【精选】数字音频水印技术在跨屏互动中的应用

本文为论文精要，原文刊发于《广播与电视技术》2021年第5期。

当前，广播电视技术与新一代信息技术加速融合，使广电发展面临新机遇与新挑战，节目制作、网络传输、终端服务都向智能化及跨屏互动演进。本文基于已有的数字音频水印技术，为电视台搭建了一个可兼容多种视频格式和传输方式的通用示范平台，可用于收视率调查、用户互动、台内节目的监控监管等多个方面，不失为电视融合发展中跨屏互动应用的一种有益探索。

本文作者

王旖旎，邸娜

王旖旎（1991—），女，学士，国家广播电视总局广播电视科学研究院工程师，主要从事数字音频水印技术和应用方面的研究。曾参与了基于水印技术的调频广播应用、电视互动应用等研究与技术开发工作。

0引言

随着广播电视的智能化发展需求迫切，广播影视技术与新一代信息技术加速融合，使广电发展面临新机遇与新挑战，节目制作、网络传输、终端服务都向智能化、跨屏互动演进，广电全媒体发展成为主流趋势。

本文结合已有的数字音频水印技术基础，为电视台搭建了一个可兼容多种视频格式和传输方式的通用示范平台，为在电视融合发展中应用做技术储备。目前的电视智能化融合技术较少，极少有成熟的应用模式，并且大都依托于第三方平台。本文创新基于数字水印技术的广电网络自有智能化通用平台，可用于收视率调查、用户互动、台内节目的监控监管等多个方面，为互联网创新成果与广播影视的深度融合做准备。

1音频水印技术在电视传输链路中的加载

1.1 音频水印嵌入方案

电视系统从制作到播出要经过如图1所示的几个环节。音频水印需要在节目上播出链路之前完成对节目伴音的水印嵌入，并保证其性能可以抵御电视播出链路带来的损伤。待水印抵达用户端随着伴音播出后，再由终端检测还原出来。

如图2所示，可以在节目制作后，节目流经过水印服务器，由高清节目互动声响设备对节目源进行视音频分离，对音频进行水印嵌入，然后再与视频合成，形成伴音携带水印内容的视音频节目流下发给控制中心进行分发。

1.2 嵌入设备的实现

水印嵌入算法采用心理声学模型来对水印扩频序列进行人耳的听觉掩蔽。水印的嵌入流程如图3所示。

电视链路嵌入设备设计方案，包括主体部分信号的输入与输出；以及FPGA模块对输入的SDI 格式音视频信号进行视音频分离与合成并对视频信号进行缓存；还包括对音频信号进行水印加嵌处理的DSP模块。外接512M DDR和128M Nand- flash。设计方案如图5所示。

2 用户端通过音频水印进入互动通道的实现

2.1 移动终端的检测软件方案

跨屏互动通过用户的手机端上的互动APP接入，电视播放已经嵌入有数字音频水印的节目，用户通过手机APP参与互动，手机由麦克风收录音频后APP对数据流进行水印检测，并向用户推送匹配成功的水印对应的互动内容，从而完成互动。

图6是上海电视台台一档《夜问》节目中间用户通过主持人提示应用手机APP参与互动后，根据用户回传的水印ID向用户推送的欧锦赛相关内容投票活动。

2.2 移动终端的水印检测性能

由于不同品牌不同型号的手机性能有一定的差别，并且手机采集音频时对音频的处理也不同，因此完成软件实现后，本文对多个手机的音频采样进行了测试，其中采样频带宽度最宽的是小米MAX手机，最宽到了24000Hz，还原度最高，但是其中掺杂的杂音也较多。最窄的是 VIVO X6，仅到了9000Hz，这意味着如果水印是全频带嵌入的将有50%以上的相关性被削减了。

对此我们在嵌入和检测端都进行了相应的加强，表1给出几款手机的音频接收性能数据。

3通过音频水印实现跨屏互动的过程

《夜问@欧锦赛》是一档互动问答类直播节目，由五星体育制作播出。节目直播过程中用户通过节目伴音中携带的数字水印内容由手机APP接入iStudio平台，后天服务器将将观众通过参与互动发出的评论内容以及投票信息推送到演播室大屏，通过这种互动方式让观众在手机中答题抽奖， 并将抽奖过程实时直播在电视屏幕上。实现了观众与直播内容的互动，提升直播内容的丰富性。电视节目画面如图7 所示。

当节目进行到互动阶段时主持人提示观众通过手机APP 的相应模块开始互动，用户触发互动模块，手机通过检测接收到的电视节目音频中的水印来向用户推送相应的互动内容。互动界面如图8所示。

END

参考文献

[1] 梁彦, 杨玉莲. 播控中心智能监测系统分析[J].

[2] 邸娜, 王旖旎. 数字音频水印在居室电视互动场景中的关键技术[J].

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