基于云平台的音频分时比对系统设计.pdf

电视技术第47 卷第2 期（总第56 7 期191eering，2 0 2 3，47（6）：19 1-19 5.+A1511nPERVISION&TESTINGideoEngineering监管与检测平合的音频分时比对系统设计 J.电视技术，2 0 2 3，47（6）：19 1-19 5GAO H.Design of audio time-sharing comparison system based on cloud platformJ.Video Engin中图分类号：TN931.3文献标识码：ADOI:10.16280/j.videoe.2023.06.049基于云平台的音频分时比对系统设计高晖（济南广播电视台发射中心，山东济南250102)摘要：介绍济南广播电视台隧道调频广播覆盖系统部署情况，在不改变现有隧道调频广播覆盖监控系统及传输链路前提下，为了提升隧道调频广播的安全级别，提出一种基于云平台部署音频分时比对系统的设计方案。通过引入音频分时比对技术，能够对隧道调频覆盖系统播出过程中的信号进行监测、比对和预警，及时发现异常信号，可以有效地提高隧道调频广播的播出质量和安全性。关键词：隧道调频广播延伸覆盖；安全播出；音频分时比对；云平台部署；故障报警推送Design of Audio Time-Sharing Comparison System Based on Cloud PlatformGAO Hui(Jinan Radio and TV Station radio transmission enter,Jinan 250102,China)Abstract:This paper introduces the deployment of tunnel FM broadcasting coverage system at Jinan radio and television station.Without changing the existing tunnel FM broadcasting coverage monitoring system and transmission link,in order to improve thesecurity level of tunnel FM broadcasting,a design scheme for deploying audio time-sharing comparison system based on cloud platformis proposed.By introducing the audio time-sharing comparison technology,it can monitor,compare and warn the signals in the broadcastprocess of the tunnel FM coverage system,find abnormal signals in time,and effectively improve the broadcast quality and safety of thetunnel FM broadcasting.Keywords:tunnel FM broadcast extension coverage;safe broadcast;audio time-sharing comparison;cloud platform deployment;faultalarm push0引言调频广播作为一种广泛应用的信息传播方式，具有传播效果好、传播速度快、传播范围广等特点，可使得音乐、信息、文化服务能够快速传递到更多人群当中。调频广播覆盖作为一种音乐、信息、文化高效传播方式，为司乘人员提供丰盛多彩的文化享受。这不仅可以展示城市的文化和形象，还可以提升城市的知名度和美誉度，推动城市经济和文化产业的发展。然而，隧道是调频广播信号的覆盖盲区，因此，隧道调频广播覆盖建设成为发展城市经济和文化产业的重要平台，同时也是提升城市文化水平、推动城市文化发展、提高城市竞争力的重要手段。隧道调频广播覆盖系统的建设，不仅能够满足司乘人员的文化需求，还能够为城市的经济和文化发展注人新的动力，进一步提高城市的综合竞争力和吸引力。然而，隧道调频广播覆盖系统存在信号节点多、分布广的特点，这为安全播出监管带来了极大的挑战。为保证隧道调频广播安全播出，本文采用一种基于云平台部署的音频分时比对系统，及时发现插播、错播、劣播和无音频播出等发射问题，及时发现异常信号并进行预警和处理，满足广播电视安全播出相关要求，降低隧道调频广播覆盖的运维成本，作者简介：高晖（19 6 8 一），男，本科，工程师，研究方向为调频广播与覆盖。电视技术第47 卷第6 期（总第57 1期）192ideoEngineerinS监管与检测OUPERVISION&TESTING监管与检测提升隧道调频广播覆盖的安全播出监管工作效率。1现有监控系统对音频监测的局限性目前，济南广播电视台已经建立了隧道调频覆盖监控系统平台，值班员可以通过该平台查看隧道调频广播系统内远端机的运行状态和参数等信息，接收回来的广播节目信号场强、信噪比等参数，从而及时发现隧道调频广播播出过程中出现的信号中断问题 2 。但是，目前对音频节目内容的监听监测，主要还是通过值班人员进行人工监听判断。值班员在值班工作期间，不但要对隧道调频覆盖系统内传输设备的运行状态进行查看，还要集中精力对系统内数量多达7 7 台的远端机广播节目信号进行手动监听监测，不仅工作压力大、容易疲劳，而且人工监听消耗大量的人力和时间。节目内容的人工收听监听监测以及判断，不但容易出现对错误信号发现不及时或误判等问题，而且监测范围和频率也有一定的限制，需要在监测人员的专业水平和经验等方面加强管理和控制。2音频比对系统中比对数量和计算资源矛盾音频比对是一种音频分析和处理技术，可以对标准音频和被检测音频进行一致性分析并给出量化结果。音频比对系统为了准确进行信号比对，需要对被监测音频的采样数据和标准音频的采样数据一一进行比对 3。然而在音频比对系统中，比对数量与计算资源之间的矛盾是一个普遍存在的问题。随着比对数量的增加，需要消耗的计算资源也相应增加。而计算资源的限制可能会导致系统无法对大量的音频进行比对。济南广播电视台隧道调频广播系统已建设完成15条隧道，总覆盖长度接近6 0 km。隧道调频广播覆盖系统信号节点多，远端机数量多达7 7 台。按照济南市广播电视台每台远端机播出6 套节目比对来计算，音频比对系统要求计算的运算量为786=468路。如此大的计算资源，只能通过增加资金投人，增加服务器的数量或者使用更加高性能的计算机设备来满足比对需求。基于云平台部署的音频分时比对方案在隧道调频广播系统中引人基于云平台部署的音频分时比对技术，不仅可以有效地解决音频比对系统中比对数量和计算资源之间的矛盾，还可以作为现有监控系统的功能补充，从而发现插播、错播、劣播和无音频播出等多种播出事故，提高播出的安全性和可靠性。为了实现这一目的，建设基于云平台部署的音频分时比对系统，应具备以下技术特点。（1）分时比对和定时比对功能。系统可以根据需要设置分时比对和定时比对，对节目呼号、台标识别段音频进行比对，并提高比对准确性。(2)解决时延影响。系统能够针对不同延时信号和音频源信号进行比对，保证比对的准确性和及时性。（3）智能算法。系统采用智能算法，能够根据使用情况自动调整性能，提高比对效率和准确性。(4)准确判断内容不一致情况。系统能够准确判断内容的不一致，包括插播、错播、劣播等原因造成的内容不一致。（5）低漏检率和误检率。系统能够尽可能减少漏报和误报的情况，保证比对报警的准确性和实时性。（6）自动报警和微信推送功能。系统具备自动报警和微信推送功能，方便值班人员及时发现和处理故障。（7)低成本、低维护及自动化。系统与现有监控系统融合、互补，在不改变现有隧道广播监控系统及传输链路的情况下，能够以低成本、低维护及自动化的方式完成音频分时比对任务，保障安全播出工作。在实现音频分时比对技术的过程中，选择有效的音频比对算法非常关键，主要工作包括建立一套符合声音特征的数据分析算法，从音频信号中提取声音特征参数进行分析，比对出两个音频内容的一致程度，以确定两个音频信号在时序上的一致性和真实性。3.1基于云平台的音频分时比对系统设计基于云平台的音频分时比对系统方案，通过现有隧道调频广播覆盖监控系统IP传输链路来实现。济南广播电视台隧道调频广播覆盖系统远端机内置FM监听模块，能够实现对FM信号的监测和解调，将音频实时压缩并回传，上传至隧道广播覆盖监控系统云平台，完成对远端机发射信号的监听和监测。电视技术第47 卷第2 期（总第56 7 期）193ideo EngineeringSu监管与检测UPERVISION&TESTING音频分时比对系统通过1套0 OH11音频监听网关采集信源音频，基于音频特征参数的音频内容与各个远端机FM空收和解调后的音频进行分时比对和定时比对，并自动报警，通过微信服务推送量化的比对结果。基于云平台的音频分时比对系统设计方案如图1所示。石房峪山隧道广播前端阿里云平台部署监控系统远端机#1远端机#2IP链路远端机#N交换机#1FM空收和解调FM空收和解调FM空收和解调音频分时比对系统石房峪山隧道微信服务平台远端机#1远端机#2远端机#NFM空收和解调FM空收和解调FM空收和解调总控前端企业管理路由器老虎洞山隧道黄河大道隧道广播前端OH11远端机#1远端机#2远端机#N核心管理交换机IP链路交换机#2音频监听网关FM空收和解调FM空收和解调FM空收和解调黄河大道_ 体育段隧道信源采集远端机#1远端机#2远端机#NFM空收和解调FM空收和解调FM空收和解调黄河大道_ 会展段隧道其他隧道广播前端远端机#1远端机#2远端机#IP链路交换机#FM空收和解调FM空收和解调FM空收和解调隧道及远端机隧道调频广播监控终端音频内容比对系统终端图1基于云平台部署音频分时比对方案通过该方案，可以实现对隧道调频广播覆盖系统的全面监测和比对，提高隧道调频广播的播出质量和安全性。同时，该方案还能够提供详细的比对日志和比对报警记录，方便用户进行后续的分析和处理，提高比对效率和准确性，符合国家广播电视总局的安全播出细则要求。3.2音频分时比对系统流程音频分时比对系统通过信源采集音频特征参数与被监测音频的特征参数比对，生成比对结果、相似度比对结果。信源音频与被监测的音频是通过云平台上的音频分时比对系统提取特征参数并进行延时补偿和自动化比对。音频比对算法采用了基于支持向量机（SupportVectorMachine，S V M）的机器学习算法对音频比对模型进行优化，使之能够根据节目内容进行比对模型参数的自我调节，从而到达自适应提高算法性能的目的。如图2 所示，音频分时比对方案的总体框架包括以下几个主要组成部分。（1）O H 11音频监听网关。OH11音频监听网关完成信源音频的采集和上传。OH11音频监听网关能够从多个信源采集音频数据，将采集到的音频数据上传到音频分时比对系统中进行分析和处理（2）隧道调频覆盖系统内远端机。远端机完成FM信号监测与解调后音频实时压缩、实时回传、上传。远端机能够对FM信号进行监测和解调，将解调后的音频信号进行实时压缩和回传，上传到音频分时比对系统中进行分析和处理基于云平台部署基于SVM的音频比对系统比对方案机器学习算法信源采集异常样本音频比对特征参数比对结果FM音频音频相似度特征参数百分比延时补偿量化结果微信推送一致性比对结果OH11远端机#1核心管理交换机音频监听网关FM空收和解调信源采集远端机#NFM空收和解调图2基于云平台部署音频分时比对系统算法（3）音频分时比对系统。音频分时比对系统完成信源音频特征参数的实时分析和提取，对远端机上传的音频数据进行分析和处理。该系统采用智能电视技术第47 卷第6 期（总第57 1期）194ideoEnginerringS监管与检测OUPERVISION&TESTING监管与检测算法，能够根据使用情况自动调整性能，提高比对效率和准确性。（4）比对分析算法。音频分时比对系统中的比对分析算法是实现音频分时比对的核心部分。该算法能够从音频信号中提取声音特征参数进行分析，比对出两个音频内容的一致程度，将延时后信号恢复到原始的时间点，从而确定两个音频信号在时序上一致，为同一信号。基于云平台的音频分时比对算法可以实现对济南广播电视台隧道调频覆盖系统内各远端机的空收监测音频的分时比对、定时比对。比对量化结果自动报警，及时发现异常信号，从而降低播出故障率，提高安全播出的可靠性。系统通过微信服务将比对结果推送至值班员和维修维护人员，提醒值班人员和维修维护人员及时发现信号异常，能够减少播出一线值班人员的值班压力，为安全播出提供有力的技术保障3.3与现有监控系统的融合互补济南市广播电视台隧道调频覆盖系统已全部接入云平台部署的济南隧道广播覆盖监控系统。基于云平台部署的音频分时比对系统，与现有监控系统进行监测互补，是对原有监控系统的补充和完善，能够更好地监测和管理隧道调频广播覆盖系统。基于云平台的音频分时比对系统的投入使用，不仅让济南隧道广播覆盖监控系统的功能更加完善，而且减轻了播出一线值班人员的值班压力，降低了人为误判的故障率,并缩短了故障处理的时间，保障了安全播出工作的顺利进行。基于云平台部署的音频分时比对系统是对现有隧道调频广播覆盖监控系统的完善和补充，能够提高监测和管理的效率和准确性，保障隧道调频广播的安全播出工作。4基于云平台音频分时比对系统成效基于云平台的音频分时比对系统，可以通过参数设置实现隧道调频广播覆盖系统内各远端机的分时比对方案和定时比对方案。可设置的参数包括比对时间间隔、音频采集时长、节目名称、节目频率、报警内容和音频源选择，以及报警推送提示方式和推送人员 4-5在比对过程中，系统将对参与比对任务的记录进行比对日志记录，并对参与比对任务异常的报警信息进行比对报警记录，同时推送报警内容。此外，系统还将提供详细的比对结果，包括比对结果、相似度等任务记录，以方便用户进行分析和处理。通过以上设置和记录，音频分时比对系统能够实现对隧道调频广播覆盖系统内各远端机的精确比对，发现并记录异常信号，保证隧道调频广播覆盖系统的安全、稳定运行。同时，该系统还能够提供详细的比对日志和比对报警记录，方便用户进行后续的分析和处理，提高比对效率和准确性，如图3所示。5结语隧道调频广播覆盖是一个系统性工程，作为现有调频广播的覆盖延伸，拓展了现有调频广播的覆盖范围。本方案在现有传输链路不变的情况下，利用隧道调频广播覆盖系统内远端机FM空收和解调智和云实时监测历史记录站点蓝理用户管理音频比对自动倒换定时操作OHCLOUD节点设爸第户梦数配比对的间：馆比对开始时间比对结来时间比对任劳编号音源点站比对微赖站点比对结果总体内容相似摄操作比对日志672019-08-0218:10:002019-08-0218:19:11AC2019080218100000980SFY-Z-02LHS-00297.37%682019-08-0217:18:002019-08-0217:21:36AC2019080217180000491SFY-2-01JSQ-00150.35%比对服路692019-08-02 17:10:002019-08-0217:12:45AC2019080217100000969SFY-Z-02LHS-00222.07%702019-08-0216:10:002019-08-0216:12:15AC2019080216100001466SFY-Z-02HS-00241.22%712019-08-02.14:18:002019-08-0214:20:13AC201908021418000523SFY-Z-01JSQ-00189.32%722019-08-0214;10:002019-08-0214:13:47AC201908021410000768SFY-Z-02LHS-002不配12.02%732019-08-0213:18:002019-08-0213:41:58AC2019080213180000575SFY-z-01JSQ-00155.76%742019-08-0212:10:002019-08-0212:13:39AC2019080212100000865SFY-Z-02LHS-00296.89%752019-08-0211:18:002019-08-0211:19:54AC2019080211180000732SFY-Z-01JSQ-00180.53%762019-08-0211:10:002019-08-0211:17:46AC2019080211100001173SFY-2-02LHS-00222.47%772019-08-02 10:18:002019-08-0210:41:22AC2019060210180001369SFY-Z-01JSQ-00184.08%782019-06-0210:10:002019-08-0210:13:58AC2019080210100000851SFY-2-02LHS-00293.5.3%792019-08-0209:18:002019-08-0209:21:07AC2019080209180000756SFY-Z-01JSQ-00167.81%802019-03-0209:10:002019-08-02 09:13:06AC2019080209100001081SFY-Z-02LHS-00295.59%虚示第6 1到屏8 0 条记观，总井1457 张记映每页型示20-图3基于云平台部署音频分时比对系统成效展示电视技术第47 卷第2 期（总第56 7 期195编辑：张玉聪(上接第19 0 页）编辑：张玉聪PERVISION&TESTING电视技量ideoEngineering监管与检测后的音频，建设一套基于云平台部署音频分时比对系统，进行音频内容的比对分析，与原有系统融合、互补。这将能够保证隧道调频广播信号的“高质量、不间断、既经济、又安全”，并保障隧道调频广播覆盖系统的安全、稳定运行。本文基于济南广播电视台隧道调频覆盖情况，对隧道调频广播覆盖的安全播出方案进行了分析和比较，提出了基于云平台部署的音频分时比对安全性方案。采用该方案，可以增加信号内容的检测，及时发现异常信号，有效防止非法信号插播和错播事故，确保安全播出。此外，该方案还能提升隧道调频覆盖系统安全播出的安全等级，降低隧道调频广播中信号源的建设和使用成本，通过科学的方案设计与有效的远程监控系统融合、互补，进一步提升隧纵向信号链路的信号质量分析可以采用峰值信噪比（Peak Signal toNoiseRatio，PS NR）、结构相似性（Structural Similarity，S S I M）、延时测量、内容比对等多种技术分析手段。其中，峰值信噪比PSNR、结构相似性SSIM可以对两路信号的视频画面内容进行量化的差值比对，比如，取自末级切换器和回传信号两两计算，就可以得到经过传输回传环节信号质量下降的情况。延时测量可以对末级到编码器输出、编码到回传之间的时间差等进行数据量化，可以作为评估编码器与传输系统运行状态的关键技术指标，通常应保持在某个数值内，如果波动突然变大则说明存在异常。内容比对是指比对回传信号与频道PGM播出信号是否一致 ，防止出现信号被篡改或回传异常情况。两个信号存在时间差，需要监测评估软件内部具有较大的视频缓存队列，且具有高效的视频同步查找算法，这是监测评估软件需要解决的问题3结语通过对播出机房信号监看上下游关键业务环节的分析，本文主要讨论了如何减轻信号监测工作对值班人员的高度依赖，以及增加对信号质量的自动化监测环节，讨论了关键业务环节如播出系统控制软件、文件准备、信号准备、末级信号输出等可能的优化措施和方法，提出了从节目文件与信号源头抓起，在播出过程中及时管控，在末端设置信号保道调频广播覆盖系统的可用性、可靠性和安全性。参考文献：1李晓辉.音频比对技术在安全播出中的发展与应用 .新媒体研究，2 0 16,2（2 1）：41-42.2 刘春江.基于音频信号比对的无线广播节目智能监测系统 J.广播与电视技术，2 0 18，45（4）：10 0-10 4.3 郑朝晖.隧道调频广播覆盖系统信号源安全方案 J.广播与电视技术，2 0 18，45（7）：10 2-10 5.4何连成.广播电视信号隧道覆盖的信号源方案分析与思考 .中国传媒科技，2 0 13，（2：131-132.5张泳，浙江省高速隧道调频广播覆盖工程的实践 .电声技术,2 0 15,39(11):9-12.护自动化，提供纵向信号链路监测自动化多种方法，希望能够为电视播出系统的设计和升级改造提供新的思路。当前，人工智能技术发展迅速。在节目内容生产、播出内容分发领域引入人工智能算法，将会有更多的应用落地。参考文献：1The Society of Motion Picture and Television Engineers.Professional Media Over Managed IP Networks:SystemTiming and Definitions:SMPTE ST 2110-10:2017EB/OL.2023-05-06.https:/ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=8165974&ref=.2 Alliance for IP Media Solutions.Essential considerations forlive content production and broadcastEB/0L.2023-05-06.https:/ipshowcase.org/wp-content/uploads/2018/04/AIMS-Updated-Guidelines-for-IP-0402108.pdf.3 蒋进.基于数据链的播出一致性比对和应急系统 .广播与电视技术，2 0 2 2，49（1）：110-115.4The Society of Motion Picture and Television Engineers.Professional Media Over Managed IP Networks:Uncompressed Active Video:SMPTE ST 2110-20:2017EB/OL.2023-05-06.https:/ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=8167389&ref=.5马彪.电视台播出监测系统设计与实现 .中国传媒科技，2019(6):105-107.