一种基于网络采集技术的遥控监测系统设计思路

童珉 邓健

（国家新闻出版广电总局厦门监测台，福建 361009）²

摘 要 随着网络采集技术的发展，我们设计开发了基于网络采集音频数据和指标数据的遥控终端，结合语音识别的技术，构建了一种新型的广播电视遥控监测系统。

关键字 网络采集 在线监听 语音识别 自动评估

0 引言

为接收监听异地广播电视节目，有一种手段是借助无人遥控终端对当地广播电视信号进行接收，然后通过网络进行信号回传。传统的遥控终端设计思路是将信号接收、数据采集、指标测量、远程控制、指令响应、数据存储、语音处理等功能都设计在客户端，而在服务器端由软件系统与该站功能接口进行协议。随着网络采集技术的成熟，一种新型的遥控监测系统由此产生，客户端只负责信号接收、数据采集、指标测量功能，其余功能交于服务器云系统处理。经测试，系统安全稳定，终端设备结构得到极大优化，可投入实际使用。

1 建立新型遥控监测系统的必要性

1.1 传统遥控终端现状传统遥控终端主要由天线、工控机、KVM操作平台、接收机、音频压缩卡、AM/FM测量卡和UPS等组成，工控机上运行终端程序与数据库，安装音频压缩卡和AM/FM测量卡采集接收机的信号数据，将处理完成的数据通过电信专网回传本地，并接收本地下发的任务。本地服务器使用通信协议向遥控终端下发指令，控制接收机，获取遥控终端回传的流媒体音频信号，实现在线监听、实时测量等功能。接收机的音频数据需要经过音频压缩卡处理，并经过流媒体协议的转换才能回传到本地。采用流媒体协议会带来一定的时延，降低监测的实时性。同时由于遥控终端构成复杂，放置的地方因为条件的限制，存在温度过高，灰尘较多的情况，造成工控机、KVM操作平台、UPS等的故障率较高，遥控终端的不稳定性会影响到监测的时效性。1.2 建立新型遥控监测系统的意义随着监测业务的发展，需要对遥控终端实时监测，并且由于语音识别技术的投入使用，要求第一时间取得终端的音频数据，而以往通过定时回收遥控终端指标数据的方法已经不能满足业务的要求。目前数据采集板卡的网络化，遥控终端的音频数据、指标数据与设备控制等通过网络实时与本地通信。在本地进行音频数据的处理，完成在线监听和音频数据的语音识别功能，指标数据的测量与存储。同时由于遥控终端只需要使用安装网络数据采集卡，而不再安装工控机、KVM操作平台、UPS等设备。网络数据采集卡的稳定与数据实时回传功能对提高遥控终端的稳定性和时效性具有突出的现实意义。

2 新型遥控监测系统的系统架构

新型遥控监测系统主要由两部分组成，本地服务器云系统和远程终端。本地服务器云系统主要由终端处理系统、数据库系统、数据存储系统、卫星接收系统、数据计算系统、引擎计算节点和客户端显示组成。终端处理系统采集部署在各地的远程终端数据，将音频和指标等数据存储到数据存储系统。数据计算系统可调度多个引擎计算节点对这些音频数据进行自动评分，通过卫星接收器统一采集参考源信号作为评分依据，并把评分结果写入数据库中，用户可通过客户界面对评分结果进行检查和更新错误的自动评分结果。远程终端主要由遥控终端和通讯网络等组成。遥控终端负责接收当地广播信号，并把采集到的音频与指标等数据通过通讯网络直接回传到本地服务器，再由本地服务器对这些数据进行计算处理。新型遥控监测系统组织结构按图1进行部署：

图1 系统组织结构图

2.1 遥控终端系统新型遥控监测系统的遥控终端主要由天线、接收机、网络数据采集卡、电信线路等组成，其中最核心的部分是网络数据采集卡。采用网络采集数据卡替代原系统使用的工控机、调制度测量板卡、频偏测量板卡等，提高硬件系统运行的可靠性，减少硬件系统的开销，降低功耗。接口方式为LAN，整体设计采用1U机架式设计，可方便安装到机柜。系统组成如图2所示：

图2：采用网络数据采集卡的遥控终端

网络数据采集卡使用了ARM和DSP双处理器构架， ARM处理器负责数据的传输，用户命令的解析执行以及扩展接口的控制，DSP负责语音数据的编码解码和输出。采集卡内安装了一个硬件看门狗，防止处理器异常死机，提高系统稳定性。通过网络变压器，网络数据采集卡可直接接入以太网。具体架构如图3所示:

图3：网络数据采集卡硬件架构

网络数据采集卡主要把接收机的声音和指标回传。声音频率的采集一般11Kbit的采样率就可以满足人耳的收听，通过11Kbit/s以上的A/D采集卡就可把声音采集下来，再转成网络协议输出。监测设备的指标测量一般通过采集监测设备的中频信号后计算得到，监测设备的中频为455kHz，采样率至少要3倍于这个频率，虽然现在的A/D采集卡能做到455*3K以上，但是这对网络的要求太高，不适合将采样数据直接通过网络回传，在这里通过DSP模块将采集到的中频信号计算得到指标，然后将指标通过串口/网络转换模块进行转换后通过网络传输，这样只需传输指标计算后的数据,不到1Kbit/s的网络带宽就可以满足。遥控终端与本地通信多为电信专网，带宽一般从512K到2M左右。音频流的回传需要占用一定的带宽，以某个固定采样率采集一路音频为例，如不进行压缩，直接回传PCM数据，其所占用的带宽为：带宽 =采样率 x 2 +ε 其中ε表示除了音频以外的必要的传输量，例如传递遥控终端控制命令参数、指标数据回传以及必要通信交互等所需要占用的带宽，当采样率为11KHz，那么占用的带宽就至少为22K字节。因此，对于运行在512K及以上的带宽网络环境上的遥控终端，不会存在网络带宽受限的问题。如有需要也可对音频流进行压缩以降低对网络带宽的要求，这里采用PCM格式是语音识别对音频质量的要求。2.3 服务器云系统服务器云系统主要基于云计算技术，将部署与各地的遥控终端统一管理起来，提供音频数据的存储分发与语音识别计算，指标数据的报警，任务的管理与调度等。云系统采用4层结构，分为表示层、服务层、数据层、数据源，如图4所示：

图4 服务器云系统架构

2.3.1 表示层表示层为Web客户端，负责向中间服务层提交任务和结果显示，提供人机交互界面。Web客户端用户访问站点，通过动态网页与中间服务层进行交互以及数据通信，其中包括提交增加，删除，查询，修改，管理等操作。2.3.2 服务层服务层包括Web服务、语音识别引擎以及其他服务三个部分。Web服务相应客户端请求，分发给业务功能控制处理，实现语音的分发，报警的上报，响应上级系统的任务控制。语音识别引擎实现对音频数据的智能评估功能，对评估数据进行统计分析，并将统计与分析结果传送至表示层显示。其他服务主要指的是系统后期的扩展服务，如终端处理系统的统一管理，提供对遥控终端统一进行监控与远程操作的管理平台。2.3.3 数据层终端处理系统负责根据下发的任务自动或人工控制，采集远程遥控终端的的音频数据与指标数据，并自动提取音频中的音频特征数据作为智能评估系统的音频数据源，对指标数据根据任务门限产生异常报警。数据库用于存放所有相关的数据信息，其中包括遥控终端工作任务、指标门限、遥控终端地理位置信息、智能评估结果、人工校对结果以及系统其他一些相关信息等，也是服务层与数据层之间数据交互的接口。提取的音频特征数据与音频数据等存放在磁盘阵列，作为智能评估系统进行判分的数据源，同时也是人工校对，回放音频的数据源。2.3.4 数据源数据源是整个遥控监测系统的原始数据源，主要包括2种数据来源：遥控终端返回的音频、指标数据和卫星接收器返回的音频数据。

3 结束语

基于网络数据采集回传技术、语音识别和云计算的新型遥控监测系统，精简架构，增加遥控终端的稳定性，易维护性，把原来主要由人工完成的部分采用计算机自动完成，大大提高了工作效率，降低了工作强度，拓展了监测模式，并可以从容应对将来遥控终端的数目和监测任务的不断增加，在各个遥控台站具有一定的推广价值。

参考文献[1]韩宪柱.数字音频技术及应用[M].北京,中国广播电视出版社,2003:37-45.[2]周昕.数据通信与网络技术[M].北京,清华大学出版社,2004:55-60.[3]胡光锐.语音处理与识别[M].上海,上海科学技术出版社,1994:51-56.[4]姚天仕.数字语音处理[M].湖北,华中理工大学出版社,1992:23-28.

作者简介：童珉，男，1981年生，本科，国家广播电影电视总局厦门监测台，主要从事广播监测、信号识别方面的研究，曾参加过国家广电总局《全国网络化智能广播监测系统》（获国家科学技术进步奖二等奖，2009）等重大项目。

联系方式：童珉，电话：18610112767，EMAIL：18070741@qq.com。

编辑：中国新闻技术工作者联合会