基于FPGA的数字音频内容监测系统的研究与设计

摘要

随着科技的进步和发展，广播电视技术也在不断进步，广播电视节目的数量也增加很多。传统的监测方式受到极大的挑战，因此需要新型自动监测系统出现来适应广播电视技术的发展。同时现在市面上在使用的音频监测系统主要是基于文本库的监测比对方式，这种监测方式受限于文本库的大小和内容，不能普遍使用。因此，基于内容的音频监测技术随之得到广泛的研究。这要求不同于以前文本库的方式，需要提取能反映音频信号特点的特征参数信息，使得系统能有更强的适应能力。同时基于内容的音频监测技术是使用实时监测的方法，能够快速给出监测结果。
　　本文研究的是基于内容的音频监测问题。研究的目的是监测是否有播放内容的变化，主要涉及播出节目和广告两个方面。这样既保护了广播电视制作方的知识产权，同时也让老百姓能看到安全放心的广播电视节目。系统使用了 FPGA芯片，使得最后做出的系统体积小，而且便于系统更新升级。
　　本文根据监测系统的要求，详细的分析了语音信号的主要特征参数，主要介绍了语音信号的时域特征参数，最终根据实际使用情况选择了短时平均过零率和短时平均幅度电平两个特征参数共同作为监测系统的特征参数。其中这两个特征参数都是基于语音信号的短时特性，这就要求在特征数据提取之前必须要先对语音信号做加窗分帧预处理。考虑到作为电视伴音监测系统，于是选择了视频信号中的ODD信号作为分帧信号，这样能使监测比对的两路信号做到粗同步的要求。这两个特征参数的数据量也很小，便于远端提取出来的特征数据通过网络传输到本地监测端。在经过很多不同的传输路径之后，两路信号在时间上已经不同步了，所以信号的同步对齐是该系统需要重要解决的问题。基于对延迟信息的分析，提出了搜索跟踪技术来解决信号的对齐问题，即在本地端加固定整数帧和小数帧延迟去逼近远端的特征数据。为了加快搜索跟踪的速度，使用了照射体制，即使用连续多帧本地特征数据跟远端特征数据同时进行比较。最后对系统的各个模块做了仿真验证。

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第一章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2数字音频监测系统的研究现状与发展趋势

1.3本文的主要研究内容和章节安排

第二章 音频信号提取特征数据算法的研究与设计

2.1音频信号的加窗分帧处理分析

2.2音频信号的时域特征分析

2.3音频信号的频域特征分析

2.4 音频监测系统特征数据算法的研究与分析

2.5 总结

第三章 基于特征数据的搜索跟踪算法的研究与设计

3.1 语音信号的延迟分析

3.2 语音信号的搜索跟踪分析

3.3 总结

第四章 音频监测系统的FPGA电路设计与调试

4.1 基于FPGA设计的开发流程

4.2 音频监测系统的电路设计开发流程

4.3 音频监测系统的调试

4.4 总结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果