邓晓东

【摘要】调频广播的播出质量及安全播出一直是社会关注的问题。为了在传输和播出调频广播信号的过程中能够实时监听监测到空收信号的内容和信源的内容是否一致，避免信号因自然环境、非法干扰、设备故障的影响，造成停播、错播、非法插播、劣播等故障，龙岩市发射台使用了音频比对系统来解决这一系列问题。笔者发现，该系统可对同一频点的各路信源、中间传输和切换环节、发射端环节和远端接收环节之间音频信号的内容实时比对，及时发现信号中的问题，减轻机房值班人员的强度，提高调频广播安全播出的可靠性。

【关键词】音频比对;劣播;错播;监测报警

中图分类号：TN94                 文献标识码：A               文章编号：1673-0348（2020）016-028-05

The Role of Audio Comparison System in FM Broadcasting

Deng Xiaodong

（Radio and Television Transmitting Station， Longyan City， Fujian Province， 364000）

Abstract： The quality and safety of FM broadcasting has always been a concern of the society. In order to monitor whether the content of the radio signal is consistent with the content of the source in real time during the transmission and broadcast of the FM broadcast signal， and to avoid the failure of the signal caused by natural environment， illegal interference and equipment failure， such as stop broadcasting， wrong broadcasting， illegal insertion and poor broadcasting， Longyan transmitting station uses audio comparison system to solve this series of problems. The author found that the system can compare the contents of audio signals between various sources， intermediate transmission and switching links， transmitting end links and remote receiving links at the same frequency point in real time， find out the problems in the signals in time， reduce the strength of the personnel on duty in the computer room， and improve the reliability of safe broadcasting of FM radio.

Key words： audio comparison; Bad broadcasting; Misbroadcast; Monitoring alarm

隨着这几年广播电视事业的飞速发展，车辆保有量的剧增，人们日常开车出行越来越离不开广播，调频广播的位置也越来越重要。因此，市民百姓与相关部门对广播信号的传输质量、播出质量和播出内容的安全性要求也越来越高。

目前，龙岩市发射台共有三个播出机房，均有播出调频广播的任务，有部分节目播出内容一致但使用了不同的频点，同一播出节目使用了多路信源，有卫星、微波和光纤的，且传输链路较复杂。先前我台曾投入使用智能化监控管理平台和一套专门用于调频广播播出监测的系统，但这两个系统均无法对错播、非法插播和劣播进行甄别，已不能满足调频广播内容安全播出的需求。因此，我们认为：音频信号内容比对对我们的安全播出尤为重要，能对所有的信号及相对应的播出节目进行比对监测保证播出正常且内容一致，一旦有异常情况能自动实时报警。这就需要我们组建一个全台性的音频比对系统，从而减轻机房值班人员的强度，保障广播安全播出。

2018年10月，我台组建了这一套音频比对系统，是针对我台三个机房所有调频广播信源和相对应的空收信号进行节目内容比对的监测和预警。经过这几年的调试运行，取得了较好的效果。

1. 比对系统实现的功能和原理：

1.1 系统实现的功能：

同时进行多组多路信号的比对和监测，能实时对同一组节目的任意两个信号进行比对。比对系统能解决时延的影响，做到延时后的信号与信源进行比对。比对系统能准确判断出错播、非法插播和劣播引起的内容不一致。比对界面支持柱形图、波形图、频谱图、相似度曲线图以及对应的各参数展现。出现异常时能智能化语音即时报警，并将信息即时推送到手机APP，提醒管理人员和值班人员。比对系统能对所有监测的信号进行全时录制，也能对各类故障进行录制并进行区分，以方便日后查询。

1.2 系统比对原理：

参与比对的多路音频信号通过不同的路由路径抵达监测报警服务器时，都会有一定的时延，先要对音频时域中的音频时延进行同步定位，再通过音频频域特征值的提取和比对算法进行比对。因此系统是通过音频时域算法和频域算法相结合的技术来实现音频比对，同时计算出各路信号的相对信噪比。

1.2.1 音频时延同步定位

音频时延同步点的定位，是通过音频时域中的相关性查找算法实现的。把标准信号的波形图作为一个标准图形，在比对信号的波形图上截取一个片段，然后和标准信号的波形图进行比较，看看在哪个时间点上两个信号波形的片段重合，再通过这两个片段来确定音频比对窗和音频帧的大小和时长，用三级时延同步点搜索定位算法，实现由粗到精逐步寻找到最佳时延同步点。（如图1）

1.2.2 音频频域特征值提取和比对以及报警

在精确的找到了两路音频时延同步点后，再观察它们的频谱图，通过频域上的比对的两组频谱图来查找两组图最高能量的频点以及该频点的位置（如图2）。由于自然环境干扰等偶然因素的影响，两路内容相同的音频最高能量点的频率偶尔会有偏差，但很快又能趋于一致;反之，两路内容不同的音频其频谱上最高能量的频点差异会很大，很难保持一致。系统将自动计算最高频点的的频率差来判断内容是否一致，并依据设置的报警门限决定是否发出报警提醒值班人员。

2. 龙岩市发射台比对系统组建

图3是整个比对系统组成框图，由信源、空收信号、监测报警服务器、APP报警服务器和监测报警客户端以及传输网络组成。

2.1 信源和空收信号及传输部分：

信源和空收信号及传输部分如图4。

2.1.1 信源及传输：

在信源方面，我台三个机房根据各组信源不同的来源路径组建了各机房单独的信源系统，并通过我台内部的微波网和光纤网环形传输实现三个机房广播信源互备。根据信号的不同传输路径分为卫星、微波和光纤信号，将这些不同路径的信源送入码流机，一路去解码器再经过切换后去发射机，另外一路将所有信源复用成一个TS流，通过IP-ASI适配器转换成IP流，最后通过传输网络将信号推送到监测报警服务器，提供给比对系统使用。

2.1.2 空收信号及传输：

在空收信号监测点的选择方面，通过我们的空收信号的测试情况，结合信号传输的便利性，我们把监测点设置在了我台办公点所在的中心机房，便于各信号的传输，也方便我们管理人员能及时掌握各机房的播出情况。通过接收天线和解调监听编码器将所有空收信号进行解调并重新编码复用成TS流，通过内部传输网络将空收信号推送至监测报警服务器，将各信号提供给比对系统使用。

2.2 监测报警服务器系统：

所有参与比对的信号通过IP流推送到比对系统监测报警服务器后，根据不同的信号进行分组和分类别，在系统的主界面中通过动态柱图实现可视化监听监看，当信号中断时相对应的音柱图自动闪烁并报警，让值班人员实时掌握各信号的情况，如图5：

在比对分界面中参与比对的信号是通过波形图、频谱图、相似度曲线图和相对信噪比曲线图直观展现，同时在这些图形中也显示了各项参数，当某一组比对信号比对信号出现异常时自动切换到相对应的比对界面并闪烁报警，极大得方便值班人员了解各信源的质量。如图6。

2.3 APP报警服务器系统：

利用互联网及移动通讯技术，我们在监测报警服务器系统的基础上增加了一套APP报警服务器系统，通过与监测报警服务器系统的实时对接，一旦信号有异常，马上通过系统向装有手机APP软件的手机实时推送报警信息，方便我们及时掌握信号播出情况，出现状况时能及时应对以保证安全优质播出。下图是APP报警界面：

2.4 监测报警客户端系统：

该系统可便于值班人员也能及时掌握各机房的信号情况，实现我台三个机房之间的互补监测。我们在三个机房和集中点测点的中心机房同时建立了监测报警客户端系统，界面和服务器端一致。监测报警客户端系统通过传输网络实时与监测报警服务器系统进行数据对接，接收服务器端推送的码流信号和报警信息，并在相对应的界面中显示。在监测报警客户端系统里，各机房也可以根据本机房的信源情况单独来配置信源系统。但所有空收信号由集中监测点的监测报警服务器系统统一推送。这样每个机房可以单独监测自己机房的信源系统。同时也监测三个机房的空收信号，实现互补监测，大大减轻了值班人员的工作强度。

3. 比对系统的调试和运行效果：

3.1 比对系统的调试：

初期调试时，我们采用了相似度比对的方式，先是音频时延同步定位，通过比对信号的波形图，将音频比对转化为了音频包络图形的相似度比對问题，采用多维向量夹角余弦作为相似度的算法进行比对。结果发现，采用这种比对方法存在不少缺陷，在当时的调试中，我们发现当配置相似度百分比告警门限的时候出现了困难，当我们门限设置为85%时，系统错误告警频繁;当门限设置为75%-80%时，几乎不告警;当送两路不一样的节目测试时，相似度基本接近甚至超过80%，而两路一样且不同路径的信号，基本在85%以上，有时又会持续低于85%甚至更低。基于这种无法正确判断信号内容是否一致的情况，后来我们改变了比对算法，在音频时域中时延同步定位后，在音频频域中提取特征值进行计算比对，每一次比对取比对信号的特征值，再计算特征值的频率差。

在我们实际系统调试中，除了根据我台的实际情况配置相应的技术参数和告警门限，最主要的是比对告警门限，比对系统默认的告警门限频点差6Hz（3X 1.9Hz≈6Hz），出现的次数是3次，时间范围是6秒内。如图8：

我们观察了一段时间，这样的门限配置还是会出现偶尔错误的告警提示。经过我们多次的调测和试验，我们把告警门限频点差设为10Hz，出现的次数是5次，时间范围是10秒内。经过长时间的观察和调试，几乎不再出现错误的告警信息，输入不一样的信号比对测试时准确的出现了报警提示信息，调试取得了初步的成功！

在系统的调试和运行中，我们也认真观察了波形图、频谱图和相似度曲线图的各种变化，总结出了一套可以参考的数值，如下表：

序号 信号类型 信噪比（dB） 相似度（%）

1 完全相同的两路信号 65dB以上 平均95%以上

2 不同传输路径的同一套节目信号 60dB以上 平均90%以上

3 信源与空收信号 50dB -60dB 平均85%以上

4 不同的两路信号 50dB以下 75%-80%

结合以上的数值加上两组频谱图特征值的观察也可以判断参与比对的信号内容是否一致。

3.2 比对系统的运行效果

到目前，比对系统已部署运行了将近两年的时间，我们统计了这两年中系统提示的各种错播、插播、劣播等故障数据，再结合实际的故障，我们对整个比对系统的工作状态与运行效果有比较深入的了解与掌握。

3.2.1 在防错播方面：

在2018年比对系统刚部署好不久，我台高山机房就出现一次错播故障，当时一路调频广播主信源的解码设备电源故障更换备用解码器，值班人员在调整解码器的输出信号时，错误的将输出信号调整为另外一个频点的节目信源，造成该频点的空收信号和另外一个频点的空收信号一样，出现错播。比对系统在出现错播故障30秒后开始报警提示，值班人员监听了空收信号后切换至备路信源播出，调整该解码器的输出信号后恢复正常。通过比对系统短时间内发现并及时地排除了一起错播故障。如图9所示：当时主路信源和备路信源比对的波形图、频谱图和相似度曲线图，图中显示，两路信号时延同步困难，两张频谱图差异较大，特征值也差异大。在各项参数均低于门限时，系统及时发出报警提醒了值班人员。

2019年，我台出现一次同时停播和错播的事件，由于广播电台前端设备故障，导致传送到我台的几路信源都只有单声道，比对系统进行了立体声故障报警，三个机房只有一个机房正常，另外两个机房一个错播一个无声停播，停播和错播时长约1分钟，值班人员及时采取应对措施并通知电台技术值班。事后值班人员对出现的故障进行排查，错播的原因是切换器的单声道规则设置错误，造成切换器垫播国歌，停播的原因是机房的主解码器输出设置为左声道输出，而电台信源刚好就是左声道故障。另外一个正常播出的机房，值班人员也检查了下，发现进切换器的信号线都接在主解码器的右声道输出，造成播出正常的假象。通过比对系统的报警及时提醒值班人员，也促进了对机房信源系统的隐患的排除。

3.2.2 在防同频干扰方面：

“黑广播”事件这几年时有发生，非法同频干扰不但干扰了正常调频广播频点的播出，也给对国家、对社会产生了不良影响。“黑广播”的非法广告，给老百姓造成了巨大的经济损失，非法的药品广告甚至严重危害了老百姓的身体健康。

在2019年的一个早上，我们收到了比对系统的一条APP推送，某个频点信源与空收信号的比对告警，我们及时打开收音机收听了这个频点，这个频点的节目播出正常。同时比对系统客户端的报警也提醒了值班人员，他们监听了比对系统的信源和空收信号，发现两个信号内容不一致，但在机房端收听收测都正常。30分钟后信号恢复正常。我们认真监听了故障录音，发现这段故障录音的内容基本都是广告。我们结合集中监测点附近都是老百姓平时晨练场所的实际情况，最终分析判断附近应该有小功率的调频发射机，利用我们在播的频点插播非法广告。我们联系了无委会并提供了相关录音材料，后来在监测点附近的高楼上查获了一个非法电台，排除了对我们正常播出频点的干扰，也避免了老百姓因非法广告引起经济损失和身体危害。

3.2.3 在防劣播方面：

今年年初，手机上一条由比对系统APP推送的消息引起了我们注意，这是半个月来这个频点第三次通过APP推送一样的报警内容，都是信源与空收信号比对出现错误。我们认真听取了这三次故障报警录音，发现三次录音内容里面空收信号的声音都出现了卡顿现象而信源正常，我们对故障进行了排查，原因是由于主解码器电源故障引起，处理后再未出现卡顿故障。由于比对系统信源的采集端是和主解码器的输入端同一ASI分配器出来的，而比对系统的信源端正常，因此通过比对系统可以很好判断故障点和具体位置。

2019还发生了一起因发射机播出功率变化引起的劣播事件，故障的起因是一个机房的空收信号出现异常，比对系统信源与该路空收信号比对时出现报警，但等值班人员监听该节目时，报警自动恢复。后来，我们监听了故障录音发现录制的音频音质较差有较大的杂音，系统在短时间内出现了多次报警，但很快又恢复正常。值班人员在观察发射机工作状态时发现输出功率和反射功率都在大幅度变化，输出功率变化范围在750W-1000W之间（发射机正常播出功率是1000W），当发射机的输出功率低于800W时系统触发报警，检查了发射机各个连接处，发现发射机与多工器连接处的硬馈管发烫厉害。拆開馈管与多工器的连接处检查，发现插芯有烧黑的痕迹，处理后恢复正常。周二下午检修的时候，我们通过调整发射机的输出功率对比对系统的影响进行了测试，我们发现发射机输出功率800W是远端接收的一个临界点，当发射机功率低于800W时，接收效果变差，比对系统报警。由此我们可以通过比对系统来分析发射机的播出功率是否正常，以及后置的多工器和天馈线系统是否工作正常。

4. 结束语

音频比对系统的建立对构建广播电视安全优质播出系统有着重要而显著的作用，系统建成以来，在减少值班人员的工作强度的同时也极大地保证了播出安全，实现我台三个机房之间的互补监测，有效防止因设备故障引起的停播、错播、劣播和对调频空收信号的非法干扰，使得安全播出水平由技术安全向内容安全迈进了一大步。未来我们将继续挖掘比对系统的各项潜力，完善APP报警系统的功能，通过比对系统的对外接口的扩展与切换系统对接，当信源出现异常时可及时切换防止出现错播，通过比对系统的对外接口的扩展与智能化监控监测平台对接，可将各项报警信息推送到平台实现集中管理。让调频广播安全播出得到越来越可靠的保障。

参考文献：

[1]江文庭.梧桐山发射台音频比对系统[J].西部广播电视，2019（03）.

[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，2018，45（04）.

[3]陈玉吉，叶远，李曼.音频比对系统在广西电台的应用[J].西部广播电视，2017（12）.