广播电台播出监测辅助系统的设计与实现

国家广播电影电视总局723台 胡鹤年

1.引言

随着各类媒体的不断发展，广播节目似乎要走向衰退，视频质量不断提高，网络媒体不断发展，然而广播又凭借着它终端便携的优势，在交通中、自然灾害中还发挥着不可替代的作用，短时间甚至根本不会消亡。因此广播台站还是有一席之地，特别是中央广播台站，她担负着把党和国家的声音传向全国各地，传入千家万户的任务。她担负的使命要求必须有严格的播出质量。播出质量的直接体现就是广播节目的正确性和可听度的监测。人工监测是一种枯燥且低效的方法，自动监听与分析于是便成了各监测中心想方设法追求的新方式，为了减少自动系统的监测误报，或者采用人工干预，或者采用更加智能的判定方式。在此我台设计了利用计算机辅助控制，实现自动监测多路广播节目的循环监听系统。此系统采用计算机遥控接收机，连续从接收机（控制接收频率）获取音频数据（广播播出正常状态下，每秒可检测一路广播节目），以达到循环监测全台播出节目，并配以生动直观的监测界面，对全台播出节目整体扫描，全程监测，能够第一时间准确发现无载停播、音周停播、节目错播等。通过弹出文字提示并发出语音进行提醒，充分提高了自台监听监测效率和监测准确度，有效的挽救了设备停播和责任性事故等。具体设计情况如下。

2.硬件组成

IC-R75型接收机：支持远程串行控制，可通过计算机串口对其进行控制，包括读取、设置接收频率，以及其他相关参数设定等。

计算机（带声卡）：串口下发接收机接收频率，实时接收分析音频信号，并给以音视频提示等；

RS232控制线：连接计算机与接收机，用以控制信号的传送；

音频连接线：连接计算机声卡（音频输入）与接收机（音频录音输出），为计算机提供音频分析信号源。

3.软件设计

软件主要分为：通讯控制模块、音频显示模块和音频监测主体。

3.1 通讯控制模块

通讯控制模块包括广播节目时间表数据库、时间表显示及接收机接收频率控制模块、新开广播节目控制模块。

系统通过广播节目时间表数据库生成时间表显示，及时间表循环监测控制按钮，根据时间表对接收机循环下发广播接收频率，并对收测到的广播节目进行实时分析，通过音频电平、频谱、电平差方值等判断广播播出是否正常。此部分为系统提供了自动巡检时间表，亦可手动切换监听频率，为监听监测工作提供了快速设置通道。

监测控制按钮为按钮基类的继承类，包括自定义的开始结束时间参数、周期循环参数、广播频率参数、广播节目参数、广播方向参数和广播设备参数，为广播参数的统一管理提供了方便。类结构如下：

监测控制按钮类

临时变动广播频率可通过新开频率功能，增设新开广播频率部分时间表和快速按钮，并且在临时广播播出结束后，自动关闭临时广播节目的监测。

3.2 音频监测主体

音频监测软件中心主体包括音频数据接收模块、音频数据处理模块、报警提醒及故障记录模块等。

音频数据接收模块通过声卡接收接收机开路接收信号，获取音频数据段送音频处理模块进行数据分析。并且根据音频数据处理模块需求，音频数据接收必须设置必要音频参数，包括采样频率，采样通道，采样位率，以及数据采集块儿，为数据处理模块制定分析数据的大小。通过这些参数确定每次处理音频的时长，音频时长越短数据精度越高，但越费系统资源。因此可以结合系统硬件调整处理时长，达到系统性能最大发挥和数据处理精度的合理使用。同时音频数据接收模块还肩负着把立体声音频数据转化成单声道数据的任务，在监测系统中，立体声道的左右声道数据完全一致，为了简化音频数据处理模块，音频数据接收模块提前去除音频数据中的冗余成分，方便数据直接处理。检测计算机音频设备，实时接收接收机送出的音频信号，并且在接收到音频数据后，触发音频数据处理模块进行数据处理操作。流程图如图1所示。

报警提醒及故障记录模块是系统输出模块，在音频数据处理模块处理确定广播音频确实存在问题时，通过多种方式及时提醒相关人进行处理，同时进行记录，方便用户随时查询。如主界面信息记录区和信息提示窗口。根据音频数据处理模块处理结果，通过视频及声音方式提醒值班员操作信息及发射机故障信息，并把故障信息记入数据库。

提醒模块根据运行图，提前一分钟以声音及窗口方式提醒各项操作，包括广播设备的关机、开机、更换广播频率、更换广播节目等，一分钟后自动关闭，提醒值班员注意监听。

故障提示流程图如图2所示。

操作信息提醒流程图如图3所示。

彩条显示为自定义用户控件。由彩条显示容器、彩条整体显示图片、彩条遮掩组成。根据彩条表示数值，动态调整彩条遮掩，达到彩条指示的动态显示。

由音频数据处理模块提供彩条显示值，实时显示采集到的音频电平状态，达到音频由视频动画显示的美化效果。

音频数据处理模块循环处理音频数据接收模传送的数据，首先根据条件进行音频数据的保存和再回放，其次对音频数据进行音频质量分析。通过算法确定连续播出的广播节目是否存在播出质量上的问题，发现故障及时传递给报警提醒及故障记录模块进行故障报警及记录。

音频数据处理算法分析：

图1 音频接收处理流程

图2 故障提示流程

从监测软件中心主体架构介绍不难看出，监测软件的核心就是音频数据的处理算法，在此系统中，我曾经设计数据均值、实时差方、峰谷监测、频率计算、双音比较等算法，对音频数据进行处理，每一种算法都有它的优缺点，下面我分别介绍各算法的实现过程，通过比较说明，希望能开拓设计人员的新奇思路。

（1）数据均值

顾名思义，通过计算处理数据段数据绝对值均值，进行连贯数据处理，模块对接收到的音频数据按固定字节数分段，对每段进行电平绝对值的和值计算，和值小于最小标定值（通过多次测试获得）时，判定参数加一；否则比较相邻段电平和值的差值，差值小于最小差标定值时，判定参数加一，大于最大标定值时，此时监测音频绝对正常，判定参数赋予零值，处于最大、最小值之间，判定参数减一（判定参数始终不小于零），在监测时间内判定参数未出现零值，则计为监测音频故障，通报报警提醒及故障记录模块。其判定流程如图4所示。

图3 操作信息提醒流程

图4 音频监测数据均值算法流程

此方法的特点是，代码简单直观，预先判定监测数据正常，节省硬件计算资源，分析速度快，通过调整各标定值，软件误判率能控制到很低。缺点是操作复杂，其中各标定值均需通过多次测试获得的结果，标定值的误差直接影响着故障判定的准确度。

卫青，西汉时期的名将，汉武帝第二任皇后卫子夫的弟弟。他奇袭龙城，收复河朔、河套地区，为西汉北部疆域的开拓做出了重大贡献。

（2）实时差方

利用相邻采集样点差方值和值进行判定处理。当差方和值低于标定值时，判定参数进行减一处理，高于阀值时进行加一处理（当高于某一值时不再处理），判定参数小于零时，判定故障，通报报警提醒及故障记录模块。

实时差方算法较数据均值算法更能准且些，判定过程基本相同，预先判定监测数据故障，仅仅是通过差方算法，提高了故障与正常时判定值之间的差值，从而提高了系统的判定精度，方便判定阀值的选定。此处理方式操作也较为复杂。

（3）峰谷监测

利用相邻采集样点监测采样点是否音频信号波峰（或波谷），当相邻波峰、波谷数量差值大于固定值时，进行监测值加一，当监测值大于标定值时，当前音频信号正常；小于标定值，则判为故障，通知报警提醒及故障记录模块。

峰谷监测算法相对较为复杂，需要先在采样数据段监测出波峰波谷数据，然后对数据进行分析，根据声波形状可通过限定波峰波谷数据差值，判定音频是否正常。此处理方式能较好的判定出音频是否播出正常。

（4）频率计算

音频频谱分析法：分析原理基本同上，不同地方是，此分析法不是对电平和值计算，而是首先对音频数据段进行快速傅里叶变换，获得音频数据近似频谱，在对频谱进行加权和值计算，加权和值比较方法同上。同样，各标定值也均通过多次测试获得。此分析法的特点是，分析准确度更高，但由于快速傅里叶变换的存在，使得代码比较复杂、分析速度相对较慢。

（5）双音比较

双音比较法：需要相同节目源输入，对比接收音频与节目源。此方法分析准确度最高，同时可发现错播节目和高噪声的接收音频。此功能根据系统扩展要求，可考虑线路的改进。

4.系统主体运行流程

◆连续从接收机（不断变化接收频率）获取音频数据（广播设备播音正常状态下，每秒钟检测一部设备）；

◆分析音频数据，获取分析数值，并直观彩条显示音频电平；

◆根据分析数值统计停播计数。（明显音频正常，停播计数复位=0）；

◆停播计数不等于0，继续监测此频率；否则，此频率正常，继续下一频率监测（为接收机发送下一监测频率指令，重新开始分析统计判断）；

◆停播计数达标定值，计此频率广播设备故障，继续监听此设备频率；

◆监听频率播音正常后，继续监测下一在播频率。

◆提示系统跟主系统（监听监测）同时进行，互不干扰，流程如上流程图。

此监测辅助系统，在我台机房经历了多年的实践考验，运行非常可靠，曾多次对广播发射设备播出异态给予及时提醒，为质量保证系统提供有力辅助。此系统在我台安全传输发射中有良好的表现，已经成为大家值班操作不可或缺的手段和助手，大大减轻了播出监测对人的依靠性，堵塞了许多安全漏洞，对我台安全传输发射工作起到了非常大的推动和保障作用。