黃楚勇

（廣東省揭陽中波轉播臺，廣東 揭陽 522000）

中波廣播發(fā)射臺的任務是通過接收上級衛(wèi)星信號作為信號源，利用臺內(nèi)的鏈路環(huán)節(jié)傳入發(fā)射機，發(fā)射機對該信號進行處理、放大和發(fā)射，使衛(wèi)星廣播信號傳輸至受眾接收端[1]。為了使發(fā)射臺播出覆蓋任務得到保障，廣東省揭陽中波轉播臺（下面簡稱“我臺”）建立了一套基于音頻基因比對識別的信號識別監(jiān)測系統(tǒng)，對播出節(jié)目進行有效監(jiān)測，從而使值班人員實時高效地掌控播出信號和機器的穩(wěn)定運行。

1 機房現(xiàn)狀

根據(jù)傳統(tǒng)的安全保障方式，我臺采取技術人員24小時不間斷值班的方式保障了信號正常播出。值班過程中，技術人員需要定時切換傳輸通道監(jiān)聽并判斷播信號是否正確，這樣長時間的高度集中容易造成精神疲勞，同時值班員對發(fā)射機突發(fā)故障、廣播信號被插播或篡改等情況有時無法及時、有效地發(fā)現(xiàn)和甄別，一旦發(fā)生安全播出事故，將會造成嚴重的負面影響。因此，為了增強信號傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，杜絕和防止源信號在傳輸和發(fā)射前后出現(xiàn)

丟失、惡意篡改的可能性，以及對發(fā)射臺設備老化、設備故障、人為干擾等因素進行有效的甄別，進一步提高應急處理能力，需要建立一套信號識別監(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，并及時發(fā)出警告，協(xié)助值班人員迅速作出判斷，采取補救措施，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)在設計上要求信息在傳輸過程中絕對安全，內(nèi)網(wǎng)音頻采集采用單向通道，不允許采集器對內(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)境進行通信時，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：在設備選型上，要求采用知名品牌器件或設備，要求在同類產(chǎn)品中性能優(yōu)異，符合高標準、高質量、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小時的安全穩(wěn)定運行的要求。

（3）準確性原則：要求系統(tǒng)識別比對算法具備高精準度，能有效發(fā)現(xiàn)任何失真或被篡改的內(nèi)容，同時預警信息必須及時、準確。

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

3 信號識別監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 工作原理

信號識別監(jiān)測系統(tǒng)通過對音頻內(nèi)容的特征基因進行提取，然后將提取出來的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡上傳到阿里云端存儲，再利用比對算法對上游和下游提取出來的基因數(shù)據(jù)進行有效比對。在保證不改變原始音頻的前提下，對特征文件內(nèi)容做相似性計算，并進行高效準確的比對，來驗證兩段音頻信號內(nèi)容是否一致，從而判斷信號是否被篡改或者機器是否有故障。

3.2 硬件部分組織架構

該系統(tǒng)硬件組織架構分為3部分：各采集點音頻采集設備、各采集點音頻基因提取服務器以及比對識別報警設備。首先，各采集點部署了專業(yè)的音頻實時流采集設備對各頻率的多路AES音頻數(shù)字/模擬信號進行采集，并打包以UDP的方式傳輸給下游的音頻基因提取服務器。其次，音頻基因提取服務器經(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信息（例如碼率、日期等），通過加密通道傳輸給存儲模塊存儲到基因數(shù)據(jù)庫中，以備后續(xù)的比對識別模塊調(diào)用。最后，把比對識別模塊、監(jiān)控中心模塊、數(shù)據(jù)庫存儲以及用戶管理等相關模塊，部署在阿里云服務器上并反饋給用戶，用戶通過比對識別報警設備的報警信息對異常情況進行及時有效地處理。系統(tǒng)組織架構如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)組織架構

考慮到我臺發(fā)射條件和地理環(huán)境等因素，對該系統(tǒng)的布局上設置了三級鏈路節(jié)點（五個采集點）進行分級監(jiān)測：一級鏈路為廣播源信號，即上星前的信號；二級鏈路為衛(wèi)星接收機的采集信號；三級鏈路設置了三處終端監(jiān)測點，皆為開路接收信號。廣播源信號上星前通過音頻實時流采集設備采集后并添加傳輸方式作為標記進行云端存儲。隨后我臺在收到源信號后，通過一系列設備處理，在進入發(fā)射機 發(fā)射之前，對多路廣播節(jié)目源信號再一次采集，存儲到云端并與源信號進行比對，確保源信號到進入發(fā)射機發(fā)射之前不會出現(xiàn)音頻內(nèi)容失

真或者篡改。最后，廣播信號通過我臺發(fā)射傳輸之后，在覆蓋區(qū)域內(nèi)設置的3處監(jiān)測點對音頻信號進行采集，同樣存儲到云端并與進入發(fā)射機前的音頻信號進行比對，確保發(fā)射機發(fā)射前后不會出現(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、基因識別比對模塊、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我臺現(xiàn)有的設備輸出情況進行匹配，支持了對模擬信號的音頻格式進行采集，供給音頻基因采集程序進行基因提取。提取的基因具有空間占用小、傳輸快、不可逆向復原等特點，可以通過公網(wǎng)單向傳輸?shù)交蜃R別比對模塊，傳輸過程采用SSL加密，保障信息安全?；蜃R別比對模塊采用Audio DNA比對算法對提取的音頻數(shù)據(jù)基因進行實時比對，并將比對的結果以接口方式輸出傳遞給UI等相關模塊。該模塊為開放式架構，采用有向無環(huán)圖和靈活的前端設計來滿足不同音頻上中下游的比對需求，擴容能力強，支持分布式比對，允許增加更多的比對節(jié)點以支持更多拓撲鏈路。

監(jiān)控中心模塊采用HTML5 Canvas Audio Buffer等技術開發(fā)的音頻實時波形圖，詳細列出了當前監(jiān)測中的各路信號源以及其相關參數(shù)，并允許新增或者刪除監(jiān)測信號，可實現(xiàn)對各個監(jiān)測點的實時音頻波形圖、比對結果和比對警情的展示，以及對各監(jiān)測點實時音頻的監(jiān)聽，一旦機器出現(xiàn)故障或音頻信號發(fā)生異常，該模塊界面將發(fā)出警報以提醒值班人員及時處理。

警情處理模塊采用React框架，對后臺管理頁面進行展示，實現(xiàn)對監(jiān)測到的異常結果的記錄。值班人員處理監(jiān)測結果時可通過回放母本與樣本兩個音頻進行確認，對于級別顏色（橙色和紅色）的報警，必須規(guī)定時間內(nèi)處理，并留下處理日志。對于人工確認為誤報的，記錄為系統(tǒng)故障，不引發(fā)故障報警。

數(shù)據(jù)分析模塊負責數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，將異常的總時長、總次數(shù)統(tǒng)計出來，并以報表和曲線圖的形式呈現(xiàn)。允許以時間范圍、報警類型、報警級別、監(jiān)測點、值班人員等組合查詢報警明細。

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

4 系統(tǒng)應用效果

通過上述分析可知，信號識別監(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立性，又存在密切的聯(lián)系，相輔相成。該系統(tǒng)的應用，一方面有助于強化我臺節(jié)目播出的安全性，另一方面在很大程度上提升了我臺整體的工作效率[2]。

4.1 強化節(jié)目播出安全性

系統(tǒng)建立之后，實現(xiàn)了對節(jié)目停播、錯播、非法插播等異常情況的監(jiān)測和報警，同時對該異常信息進行錄音備案，以便對事件后續(xù)回溯和追溯，從而使得異常狀況在整個發(fā)射傳播過程變得透明化。同時，由于我臺傳輸頻率眾多，衛(wèi)星接收天線、發(fā)射機、天饋系統(tǒng)場地分布不集中，巡查時容易造成疏漏，信號識別監(jiān)測系統(tǒng)的投入有效避免了疏漏引起的誤報警、停播等事件，使得值班人員對異常情況的處理準確無誤，很好地強化了我臺節(jié)目播出的安全性。

4.2 提升發(fā)射臺工作效率

建立該系統(tǒng)之前，值班人員每隔30分鐘需要對各頻率節(jié)目進行監(jiān)聽，每隔2小時對發(fā)射機、發(fā)射場地進行巡查，以保證信號傳輸不發(fā)生停播、錯播、漏播。該系統(tǒng)的應用，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更為精準和及時，大大提升了工作效率[3]。值班員可以將更多的精力放在對機器設備的日常維護上，避免因不及時處理故障而造成設備損壞帶來的經(jīng)濟損失。

5 結束語

信號識別監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對信號故障的自動識別監(jiān)測，有效地對信號的異常狀況發(fā)出警報，提醒值班員及時排除故障，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)展當中，該系統(tǒng)可通過技術革新，合理利用已有資源和設備，從功能上逐步趨向與自動化故障處理相結合，有效提高系統(tǒng)可靠性，逐步向無人值班機房的方向發(fā)展，具有良好的實用價值和推廣意義。