关键词： 音频
音频比对系统（精选四篇）
音频比对系统 篇1
广东卫星地球站 (以下简称“我站”) 自行研发的音频比对系统的原理是两个相关联的音频信号通过功率谱的比对, 通过计算机的分析运算, 计算出两个信号的相似度, 如相似度超出门限值, 系统作出报警。
音频比对系统是我站实现自动化监测的重要手段之一, 在实际使用当中, 为包括非法插播在内的卫星传输信道干扰、设备故障等提供及时报警, 在安全播出中发挥了重要作用。
随着广播电视卫星传输业务蓬勃发展, 广东卫星地球站的规模也不断扩大, 现有的音频比对系统可监测12套广播音频信号和48套电视伴音信号, 但不能承担所有广播信号的监测任务。鉴于以上情况, 卫星地球站拟对音频比对监测系统进行扩容改造。
1改造方案设计目标
1.功能设计
新系统在原系统的基础上应实现更强大的功能, 符合地球站目前实际需求, 具体在以下几个方面进行设计思考:
1) 监测节点覆盖面:在原有监测系统基础上, 增加监测节点, 监测更多的广播和卫视节目。
2) 监控程序界面和操作:显示直观简洁, 一个关联组里的音柱可设置相同的颜色, 更符合值班员的监看习惯;值班员可切换到任一路音频信号, 监听该频道声音内容;通过IP网络, 可以在远程客户端实时监控, 显示所有频道音频音柱等播出参数, 并对系统进行相关的设置;开发android操作系统应用程序实现手机远程监控。
3) 实时监测报警功能:采用新音频压缩标准;包括相关联的音频信号功率谱比对报警、静音的延时报警、无载波报警 (适合地面调频发射) , 时段报警等功能;支持多种报警方式:语音报警、图像边框和标题变为红色等, 并支持GSM短信报警。
4) 文件管理功能:系统具备更丰富的数据管理功能, 如音频的录制、保存, 并通过各种检索方式查询及回放。
2.无缝连接
新旧系统应无缝连接。从地球站整体设计考虑, 在原有音频比对系统的基础上进行扩容改造, 保证设备的兼容性、技术的通用性, 并节省大量资金。
3.升级空间
预留充分扩展升级空间。在满足现有需求的前提下, 系统在改造设计时应考虑到可扩展性, 在技术上预留充分的发展空间, 保证系统在未来的几年内按发展的需求, 如上行编码方式改变、节目数量增加、分机房建立等, 持续升级与扩展, 满足不断提升的监测要求, 并保持较先进的性能。
2扩容改造后的系统特点与实现
1.监测节点多
在原有监测系统基础上, 新增了39个广播监测节点, 监测的音频信号从原来72路扩展到200路, 基本覆盖本站包括各路信号源在内的所有上下行广播卫视信号。图1为系统框图, 新增板块为红色区域。
2.可靠性高
新系统音频比对采样频率 (16k Hz) 更高, 能够准确捕捉突发侵扰, 并通过相似度门限的设置等, 可第一时间发现问题;音频比对方式、参考节点选择更灵活多样, 进一步提高系统判断的准确性和可靠性。下行接收信号与相关联的信号源的比对:快速判断传输信道干扰;各路相关联的信号源之间的比对:判断信号源是否正常。在我站的实际运用中, 选取了其中一路备份信号源ASI解码后的模拟音频作为参考信号, 卫星接收机输出的下行音频信号和它进行比对, 判断传输信道是否收到干扰;而几路信号源之间ASI解码后也进行音频比对, 判断电视台通过不同路由送过来的信号是否正常, 最后经过系统的逻辑判断, 有异常参数及时警示, 并帮助值班员迅速确定故障位置。图2为监控程序界面。
3.可扩容性强
音频采集计算机和服务器计算机之间通过以太网进行数据传递, 大大提高了系统的可扩容性。系统可通过增加音频采集计算机数量, 实现扩容。实际运用中, 分信号源机房或者分下行监控机房只要设置音频采集计算机, 就可以完成对本地音频信号采集和监测运算, 数据通过以太网传到监控中心的服务器机算机进行分析比较, 最后得出结果。简化了日后节目套数增加和分机房建设而带来更多的音频信号监测任务。系统流程如图3所示。
4.采用高性能硬件
新系统的改良必须有高性能新硬件的支持。在新系统中, 音频信号采集卡采用Ogg Vorbis音频压缩标准, 并用高性能的DSP处理器实现音视频压缩编码, 每块板卡自己独立处理音频信号, 实现了多套音频信号的采集。音频采集计算机采用便捷的插卡式设计, 1台计算机支持4块板卡, 每块板卡支持16路音频信号, 所以1台计算机可以支持64路音频信号输入。
5.响应速度快
新算法带来更快的响应速度。在系统改造中, 随着更多路音频信号的接入, 计算分析数据量陡增, 在系统设计中必须解决算法效率问题。针对这些问题, 笔者采用分布计算和多线程运算等新算法, 提高了运算速度和稳定性。
分布运算具体的过程是:将多台音频采集计算机的监控结果通过高速网络送到服务器计算机进行集中管理, 音频采集计算机主要任务是负责完成200路模拟音频的采集、计算监测结果、IP打包输出, 以及实现音频的监测功能。服务器计算机通过千兆交换机, 分析采集数据实现实时监控报警, 并通过监控程序对系统进行相关的设置 (修改节目名称、报警门限值等等) , 以及查看各项记录等。
多线程运算。系统采用多线程算法作为通讯机制。多线程就是一种多任务、并发的工作方式, 其优点是:提高应用程序响应, 充分利用多CPU资源。籍此, 系统的大量音频数据可以实时处理和传输, 进入“并行运算”状态, 多路音频信号实时比对得以真正实现。
3结束语
自主研发的音频比对监测系统的成功扩容改造和投入使用, 大大提高了地球站安全播出的监测水平, 同时节省了大笔改造经费和维护费用, 也为日后系统的维护和升级提供了方便。该系统正式投入运行以来, 工作稳定可靠, 为卫星地球站的安全播出提供了强力的技术支撑和保障。
摘要：广东卫星地球站事业不断发展, 对播出监测系统提出更高要求。我站自行研发的音频比对系统已不能满足目前监测需求, 需要作出升级。本文将这次升级的设计目标和完善后的系统特点与实现作出介绍。
关键词：卫星地球站,播出监测系统,音频比对系统,升级
参考文献
[1]刘洪才.广播电视卫星数字传输技术[M].北京:中国广播电视出版社, 2003.
[2]车晴, 张文杰, 王晶玲.数字卫星广播与微波技术[M].北京:中国广播电视出版社, 2004.
[3]史萍, 倪世兰.广播电视技术概论[M].北京:中国广播电视出版社, 2003.
氨氮在线监测系统的比对监测 篇2
氨氮在线监测系统的比对监测
摘要：按照国家相关标准,利用国家标准方法对安钢污水处理厂在线监测系统,氨氮监测数据进行对比分析,结果表明,该系统测定结果符合国家相关标准要求,并建立了两方法的回归方程,从而有效地提高了在线监测系统监测数据的准确性.作 者：冯云波 于洋 FENG Yun-bo YU Yang 作者单位：安阳钢铁股份有限公司,河南,安阳,455004期 刊：广州化工 Journal：GUANGZHOU CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：,38(4)分类号：X7关键词：氨氮 在线监测系统 回归方程
音频比对系统 篇3
摘要：个人移动设备中的音频系统能够将多种功能集成为一体，不过由于选择众多，满足这些需求比较困难。一种有效的解决方案是使用音频子系统，该子系统可以使系统便捷五连并且提供出色的音频性能。性能改善的主要领域是扬声器的输出功率、电源抑制和高动态范围编解码器。
关键词：混合信号；音频；子系统；便携式；路由
引言
功能手机、智能手机、PDA以及其它许多手机派生产品正在取代许多便携式电子设备的地位。这种功能融合，在减少消费者携带设备数量的同时，扩大对系统的音频要求，并增加了设计人员解决音频难题的负担。
随着音频需求的增加，系统设计人员可以选择使用分立音频功能模块的方法。然而，在混合信号系统中采用这种方法是多线作战。在数字领域，提供多种采样率、格式和数字式电平会使复杂性呈指数级增长。在模拟领域，信号偏置于不同的电平水准，同时需要混合和切换、放大和衰减，且容易拾取噪音。事实上，目前便携式媒体设备具有10～20条不同的音频信号路径非常普遍。在这种迷宫中找到一条道路是一项艰巨的任务。混合信号子系统通过集成多种有效要素，帮助解决这类问题。
信号路由
混合信号子系统的最显著的特点是它能够将许多信号路由到多个地方。凭借使用路由信号，便携式媒体设备或手机能够执行许多任务。混合信号音频子系统的示例如图1所示。
例如，考虑一个同时具备手机和数字音频播放器功能的系统。来自手机基带的脉冲编码调制(PCM)数字信号需要连接到数模转换器(DAC)，继而连接到耳机放大器供耳机使用。同一耳机放大器也适用于数字音频播放器，这是一个I2s数据流，通过DAC播放然后连接到耳机。具有双数字音频端口的混合信号子系统可以轻松完成此任务。
具备多路复用能力的混合信号音频子系统的男一个优点是能够处理模拟FM收音机信号。虽然调频收音机信号电平通常是受到控制的，但它们常常超出规格。这些超出规格的电平通常比预期大得多，这可能会导致扬声器损坏。混合信号音频子系统可以将FM信号数字化。使用DsP从而提供自动电平控制(ALC)和均衡，然后转换回模拟信号以便放大给扬声器或耳机。此外，混合信号子系统可以将数字化的信号传递给基带处理器，以便进行更多DSP处理。
除了音频路由和处理之外，混合信号子系统还可以混合多个音频流。通过将来自麦克风的信号混合到耳机中，由此产生侧音。同样，可以在听音乐的同时播放铃声，而无需使音乐静音。
拥有两个数字音频端口可以使混合信号音频予系统成为在系统内连接数字音频的强大工具。例如，I2s数字音频流可转换为PCM并发送到基带。或者，可以使用相同方法将48kHz的I2S接口数据流转换为44.1kHz信号。
受益于双数字音频端口和采样率转换的一种应用是蓝牙桥。混合信号音频子系统提供从蓝牙收发器到基带的连接桥。如果需要，可以执行采样率转换，以及数字均衡。这种连接的示例如图2所示。
通过混合信号音频子系统连接到蓝牙收发器使许多案例成为可能。显然，电话机能够处理双向语音。蓝牙收到的音频信号能够发送到扬声器或耳机中。FM收音机信号在混合信号子系统中进行数字化并发送到蓝牙耳机。基带处理器可以将来自闪存的数字音频通过混合信号子系统发送到耳机或放大器，如具有蓝牙功能且能够帮助实现汽车中立体声效果的扩充口或耳机。
D类输出功率
D类扬声器放大器凭借其高效率正在成为智能手机和多功能手机的业界标准。D类放大器的优势在于输出功率。高输出功率的D类放大器能够实现手机扬声器达到响亮清晰的水准。在环境噪音较大的区域(如火车站和机场)，通常需要迅速分辨铃声。
功能手机或智能手机也常常用于媒体资源共享。比如，与朋友分享一首歌或与同事共享信息。
混合信号音频子系统拥有高功率的D类放大器。例如，LM49352通常可用4.2v信号将970mW传递到8负载，总谐波失真及噪音(THD+N)仅为1％。这样出众的输出功率确保在较高的音量水平下清晰传递消息。
一项最新应用在手机中的功能是微型投影仪。微型投影仪在高输出功率标准下，可以实现与一群人共享视频。
PSRR
移动电话凭借开关模式电源(SMPS)高效提供多种电源电压。除了SMPS电源产出高频噪音之外，手机本身也会借助KF功率放大器(PA)循环供电。这种PA循环频率发生在音频频带中，通常为217Hz。
所有这些噪音源会降低手机的音频质量，有时会非常严重。混合信号音频子系统中一个最主要的特性是对这些噪音具有高抵抗力。混合信号音频子系统的电源抑制比(PSRR)可达90dB或更高，最大限度地减少了这些来源导致的任何噪音。例如，混合信号音频子系统LM49350的耳机放大器的PsRR测试结果表明，该器件在217Hz时的PSRR为95dB，且在较高频率区域的保持高音频质量。
高PsRR对系统具有巨大的价值。混合信号音频子系统的模拟电源可以直接连接到电池，源自SMPS的数字电源可用于产生其它数字核心电压。由于混合信号音频子系统本身能抑制噪音，因此不需要额外的低压降稳压器(LDO)或被动式滤波器来消除噪音。
单独的耳机电源
几乎所有便携式媒体设备具有的通用功能是其立体声耳机连接。与耳机的连接一般采用标准的3.5mm插孔、专用连接器或迷你USB接口的变形。在所有这些情况下，耳机阻抗通常约为32。一个充电泵产生负电压的真正接地的耳机放大器，只需施加1v电压到32负载，即可提供16mW的功率。对大多数用户来说，16mW"已非常响亮，所以实际所需的电压要低得多。
因为耳机放大器是AB类，所以单独及较低电源电压的耳机需要具备显著的功率优势。在图3中，两条曲线显示具有AB类输出的单通道理想放大器。只需将耳机电源从3.3V降低到1.8V，即可节省能耗45％。虽然D类放大器在理论上将节省更多能源，但它需要体积较大且比较昂贵的LC输出滤波器。而且，未知的耳机线长度和负载阻抗也会使滤波器的设计变得非常困难。
高SNR数据转换器
高性能的数据转换器是使几何处理技术水平日益下降的一个因素。遗憾的是，手机中的基带Ic凭借先进的处理技术，可以在最小尺寸和最低功耗水平下提供较高的性能。虽然它实现了这些优点，但是在基带DAC和ADC中维持较高的信噪比(sNK)变得越来越难。
手机的多功能融合加剧了这种性能的下降。如果它们只是用作手机，就没有太大的问题。然而，对许多人来说，手机也是他们的便携式音乐播放器。这使信噪比要求特别是在使用高品质耳机的时候，从电信质量提高到高保真。
有人可能会提出异议。认为SNR超过90dB将造成浪费，但实际上这是不正确的。的确，绝大多数音频便携式媒体设备起源于CD音质(44.1kHz采样，16位分辨率)，且使用MP3之类的算法压缩至更低的分辨率和保真度。然而，对于正常听力水平，大多数耳机对2nlw左右的功率具有足够的灵敏度。针对SNR设定的标准是40row或更高的满载输出，因此设计人员只损失了大约26dB SNR。
由数模转换移出基带的另外一个优点是可以让DAC更贴近负载。与模拟信号相比，数字信号具有更高的抗噪能力。混合信号子系统消除了从基带DAC到外部放大器的布线，从而消除了这种噪音来源。
结语
音频比对系统 篇4
孤立节点监测:单点的异态监测基于连续时间域的统计关联性, 判断或确认故障需要较长时间;
误报率与虚警过多矛盾平衡点:异态的设置除告警门限外还有告警延时, 为了减少虚警, 需要加大告警延时, 造成响应、处理不够及时, 增加了事故时间。因此门限设置不能太高也不能太低, 一般设置在5~7秒之间;
检测故障种类单一, 主要能检测黑场、静帧、静音等简单情况;主要原因是它没有一个参考对象, 如果增加参考对象进行多点监测、比对, 能够更快速进行故障定位。即使有做比对分析时, 也仅是对系统末级信号主备之间进行简单的比对;
缺少高标清同播下的内容比对:现有内容比对均不能满足高标清同播情况下基于内容比对的监测。
二基于视音频比对监测的模型
一般地, 出于安全播出考虑, 不论源信号是视频服务器信号 (HDD) 还是直播信号 (BMC) 都会使用独立的两个主备信号源。上述主备信号源在播出系统中经过两个独立的视音频链路的各个环节处理, 输出主备高清末级、主备标清末级四个信号。
对于播出系统的信号监测系统主要任务是:保证末级主备的高标清信号均正常播出, 对播出系统范围内任何路信号出现异常时, 及时、准确地给出故障具体提示, 帮忙值班员快速应急操作。
因此, 我们可以将末级故障原因分为两类:
由于节目源本身故障 (即进入切换台之前) , 导致播出末级信号异常;
源信号正常, 由于播出系统链路各环节中设备故障导致播出末级信号异常。
由于主备源、主备链路各设备中信号都是相互镜像备份、相互独立的信号。一般主备信号两个同时出故障的概率极低。
播出系统正常工作的一个必要条件是同时满足:源主备信号相同, 末级主备信号相同, 源与末级之间内容一致。至此, 我们可以利用一致性原则来发现播出系统中的故障。发现不满足一致性时, 故障一定发生。此外, 主备信号同时出故障的概率极低, 但如若主备信号同时发生故障时, 使用传统的检测方法依然可以进行检测, 但此时可以把检测门限设置为比较大 (例如10秒) , 以防止重大事故的发生。
通过引入比对检测与传统异态故障的检测相结合, 可以大幅度降低误报, 同时也保证不会漏报, 此外对报警的种类范围与报警的检测速度也有质的提高。
不失一般性, 我们假设源信号为硬盘服务器HDD信号, 末级为标清主备两路信号, 这四个信号标识如图2。
通过比对与传统的异态检测相结合, 实现了常规故障如静帧、黑场、静音、彩场、彩条以及常规如台标有无、时钟有无、幅型变换、字幕 (包装) 、音频相关性、夹帧、失同步、主备内容不一致、固定电平、噪声的检测。通过播出节目单、全台质量检测报告、策略配置等信息的综合处理, 可以检测到播出系统中哪一环节出现问题、出现什么问题、可否直接通过末级主备倒换解决。对于满足切换条件的故障, 监控系统直接通过SNMP触发HARRIS的二选一主备倒换, 在1~2秒之内实现故障自动应急处置。
三方案实施
1. 异态检测
系统对于常见的传统异态检测, 充分从播出实际的角度出发, 考虑了台标、时钟、字幕、包装等区域对静帧等故障的干扰, 实践中经常发现画面主要内容静帧故障后, 由于台标、时钟、包装区手语、字幕滚动等原因导致画面并没有完全静帧, 从而影响报警导致事故扩大;考虑了音频设备故障时, 发出的周期性的、电平固定的情况;进一步解决了一些特殊场景下的误报问题, 如:新闻标版播报导致的视频静帧误报问题。
2. 视频比对的主要技术
我们要在视音频信号之间进行内容层的比较, 由于数据量巨大不可能进行每一个数位比特的简单比较, 此外, 由于额外增加的元素如台标、时钟、字幕包装元素、下变换处理等环节都使得这个方法不可行。一般使用每帧的图像、声音中的多个统计量来表征本帧主要内容数据。于是, 当两帧图像或者声音的统计向量完全等时时, 我们判定比对的两帧图像或声音内容。常见的视频统计量有:均值、直方图、差值、梯度;常见的声音统计量有:均值、过零率、平均能量、倒谱系数、FFT系数等。我们使用的是加权均值、直方图、差值、过零率、平均能量、倒谱系数。
(1) 高清、标清之间内容比对
当高清与末级标清比对正常时, 仅意味着按特定的变换与处理之后, 图像主要内容是大致相同的。我们知道高清、标清在幅型、分辨率、颜色空间、像素形状比例、局部区域图案、绝对时间戳上也有一定的帧延迟 (由于物理上下游关系) , 甚至图像在内容细节上可能也有许多不同。当高清源与标清末级一致性检测为匹配时, 仅说明画面主要内容相同。
这些差别极大影响了比对算法中统计量选择与处理方式, 特别是像素点的形状亮度方程, 由于涉及硬件采集及图面颜色的比较, 如果处理不当会发现相同画面的统计量总是无法相等, 从而导致误报。
其次, 高标清图像内容是要一致匹配首先涉及幅型变换, 目前信号源都为高清信号源, 而末级输出存在标清的情况。根据《高标清混合制播体系幅型变换规范》, 按最大有效公共范围来对高标清信号进行内容一致性比对, 对于非内容的黑边图像则不进行比对, 涉及三种下变换过程, 分别是:切边、压缩、信封。
(2) 源信号与末级信号比对
源信号经过切换台之后分别过响度控制器、下变换、包装服务器、键控器, 最后再通过2选1得到末级, 视频比对需要满足整个视音频链路的各个环节进行必要视频处理 (台标、时钟、底飞字幕、环绕声标识) 之后, 末级和源的内容比对。因此当两者进行比较时对于末级信号会使用模板来掩膜相应的台标、时钟、字幕、包装等元素区域, 仅留下相同部分进行比较。栏目信息从播出节目单实时获取, 不同的栏目可能由于元素位置及大小原因使用不同的模板。
这样仅对关感兴趣内容进行一致性比对, 其他干扰元素进行掩膜, 先将模板同样作用于源信号然后再进行比较。
(3) 台标、时钟、字幕区域处理过程
对于末级信号中台标、时钟、字幕等元素区域是否正常, 我们通过比对也可以做到, 主要考虑比对关系的时机建立、比对位置及正反逻辑使用。图7是台标比对的方法, 其他元素方法类似。
3. 音频比对中考虑的问题
音频比对目前使用的是一个声道统计量与另一个声道统计量进行比对的方式, 涉及源信号音频及上混后的音频等, 比对关系有:单声道与双声道、单声道与上混后左右声道、立体声与上混后左右声道。立体声左右相关性检测, 立体声右左声道相位判断也是通过比对来实现。另外对于5.1环绕声节目, 前左、中置、前右声道不可同时静音, 前左前右声道必须具有相关性、不可单独静音, 后置声道及低音声道不做约束, 是通过比对与异态检测综合判定。
在一定的范围内, 音频能量相差不大时认为是一致的。能量偏差过大的问题是否可以检测, 目前认为两者音量相差超过20d BFS为比对异常, 且可以提示真实音频信息是否一样。
4. 小结
一般情况, 异态检测能力越强、种类越多, 在发现不一致时定位故障也越强。将上述的一致性检测成立与否, 信号节点异常与否, 共有8个变量, 组成真值表如表3。
通过检测信号节点是否异态, 以及一致性比对关系是否正常, 当且仅当8个变量均正常时, 播出系统正常工作。此外所有异常情况, 均可以查表得出处理策略。
我们通过运行中常见的两个故障举例:
(1) 单路故障
标清主路末级分配静帧 (节点C报警为红色异态) , 此外主备源信号及备末级信号均正常 (节点A、B、D均为黑色) 。满足异态真值表中第2条;此时主路源与末比对、末级主与备之间比对异常 (比对关系Ⅱ、Ⅲ均为红色) , 满足比对真值表中第2条。综合判断知主链路有故障, 末级主路切换2选1可自动解决故障。
(2) 单源故障
信号源备路有噪声, 导致了末级备路也有噪声, 主路信号均正常时。异态检测发现备源、备末均是异态 (节点B、D报警为红色异态) , 满足异态真值表中第4条;内容一致性比对发现主与备不一致, 源与末一致 (比对关系Ⅰ、Ⅱ为红色, 比对关系Ⅲ、Ⅳ为黑色) , 满足比对真值表中第4条, 综合判断知备信号源音频有故障, 末级备路切换2选1可自动解决故障。
四总结
由于通过一致性比较可以快速发现问题, 当单路故障发生时, 通过主路与备路、源与末级信号之间进行视音频内容层面的一致性比对可以在帧级别内检测到, 而传统的检测方法一般要设置在5秒以上;基于内容比对原则上可在帧级别内发现单边故障的发生 (即使这些故障可能事先没有意料到) 。
结合一致性检测进行异态监控, 具有检测种类多、检测精度高等优点, 结合各个节点的异态情况及倒换控制策略, 可以在1秒内判断出故障原因。在满足可自动倒换的条件下, 自动通过SNMP协议触发末级2选1主备信号倒换, 恢复正常播出。
摘要：针对传统播出信号监控的固有不足进行分析, 引入信号内容一致性检测的概念。基于源的主备与末级的主备内容是否一致, 以及末级和源是否一致, 并结合节点信号是否存在异态, 综合判定是否告警以及是否同时触发自动倒换。
