緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

+ 杜國(guó)柱 李玉環(huán) 任鶴義 國(guó)家廣播電影電視總局監(jiān)管中心

目前，美國(guó)、日本、英國(guó)、德國(guó)、以色列等國(guó)家，都把廣播電視作為政府應(yīng)急系統(tǒng)中的重要信息發(fā)布通道，將廣播電視相關(guān)單位納入緊急報(bào)警系統(tǒng)成員單位，建立了緊急廣播警告系統(tǒng)。

美國(guó)早在1963年就開(kāi)始建設(shè)緊急廣播系統(tǒng)。最初的設(shè)計(jì)目的是，國(guó)家處于緊急狀況時(shí)給總統(tǒng)提供一個(gè)能迅速通告全民的通信方式。后來(lái)在美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC），聯(lián)邦應(yīng)急管理局（FEMA）和國(guó)家氣象服務(wù)局（NWS）三個(gè)部門(mén)共同努力下，緊急廣播系統(tǒng)逐步完善，更名為緊急警告系統(tǒng)（EAS）。EAS由廣播電臺(tái)、電視臺(tái)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、有線(xiàn)網(wǎng)、衛(wèi)星廣播等組成,除了能實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍的緊急警告之外，州或當(dāng)?shù)匕l(fā)生緊急情況時(shí)也可以使用。

日本緊急警報(bào)系統(tǒng)由緊急預(yù)警廣播系統(tǒng)（EWBS）和緊急地震速報(bào)系統(tǒng)（EEW）這兩套獨(dú)立的系統(tǒng)組成。緊急預(yù)警廣播系統(tǒng)將提前預(yù)測(cè)到的地震、海嘯等災(zāi)害預(yù)警信息通過(guò)廣播電視系統(tǒng)發(fā)布，其原理是通過(guò)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的控制指令，控制廣播、電視接收機(jī)自動(dòng)切換接收緊急警報(bào)信息。緊急地震速報(bào)系統(tǒng)則在發(fā)生大地震后第一時(shí)間（在幾秒到幾十秒內(nèi)）將地震信息播報(bào)給公眾，其原理是利用地震波P波、S波傳輸速度存在差異的特點(diǎn)，在地震儀已經(jīng)監(jiān)測(cè)到烈度5級(jí)以上地震后，快速、自動(dòng)通過(guò)廣播電視系統(tǒng)將地震信息進(jìn)行播報(bào)。

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（ETSI）針對(duì)緊急通信，于2002年4月成立緊急通信（EMTEL）工作組，負(fù)責(zé)制定歐洲的緊急通信標(biāo)準(zhǔn)。EMTEL主要由廣播電視系統(tǒng)組成，如AM/FM廣播，有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)電視等，還有固話(huà)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、因特網(wǎng)、業(yè)務(wù)廣播電臺(tái)等通信系統(tǒng)作為重要的補(bǔ)充。

這些國(guó)家的緊急廣播系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行、信息獲取冗余、定期測(cè)試、多種語(yǔ)言、分級(jí)分區(qū)發(fā)送。

中國(guó)的緊急廣播體系建設(shè)正處于起步階段，相關(guān)科研工作逐步推進(jìn)的步伐正在加快。2009年，在廣電總局科技司的推動(dòng)下，監(jiān)管中心承擔(dān)了國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“廣播電視監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)2009BAH40B00），相關(guān)緊急廣播關(guān)鍵技術(shù)研究、緊急廣播消息生成發(fā)布系統(tǒng)的研究陸續(xù)展開(kāi)，并取得了豐碩的科研成果。該項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容包括緊急廣播消息生成發(fā)布系統(tǒng)技術(shù)框架、業(yè)務(wù)流程，消息生成與系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)技術(shù)、資源管理與資源調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用示范等，并基本完成了對(duì)系統(tǒng)接口的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)緊急廣播通過(guò)廣電網(wǎng)絡(luò)傳輸覆蓋網(wǎng)的分級(jí)分區(qū)發(fā)送。為了充分驗(yàn)證課題科研成果，課題組在現(xiàn)有科研成果的基礎(chǔ)上，組織開(kāi)展了緊急廣播應(yīng)用示范工作。

通過(guò)應(yīng)用示范，完成緊急廣播消息生成與發(fā)布系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備的集成，建立了1個(gè)中央平臺(tái)和2個(gè)省級(jí)分平臺(tái)，開(kāi)展地面數(shù)字電視、移動(dòng)多媒體廣播（CMMB）、有線(xiàn)數(shù)字電視、調(diào)頻廣播、直播衛(wèi)星緊急廣播應(yīng)用示范，實(shí)現(xiàn)緊急廣播從信息源接收分析，到消息生成、發(fā)布、接收的全流程處理應(yīng)用示范以及發(fā)布效果評(píng)估，完善了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化了系統(tǒng)功能，為建立緊急廣播系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

一、緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)架構(gòu)和接口設(shè)計(jì)的基本思路

1.系統(tǒng)架構(gòu)

基于緊急廣播應(yīng)用示范研究成果，按照“一個(gè)中央平臺(tái)、兩個(gè)省平臺(tái)、五種發(fā)布渠道”的架構(gòu)體系，搭建了緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

2.工作流程

國(guó)家相關(guān)應(yīng)急部門(mén)向中央平臺(tái)發(fā)布緊急廣播信息，中央平臺(tái)接收到緊急廣播信息后，通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理，加入控制指令之后，有條件、可選擇地進(jìn)行緊急廣播消息下發(fā)。緊急廣播應(yīng)用示范的工作流程就是模擬上述流程的。其目的是，在緊急廣播消息中正確加入發(fā)布信息，包含發(fā)布區(qū)域、發(fā)布方式、發(fā)布資源類(lèi)型等關(guān)鍵信息的控制指令，并通過(guò)多種方式安全可靠地發(fā)送到廣播電視傳輸覆蓋系統(tǒng)的各類(lèi)前端和臺(tái)站的目的。播出前端、臺(tái)站的緊急廣播消息接收處理設(shè)備接收到緊急廣播消息后，解析出控制指令后進(jìn)行緊急廣播消息的適配封裝與播出插入。各類(lèi)接收終端接收后能夠及時(shí)播放相應(yīng)的緊急廣播消息。在2012年的應(yīng)用示范中，已實(shí)現(xiàn)在地面數(shù)字電視、移動(dòng)多媒體廣播（CMMB）、有線(xiàn)數(shù)字電視、調(diào)頻廣播、直播衛(wèi)星五類(lèi)播出前端進(jìn)行緊急廣播消息的適配、封裝和插入。同時(shí)，通過(guò)發(fā)布效果采集系統(tǒng)，利用服務(wù)端對(duì)消息接收處理設(shè)備以及采集終端接收到的信息狀態(tài)反饋進(jìn)行綜合分析，能夠給出發(fā)布效果綜合評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)緊急廣播消息發(fā)布效果指標(biāo)（發(fā)布率、覆蓋率、時(shí)效性、準(zhǔn)確率）的實(shí)時(shí)評(píng)估。

3.設(shè)計(jì)思路

基于緊急廣播應(yīng)用示范技術(shù)架構(gòu)，在接口設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮了四類(lèi)接口如下。

一是平臺(tái)外聯(lián)類(lèi)接口，重點(diǎn)解決緊急廣播調(diào)度控制平臺(tái)與信息源單位緊急廣播信息的聯(lián)動(dòng)問(wèn)題，以及中央調(diào)度控制平臺(tái)與省級(jí)調(diào)度控制平臺(tái)之間的信息交互問(wèn)題。

二是衛(wèi)星傳輸類(lèi)接口，重點(diǎn)解決緊急廣播音頻文件、文本信息以及緊急廣播指令的衛(wèi)星傳輸格式問(wèn)題，同時(shí)，解決緊急廣播信息在基于衛(wèi)星開(kāi)路信道傳輸中的安全問(wèn)題。

圖1 緊急廣播應(yīng)用示范系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

三是適配封裝類(lèi)接口，重點(diǎn)解決各類(lèi)廣播電視前端臺(tái)站接收到緊急廣播信息后，如何將緊急廣播信息適配封裝至傳輸覆蓋通道的問(wèn)題。

四是效果評(píng)估類(lèi)接口，重點(diǎn)解決緊急廣播接收處理設(shè)備以及緊急廣播采集設(shè)備向緊急廣播發(fā)布平臺(tái)反饋效果采集數(shù)據(jù)的問(wèn)題。

二、緊急廣播應(yīng)用示范體系接口設(shè)計(jì)

1.平臺(tái)外聯(lián)類(lèi)接口

平臺(tái)外聯(lián)類(lèi)接口有：緊急廣播信息源聯(lián)動(dòng)接口、中央平臺(tái)和地方平臺(tái)接口、緊急廣播中央平臺(tái)與消息發(fā)送設(shè)備接口。

（1）緊急廣播信息源聯(lián)動(dòng)接口

當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)，作為緊急廣播消息來(lái)源單位，應(yīng)急部門(mén)通過(guò)信息源發(fā)布平臺(tái)向緊急廣播中央平臺(tái)提出緊急廣播消息申請(qǐng)，中央平臺(tái)對(duì)提請(qǐng)的消息做出解析、驗(yàn)證、解密之后，再生成、發(fā)布緊急廣播消息，通過(guò)傳輸覆蓋系統(tǒng)播出。緊急廣播信息源聯(lián)動(dòng)接口關(guān)系如圖2所示。

中央平臺(tái)與信息源之間數(shù)據(jù)發(fā)送與接收使用專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸方式采用TCP/IP方式，應(yīng)用層采用Http協(xié)議。由于緊急廣播中央平臺(tái)要支持多條通路，對(duì)數(shù)據(jù)格式的規(guī)范統(tǒng)一要求比較高，因此系統(tǒng)選擇了XML數(shù)據(jù)格式。

（2）中央平臺(tái)和地方平臺(tái)接口

根據(jù)緊急廣播框架方案的設(shè)計(jì)，緊急廣播平臺(tái)體系為中央平臺(tái)與地方平臺(tái)二級(jí)平臺(tái)體系。在應(yīng)用示范過(guò)程中，依據(jù)屬地響應(yīng)原則，中央平臺(tái)可通過(guò)衛(wèi)星傳輸鏈路傳送緊急廣播消息到調(diào)頻發(fā)射、有線(xiàn)前端等各類(lèi)傳輸覆蓋前端/臺(tái)站；地方省級(jí)平臺(tái)直接向?qū)俚氐母髑岸?臺(tái)站發(fā)布緊急廣播消息；當(dāng)?shù)胤狡脚_(tái)需要使用衛(wèi)星通道時(shí)，可將發(fā)布信息上傳至中央平臺(tái)，由中央平臺(tái)統(tǒng)一調(diào)度代為發(fā)布。

中央平臺(tái)與地方平臺(tái)間需要通過(guò)聯(lián)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)雙向交互，如圖2所示。兩個(gè)平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)接口基于廣電專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行連接。在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)交互節(jié)點(diǎn)的身份和口令進(jìn)行認(rèn)證，并對(duì)上傳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行權(quán)限識(shí)別。只有通過(guò)安全驗(yàn)證的數(shù)據(jù)交互節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，才會(huì)被中央平臺(tái)或地方平臺(tái)接收并處理。通過(guò)聯(lián)動(dòng)接口傳遞的緊急廣播信息必須符合相關(guān)緊急廣播信息生成技術(shù)規(guī)范，發(fā)布效果評(píng)估數(shù)據(jù)必須符合相關(guān)效果評(píng)估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，接口能夠支持視音頻、文本、圖片等數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）緊急廣播中央平臺(tái)與消息發(fā)送設(shè)備接口

圖2 緊急廣播消息源聯(lián)動(dòng)及平臺(tái)關(guān)系結(jié)構(gòu)圖

中央平臺(tái)與消息發(fā)送設(shè)備間需要通過(guò)聯(lián)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)雙向交互。緊急廣播中央平臺(tái)作為緊急廣播信息的生成和控制中心，可以生成統(tǒng)一格式規(guī)范的緊急廣播信息，并控制消息發(fā)送設(shè)備進(jìn)行緊急廣播消息發(fā)送。中央平臺(tái)與消息發(fā)送設(shè)備之間的接口協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，消息發(fā)送的格式采用xml字符串的格式。

2.衛(wèi)星傳輸類(lèi)接口

（1）衛(wèi)星傳輸格式

在緊急廣播系統(tǒng)中，緊急廣播消息通過(guò)衛(wèi)星傳輸，傳輸前緊急廣播消息應(yīng)封裝為能夠在衛(wèi)星信道上傳輸?shù)母袷剑庋b由緊急廣播消息發(fā)送設(shè)備完成，如圖3所示。

緊急廣播傳輸流中包含緊急廣播文本內(nèi)容、音頻節(jié)目以及緊急廣播控制指令。文本內(nèi)容包含緊急廣播調(diào)度控制信息和文本信息；音頻節(jié)目包含多個(gè)語(yǔ)種。

通過(guò)衛(wèi)星信道傳輸緊急廣播文本信息、指令和音頻節(jié)目，需要將其封裝到符合DVB標(biāo)準(zhǔn)的TS流內(nèi)。文本信息和指令使用符合DVB標(biāo)準(zhǔn)的私有段格式的專(zhuān)用緊急廣播表來(lái)封裝，采用固定PID傳輸緊急廣播專(zhuān)用表，封裝入TS流。音頻節(jié)目作為普通廣播業(yè)務(wù)一同封裝入TS流中，通過(guò)衛(wèi)星信道傳輸。

緊急廣播傳輸流采用TS包來(lái)承載，TS包的長(zhǎng)度為188字節(jié)。傳輸流應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn) 《GB/T 17975.1-2010信息技術(shù) 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信息的通用編碼 第1部分：系統(tǒng)》中定義的傳輸流和傳輸流分組層，應(yīng)包含標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17975.1-2010 信息技術(shù) 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信息的通用編碼 第1部分：系統(tǒng)》中定義的節(jié)目相關(guān)表和節(jié)目映射表。

（2）衛(wèi)星傳輸安全認(rèn)證

在緊急廣播系統(tǒng)中，廣播消息可通過(guò)有線(xiàn)、地面、衛(wèi)星等各種不同的傳輸方式。在衛(wèi)星傳輸方面，由于衛(wèi)星傳輸信道的開(kāi)放性，需要保護(hù)廣播消息的合法性、真實(shí)性和有效性。因此，通過(guò)相關(guān)緊急廣播衛(wèi)星傳輸安全認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，規(guī)定應(yīng)用示范中廣播消息在衛(wèi)星傳輸中的安全認(rèn)證技術(shù)體系。安全認(rèn)證系統(tǒng)內(nèi)置在消息發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備中，包括安全認(rèn)證信息生成設(shè)備和驗(yàn)證設(shè)備，如圖4所示。其中前端實(shí)現(xiàn)安全認(rèn)證信息的生成和發(fā)送，終端實(shí)現(xiàn)接收和處理。

前端設(shè)備對(duì)緊急廣播消息進(jìn)行數(shù)字簽名，生成安全認(rèn)證信息，經(jīng)緊急廣播消息發(fā)送模塊復(fù)用為一路傳輸流后，傳送給衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)。

安全認(rèn)證終端接收傳輸流并對(duì)安全認(rèn)證信息進(jìn)行驗(yàn)證，將驗(yàn)證結(jié)果傳給緊急廣播消息接收模塊，只有驗(yàn)證通過(guò)的數(shù)據(jù)才會(huì)傳給適配封裝設(shè)備。

3.適配封裝類(lèi)接口

緊急廣播消息接收設(shè)備與適配封裝設(shè)備接口。

在緊急廣播系統(tǒng)中，中央平臺(tái)通過(guò)衛(wèi)星鏈路傳送緊急廣播消息到調(diào)頻廣播、有線(xiàn)前端、地面數(shù)字電視前端及CMMB省平臺(tái)等等，因此在傳送至衛(wèi)星傳輸信道前，廣播消息封裝為能夠在衛(wèi)星信道上傳輸?shù)母袷健?/p>

圖3 緊急廣播消息衛(wèi)星信道傳輸流程

圖4 緊急廣播衛(wèi)星傳輸安全認(rèn)證總體構(gòu)成

圖5 緊急廣播效果評(píng)估系統(tǒng)示意圖

緊急廣播消息接收設(shè)備負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星信號(hào)，根據(jù)緊急廣播消息中的調(diào)用播出系統(tǒng)類(lèi)型和覆蓋區(qū)域信息等控制指令判斷是否響應(yīng)該消息。如需響應(yīng)，則將緊急廣播消息發(fā)送給緊急廣播適配封裝設(shè)備。緊急廣播消息接收設(shè)備與適配封裝設(shè)備之間采用以太網(wǎng)連接。指令信息通過(guò)UDP協(xié)議傳輸；音頻節(jié)目通過(guò)TS over UDP方式傳輸。適配封裝設(shè)備在接收到消息后采用TCP協(xié)議將狀態(tài)反饋信息傳輸給接收設(shè)備。

4.效果評(píng)估類(lèi)接口

緊急廣播效果評(píng)估系統(tǒng)如圖5所示，其中涉及接收設(shè)備與效果評(píng)估系統(tǒng)接口和終端采集設(shè)備與效果評(píng)估系統(tǒng)接口。

（1）緊急廣播消息接收設(shè)備與效果評(píng)估系統(tǒng)接口

在緊急廣播生成與發(fā)布系統(tǒng)中，接收設(shè)備同時(shí)還各設(shè)備的處理結(jié)果反饋回緊急廣播發(fā)布效果評(píng)估系統(tǒng)。

狀態(tài)數(shù)據(jù)的回傳需要通過(guò)緊急廣播消息接收設(shè)備與效果評(píng)估系統(tǒng)接口聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。接收設(shè)備具備數(shù)據(jù)回傳模塊，將消息接收設(shè)備、適配封裝設(shè)備、播出插入設(shè)備的接收狀態(tài)通過(guò)GPRS通道反饋至效果評(píng)估系統(tǒng)。回傳數(shù)據(jù)主要包括發(fā)布渠道、緊急廣播消息ID、設(shè)備編號(hào)、接收時(shí)間等，中心平臺(tái)系統(tǒng)可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)的回傳情況判斷消息發(fā)布過(guò)程中，接收處理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）終端采集設(shè)備與發(fā)布效果評(píng)估系統(tǒng)接口

發(fā)布效果采集數(shù)據(jù)的回傳，則需要通過(guò)發(fā)布效果采集終端和發(fā)布效果評(píng)估子系統(tǒng)回傳接口模塊間的聯(lián)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)。回傳接口基于GPRS建立網(wǎng)絡(luò)通道，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，將終端采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)稱(chēng)密鑰和非對(duì)稱(chēng)密鑰相結(jié)合的形式加密，以保證數(shù)據(jù)的安全性。在數(shù)據(jù)上傳至回傳接口時(shí)采用數(shù)字簽名技術(shù)，以防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被篡改或偽造。

發(fā)布效果采集終端利用緊急廣播消息發(fā)布效果信息采集和回傳技術(shù)，將消息發(fā)布通道類(lèi)型、消息內(nèi)容、終端接收時(shí)間等數(shù)據(jù)傳送至中央平臺(tái)的緊急廣播發(fā)布效果綜合分析子系統(tǒng)的專(zhuān)用回傳設(shè)備，通過(guò)收集、分析發(fā)布效果采集終端回傳的數(shù)據(jù)，緊急廣播中央平臺(tái)可以對(duì)緊急廣播消息的發(fā)布效果進(jìn)行綜合評(píng)估。