广播电视检测音频关键技术

文 裘永军

随着信息技术的不断发展，广播电视也逐渐朝着数字电视技术去发展，我国的大部分电视台以及影视机构都开始运行数字化广播电视节目。科技的不断进步，广播电视设备的故障率已经有所较低了，一般不会因为设备障碍造成广播电视节目的错播或者停播。但随着数字化的普及，新的问题也随之而来，那就是信号的安全性能会对广播电视节目产生一定的影响，尤其是出现在播出过程中遭到信号干扰，出现插播或者破坏节目的现象越来越多，因此，广播电视的安全监测也越来越被重视。

广播电视数字化后，广播电台的音频节目的每一个部分都产生了深刻的变化，而数字音频是数字化电视广播制作的主要功能手段，因此，对于电视广播检测音频技术的探究很有必要，但随着数字音频的产生，无论是基本理论、系统设计、音频格式还是接口方式都发生了改变，检测工作的难度也因此增加，单靠人力完成是远远不够的，广播电视节目更加需要一种能够对数字音频进行实时检测分析的自动报警检测系统。

数字音频的基本原理

随着计算机技术的深入发展，数字音频全面提高了广播电视节目的播出质量，并且已经逐步取代广播电视制作系统中传统应用的以模拟信号处理方式的音频设备。数字音频设备在原有的模拟音频信号的输出和输入方式的基础上，对音频设备的功能则设计为实现在模拟信号环境中运行。数字音频的实际技术运用，是将音频设备经过信号转换，由模拟信号转成数字信号，在转换过程中同时实施对音频信号的控制，然后再用于记录和传输。对于麦克风等模拟设备的信号采集，需要进行数字化信号处理。其中最关键的技术的A/D转换，模拟音频能够进行良好的数字化转换的基础在于高效率和高质量的A/D转换。而A/D转换的质量主要取决于抽样、量化、编码等工作的精确测量度以及准确性。目前使用的抽样标准有3种，如下表：

频率（K H Z） 应用线路4 4 安装P MC适配器的P A L广播和N T S C的广播电视信号3 2 E M立体声广播发射机的地面线路48 主要与32 k h z频率进行关联转换

数字音频检测分类

目前许多广播电视台的自动检测系统都只是单纯的对音频信号的质量和信号的好坏进行检测，多采用人工监听，循环播放的方式来完成检测，这种方式效率较低且会出现滞后性，导致电视广播节目出现突发现象。对于数字音频检测主要分为对音频内容好坏的检测和音频质量的高低以及信号来源的正确性。二者相互依存，因为音频质量的高低会影响到节目播出的质量，会影响到听众对信息内容的获取，而音频内容的好坏又会直接影响到音频质量。针对于数字音频，监测的关键技术主要包含数字音频频谱分析、数字音频电平测量、数字水印技术。

1.数字音频频谱分析技术

进行频谱分析的方法通常包含有机遇数字滤波法的频谱分析、基于FFT技术的频谱分析以及基于外差原理的频谱分析。对于数字音频的频谱分析的基本原理是将时域信号转换到频域，因此测出频谱分量。分析频谱则可以进一步观察音频信号对于不同频率上的幅值变化情况。下面以FFT技术为例，简要说明数字音频频谱技术的分析方法。

FFT技术主要采用的仪器为FFT分析仪，在信号采样以后，对信号的采样点进行一段时间长度的傅里叶变换，将时域信息转换为频域信息。这种变换采用的是离散时域采样点，因此时域信号中不会存在频率信息的遗漏，故而我们认为，FFT分析法所产生的信号宽带是能够实现实时分析的。在变换过程中，需要关键考虑到FFT长度这个参数，必须是2的整数次幂，如果不足则用0值补齐。经过变换而得的频率信息的最低频率，由音频采样频率域FFT长度共同决定。但是由于人耳能听到的频率范围是有一定局限性，所以在实际测量中，需要将频谱信息利用均衡图来分段显示。如下图所示为常用的集中显示均衡图。

2.数字音频电平测量

最简单的音频检测形式是使用现实音频信号幅度的电平表，一般包含两种类型的电平表：（Peak Program Meter）PPM表和（Volum Unit） VU表。数字音频在制作过程中，就与模拟音频有很大的区别，数字音频采用脉冲编码调制的方法制成，在电平检测的时候，当输入信号电平上升到某一只时，输出信号上升速度反而减慢，达到饱和，这就是模拟音频而非数字音频，当数字信号通过电平检测时，如果出现检测信号超过峰值节目表的0分贝时，应该进行报警预告。

3.音频的矢量和相位检测

音频的矢量图是由左右声道通过李萨如图形得到的，我们可以利用矢量图来分析左右声道的相互关系，进而检测这两个声道的平衡模式。

音频的相位图主要是表现出左右声道的相位差，来判断左右声道信号之间的关系，并且需要定量测量工作。相位差的测量方法主要包含：过零比较法、相关分析法、波形变换法。以相关分析法为例，是利用左右声道的正弦同频信号的互联函数值与相位差的余弦值进行正比来获得的。

4.数字水印技术

数字水印是在不影响音频质量的前提下，在授权的情况下将防伪信息嵌入到音频的原始数据中，对数字音频进行版权保护。数字水印技术一般包含了嵌入、提取、处理过程。现在人们对音频的数字水印的发展朝着不可见水印技术发展，主要是由于可见水平容易受到攻击和模仿，而不可见水印技术则有一定的隐藏性。实现不可见数字水印的方法大体分为在变换域中实现和在空间域中实现。以变换域中实现方法为例，它首先需要对信号进行一系列变换如离散余弦变换、傅里叶变换等，在镶嵌水印进入音频信号中，这种方式计算较为复杂，但隐蔽性高。

数字音频自动检测系统简要说明

自动化检测数字音频系统的主要运行方式为：音频信息输入音频检测终端，音频信息被终端读取并进行DSP处理（包括计算其音频左右声道相位差、电平大小、时域信号变换到频域），进一步输出给检测主机，最后经过前端检测软件处理，在输出设备上表现出输出结果。其中监测前端包括监测主机、音频监测终端、以及与其配套的显示设备和监听设备。主要完成音频信息的监听监看、参数设置、数据记录和查询、报警功能。该系统还含有存储系统和集中控制系统。

广播电视节目现在已经成了人们生活中不可分割的一部分，对于广播电视的音频检测工作也越来越受到业内人士的关注，随着信息技术的不断革新，相信在不久的将来，音频检测的关键技术也会不断深入发展，技术也会越来越成熟，促进我国的广播电视也的快速发展。