)檢索功能，用于發(fā)現(xiàn)門(mén)限之上的信號(hào)。

多通道信號(hào)解調(diào)錄制。讀取緩存數(shù)據(jù)，并且利用FPGA板卡數(shù)字處理功能，向用戶提供多通道的IQ音頻錄制，在解調(diào)錄制過(guò)程中，軟件提供對(duì)信號(hào)的參數(shù)測(cè)量，包括頻譜、電平、調(diào)制度等，并能繪制調(diào)制度分布圖。

采用網(wǎng)絡(luò)化的接口，支持V8接口協(xié)議，可接收監(jiān)測(cè)臺(tái)下達(dá)的指令，上傳解調(diào)后的數(shù)據(jù)指標(biāo)及錄音文件。

采集數(shù)據(jù)可選擇在本地存儲(chǔ)，也可選擇直接回傳至監(jiān)測(cè)臺(tái)，但在遙控站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行本地存儲(chǔ)，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后再將之前保存的本地?cái)?shù)據(jù)傳至監(jiān)測(cè)臺(tái)。

目前，市面上已有類(lèi)似基于嵌入式軟件無(wú)線電架構(gòu)的多通道數(shù)字化接收機(jī)產(chǎn)品在售，可實(shí)現(xiàn)4路、8路、16路甚至256路信道同時(shí)解調(diào)，完全能夠滿足遙控站點(diǎn)對(duì)于接收機(jī)的需求。

3 基于多通道接收機(jī)的廣播智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

新一代廣播智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）基于無(wú)縫隙監(jiān)測(cè)的思路，采用多通道接收機(jī)對(duì)頻譜錄音，指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整合存儲(chǔ)在云平臺(tái)中的數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有采集到的音視頻流在云平臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行編碼、轉(zhuǎn)碼、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)分析后，根據(jù)各種業(yè)務(wù)指標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成表格或圖形，在全直觀顯示模塊的作用下將各類(lèi)指標(biāo)在大屏上顯示，實(shí)現(xiàn)全部數(shù)據(jù)圖形可視化。

系統(tǒng)采用層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，總體上分為支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層四層，具體框架如圖2所示。

圖2 軟件總體設(shè)計(jì)框架圖

支撐層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)多通道接收機(jī)進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)采集，利用監(jiān)測(cè)臺(tái)衛(wèi)星采集系統(tǒng)對(duì)廣播信號(hào)參考源進(jìn)行采集。支撐層采集數(shù)據(jù)將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)層進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口與應(yīng)用層進(jìn)行交互。

數(shù)據(jù)層構(gòu)建于支撐層之上，一方面通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，另一方面，利用云存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)音頻文件進(jìn)行存儲(chǔ)。

服務(wù)層是系統(tǒng)架構(gòu)中的核心部分。它的關(guān)注點(diǎn)主要集中在業(yè)務(wù)規(guī)則的制定、業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)等與業(yè)務(wù)需求有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，處于數(shù)據(jù)層與應(yīng)用層中間，起到了數(shù)據(jù)交換中承上啟下的作用。

應(yīng)用層面向用戶提供控制、管理、顯示等操作界面，具有操作簡(jiǎn)便、形式豐富、美觀大方、動(dòng)態(tài)直觀等特點(diǎn)。

從功能上劃分，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括廣播數(shù)據(jù)采集、廣播智能評(píng)估、內(nèi)容識(shí)別、廣播收測(cè)、全直觀顯示五個(gè)主要模塊。

3.1 廣播數(shù)據(jù)采集模塊

廣播數(shù)據(jù)采集模塊作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐，一方面負(fù)責(zé)對(duì)收測(cè)地區(qū)廣播信號(hào)的采集，利用多通道數(shù)字化接收機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)收測(cè)區(qū)廣播信號(hào)音頻和指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，另一方面也要對(duì)衛(wèi)星信號(hào)參考源進(jìn)行采集，供廣播智能評(píng)估模塊比對(duì)使用。

3.1.1 收測(cè)區(qū)廣播信號(hào)采集

收測(cè)區(qū)廣播信號(hào)采集由站點(diǎn)采集終端及采集處理軟件組成。采集終端使用多通道數(shù)字化接收機(jī)，其解調(diào)信道數(shù)不少于待收頻率數(shù)，能夠滿足各頻率實(shí)時(shí)采集需求。同時(shí)，采集終端能夠接收采集處理軟件實(shí)時(shí)控制命令、完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和音頻采集、回傳。采集處理軟件位于直屬監(jiān)測(cè)臺(tái)，與廣播監(jiān)測(cè)網(wǎng)按照標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議通訊，與各站點(diǎn)采集終端通過(guò)各類(lèi)專線網(wǎng)絡(luò)連接通訊。

3.1.2 廣播參考源信號(hào)采集

廣播參考源信號(hào)采集通過(guò)位于直屬臺(tái)的衛(wèi)星接收系統(tǒng)對(duì)中央臺(tái)廣播實(shí)時(shí)音源進(jìn)行采集，組播流通過(guò)局域網(wǎng)存入本地存儲(chǔ)云，音頻信息同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，供智能評(píng)估調(diào)度使用。

3.2 廣播智能評(píng)估模塊

智能評(píng)估模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播收測(cè)任務(wù)頻率播出質(zhì)量和效果的自動(dòng)評(píng)估，并完成對(duì)異態(tài)頻率的分析上報(bào)。傳統(tǒng)的廣播指標(biāo)測(cè)量方法，通過(guò)功率和調(diào)幅/制度曲線對(duì)廣播的播出質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)判斷，這種僅通過(guò)數(shù)據(jù)指標(biāo)的方式雖能在一定程度上反映出廣播播出的實(shí)際效果，但當(dāng)存在同鄰頻干擾、發(fā)射臺(tái)墊播或者錯(cuò)播等情況下，很難通過(guò)指標(biāo)對(duì)播出效果做出判斷。引入廣播智能評(píng)估技術(shù)后，通過(guò)與參考源進(jìn)行語(yǔ)音比對(duì)，模擬人耳對(duì)聲音質(zhì)量和效果給出更加準(zhǔn)確和客觀的評(píng)價(jià)。

智能評(píng)估席位由分布式計(jì)算平臺(tái)和后臺(tái)服務(wù)軟件組成。分布式計(jì)算平臺(tái)是智能評(píng)估席位的核心，具備強(qiáng)大的負(fù)載均衡能力和良好的擴(kuò)展性，采用網(wǎng)格計(jì)算框架，將各種計(jì)算任務(wù)封裝成插件，然后做成標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，配置在框架之中，成為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的一部分并對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用接口。平臺(tái)收到計(jì)算任務(wù)后，根據(jù)調(diào)用信息，首先對(duì)混合源信號(hào)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行錯(cuò)誤性檢查，如有錯(cuò)誤，給出錯(cuò)誤性提示。讀取到正常的音頻數(shù)據(jù)后，計(jì)算一定窗長(zhǎng)的音頻文件信噪比，并提取音頻特征。其次，依據(jù)信號(hào)規(guī)則判定條件，若滿足信號(hào)比對(duì)要求，對(duì)混合源信號(hào)和參考源信號(hào)分別提取音頻特征、計(jì)算其特征比對(duì)相似度，融合信噪比和音頻類(lèi)型比例綜合判別信號(hào)可聽(tīng)度及置信度。如參考源音頻文件無(wú)法打開(kāi)或長(zhǎng)度小于門(mén)限，或混合源語(yǔ)音量較少，未達(dá)到音頻比對(duì)的最低要求，則融合信噪比和音頻類(lèi)型比例綜合判別，給出信號(hào)可聽(tīng)度及置信度。如圖3所示。

圖3 智能評(píng)估流程圖

后臺(tái)服務(wù)軟件主要包括集群調(diào)度（用于部署計(jì)算結(jié)點(diǎn)的調(diào)度器，分別對(duì)應(yīng)用服務(wù)器組的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理與任務(wù)調(diào)度）、系統(tǒng)監(jiān)控、前后端通信等。

3.3 內(nèi)容識(shí)別模塊

內(nèi)容識(shí)別模塊通過(guò)先進(jìn)的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，將廣播聲音內(nèi)容轉(zhuǎn)換為文字，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播內(nèi)容的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。內(nèi)容識(shí)別席位主要滿足兩項(xiàng)功能：一是建立合適的評(píng)分模型，如通過(guò)對(duì)單位時(shí)長(zhǎng)廣播片段識(shí)別率和準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)等手段，來(lái)反映該廣播片段的播出效果，進(jìn)一步修正智能評(píng)估席位自動(dòng)打分結(jié)果。二是對(duì)廣播內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)記錄和比對(duì)，通過(guò)關(guān)鍵字搜索，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和文字的雙向查詢定位；內(nèi)容識(shí)別席位讀取被測(cè)頻率廣播內(nèi)容后，將與參考源信號(hào)播音內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)，可及時(shí)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)播、非法插播等情況。

3.4 廣播收測(cè)模塊

廣播收測(cè)模塊是業(yè)務(wù)處理主界面，可在原全國(guó)廣播網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行搭建，具有處理報(bào)警、在線收聽(tīng)打分、數(shù)據(jù)查詢、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)行圖管理、系統(tǒng)設(shè)置等多項(xiàng)功能，是重要的人機(jī)交互區(qū)域。軟件易用性與易操作性好，界面新穎、使用便捷，具備良好的系統(tǒng)安全性，有嚴(yán)格的權(quán)限管理，可通過(guò)設(shè)置用戶權(quán)限級(jí)別控制其訪問(wèn)功能。

3.5 全直觀顯示模塊

全直觀顯示模塊能夠在大屏幕實(shí)時(shí)展現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，通過(guò)海量的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、多樣化的監(jiān)測(cè)監(jiān)管數(shù)據(jù)，建立一套內(nèi)容完整、流程明確、功能新穎的基于圖形化數(shù)據(jù)顯示的高效軟件。全直觀顯示模塊主要展示數(shù)據(jù)包括以下三項(xiàng)：

3.5.1 業(yè)務(wù)流程展示

業(yè)務(wù)流程展示以動(dòng)畫(huà)流程圖的形式，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，直觀展示廣播信號(hào)從前端采集開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理，完成整個(gè)廣播信號(hào)監(jiān)測(cè)的全過(guò)程。主要涉及的業(yè)務(wù)流程監(jiān)控為對(duì)前端數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、智能評(píng)估、內(nèi)容識(shí)別等幾處節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)完整性、可用性檢查，若某一處數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則在該處提示報(bào)警。

3.5.2 站點(diǎn)運(yùn)行狀況展示

結(jié)合GIS地圖直觀展示分布于監(jiān)測(cè)臺(tái)監(jiān)管范圍內(nèi)前端站點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)動(dòng)態(tài)音頻柱狀圖和動(dòng)態(tài)頻率采集狀態(tài)反映前端接收機(jī)工作是否正常。

3.5.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示

重點(diǎn)顯示分值異常頻率以及報(bào)警頻率，既能顯示實(shí)時(shí)信息，又能展現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)，能直觀判斷出廣播播出質(zhì)量和效果。

結(jié)束語(yǔ)

廣播電視監(jiān)測(cè)監(jiān)管是我國(guó)廣播電視事業(yè)發(fā)展的重要一環(huán)，隨著科技不斷進(jìn)步和對(duì)廣播電視監(jiān)管要求的提高，建設(shè)一套更加科學(xué)準(zhǔn)確的廣播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文所提出的基于多通道數(shù)字化接收機(jī)的遙控廣播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)廣播全時(shí)段、無(wú)縫隙的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，而且通過(guò)廣播智能評(píng)估、內(nèi)容識(shí)別等智能化手段，在減輕值班員工作量的同時(shí)，使廣播信號(hào)的收測(cè)評(píng)估更加客觀和準(zhǔn)確，可作為下一代廣播監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的一種參考思路。

［1］李蕾.基于軟件無(wú)線電的接收機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2007

［2］陳德澤.廣播電視監(jiān)測(cè)技術(shù)［M］：北京，中國(guó)廣播電視出版社.2008.