緊急廣播應用示范系統接口設計

+ 杜國柱 李玉環 任鶴義 國家廣播電影電視總局監管中心

目前，美國、日本、英國、德國、以色列等國家，都把廣播電視作為政府應急系統中的重要信息發布通道，將廣播電視相關單位納入緊急報警系統成員單位，建立了緊急廣播警告系統。

美國早在1963年就開始建設緊急廣播系統。最初的設計目的是，國家處于緊急狀況時給總統提供一個能迅速通告全民的通信方式。后來在美國聯邦通訊委員會（FCC），聯邦應急管理局（FEMA）和國家氣象服務局（NWS）三個部門共同努力下，緊急廣播系統逐步完善，更名為緊急警告系統（EAS）。EAS由廣播電臺、電視臺、無線網、有線網、衛星廣播等組成,除了能實現全國范圍的緊急警告之外，州或當地發生緊急情況時也可以使用。

日本緊急警報系統由緊急預警廣播系統（EWBS）和緊急地震速報系統（EEW）這兩套獨立的系統組成。緊急預警廣播系統將提前預測到的地震、海嘯等災害預警信息通過廣播電視系統發布，其原理是通過一個高優先級的控制指令，控制廣播、電視接收機自動切換接收緊急警報信息。緊急地震速報系統則在發生大地震后第一時間（在幾秒到幾十秒內）將地震信息播報給公眾，其原理是利用地震波P波、S波傳輸速度存在差異的特點，在地震儀已經監測到烈度5級以上地震后，快速、自動通過廣播電視系統將地震信息進行播報。

歐洲電信標準機構（ETSI）針對緊急通信，于2002年4月成立緊急通信（EMTEL）工作組，負責制定歐洲的緊急通信標準。EMTEL主要由廣播電視系統組成，如AM/FM廣播，有線/無線電視等，還有固話網、移動通信網、因特網、業務廣播電臺等通信系統作為重要的補充。

這些國家的緊急廣播系統的主要特點有：系統自動運行、信息獲取冗余、定期測試、多種語言、分級分區發送。

中國的緊急廣播體系建設正處于起步階段，相關科研工作逐步推進的步伐正在加快。2009年，在廣電總局科技司的推動下，監管中心承擔了國家科技支撐計劃項目“廣播電視監管關鍵技術研究及應用”（項目編號2009BAH40B00），相關緊急廣播關鍵技術研究、緊急廣播消息生成發布系統的研究陸續展開，并取得了豐碩的科研成果。該項目研究內容包括緊急廣播消息生成發布系統技術框架、業務流程，消息生成與系統聯動技術、資源管理與資源調度等關鍵技術以及應用示范等，并基本完成了對系統接口的設計，實現緊急廣播通過廣電網絡傳輸覆蓋網的分級分區發送。為了充分驗證課題科研成果，課題組在現有科研成果的基礎上，組織開展了緊急廣播應用示范工作。

通過應用示范，完成緊急廣播消息生成與發布系統及相關系統和設備的集成，建立了1個中央平臺和2個省級分平臺，開展地面數字電視、移動多媒體廣播（CMMB）、有線數字電視、調頻廣播、直播衛星緊急廣播應用示范，實現緊急廣播從信息源接收分析，到消息生成、發布、接收的全流程處理應用示范以及發布效果評估，完善了系統結構、優化了系統功能，為建立緊急廣播系統奠定基礎。

一、緊急廣播應用示范系統架構和接口設計的基本思路

1.系統架構

基于緊急廣播應用示范研究成果，按照“一個中央平臺、兩個省平臺、五種發布渠道”的架構體系，搭建了緊急廣播應用示范系統架構，如圖1所示。

2.工作流程

國家相關應急部門向中央平臺發布緊急廣播信息，中央平臺接收到緊急廣播信息后，通過調度系統對其進行處理，加入控制指令之后，有條件、可選擇地進行緊急廣播消息下發。緊急廣播應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布信息，包含發布區域、發布方式、發布資源類型等關鍵信息的控制指令，并通過多種方式安全可靠地發送到廣播電視傳輸覆蓋系統的各類前端和臺站的目的。播出前端、臺站的緊急廣播消息接收處理設備接收到緊急廣播消息后，解析出控制指令后進行緊急廣播消息的適配封裝與播出插入。各類接收終端接收后能夠及時播放相應的緊急廣播消息。在2012年的應用示范中，已實現在地面數字電視、移動多媒體廣播（CMMB）、有線數字電視、調頻廣播、直播衛星五類播出前端進行緊急廣播消息的適配、封裝和插入。同時，通過發布效果采集系統，利用服務端對消息接收處理設備以及采集終端接收到的信息狀態反饋進行綜合分析，能夠給出發布效果綜合評價，實現緊急廣播消息發布效果指標（發布率、覆蓋率、時效性、準確率）的實時評估。

3.設計思路

基于緊急廣播應用示范技術架構，在接口設計時，重點考慮了四類接口如下。

一是平臺外聯類接口，重點解決緊急廣播調度控制平臺與信息源單位緊急廣播信息的聯動問題，以及中央調度控制平臺與省級調度控制平臺之間的信息交互問題。

二是衛星傳輸類接口，重點解決緊急廣播音頻文件、文本信息以及緊急廣播指令的衛星傳輸格式問題，同時，解決緊急廣播信息在基于衛星開路信道傳輸中的安全問題。

圖1 緊急廣播應用示范系統總體結構框圖

三是適配封裝類接口，重點解決各類廣播電視前端臺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題。

四是效果評估類接口，重點解決緊急廣播接收處理設備以及緊急廣播采集設備向緊急廣播發布平臺反饋效果采集數據的問題。

二、緊急廣播應用示范體系接口設計

1.平臺外聯類接口

平臺外聯類接口有：緊急廣播信息源聯動接口、中央平臺和地方平臺接口、緊急廣播中央平臺與消息發送設備接口。

（1）緊急廣播信息源聯動接口

當發生緊急事件時，作為緊急廣播消息來源單位，應急部門通過信息源發布平臺向緊急廣播中央平臺提出緊急廣播消息申請，中央平臺對提請的消息做出解析、驗證、解密之后，再生成、發布緊急廣播消息，通過傳輸覆蓋系統播出。緊急廣播信息源聯動接口關系如圖2所示。

中央平臺與信息源之間數據發送與接收使用專網進行傳輸，數據傳輸方式采用TCP/IP方式，應用層采用Http協議。由于緊急廣播中央平臺要支持多條通路，對數據格式的規范統一要求比較高，因此系統選擇了XML數據格式。

（2）中央平臺和地方平臺接口

根據緊急廣播框架方案的設計，緊急廣播平臺體系為中央平臺與地方平臺二級平臺體系。在應用示范過程中，依據屬地響應原則，中央平臺可通過衛星傳輸鏈路傳送緊急廣播消息到調頻發射、有線前端等各類傳輸覆蓋前端/臺站；地方省級平臺直接向屬地的各前端/臺站發布緊急廣播消息；當地方平臺需要使用衛星通道時，可將發布信息上傳至中央平臺，由中央平臺統一調度代為發布。

中央平臺與地方平臺間需要通過聯動接口實現互聯互通和數據雙向交互，如圖2所示。兩個平臺的聯動接口基于廣電專網進行連接。在進行數據交互時，對數據交互節點的身份和口令進行認證，并對上傳節點進行權限識別。只有通過安全驗證的數據交互節點傳輸的數據，才會被中央平臺或地方平臺接收并處理。通過聯動接口傳遞的緊急廣播信息必須符合相關緊急廣播信息生成技術規范，發布效果評估數據必須符合相關效果評估系統的數據格式，接口能夠支持視音頻、文本、圖片等數據的傳輸。

（3）緊急廣播中央平臺與消息發送設備接口

圖2 緊急廣播消息源聯動及平臺關系結構圖

中央平臺與消息發送設備間需要通過聯動接口實現互聯互通和數據雙向交互。緊急廣播中央平臺作為緊急廣播信息的生成和控制中心，可以生成統一格式規范的緊急廣播信息，并控制消息發送設備進行緊急廣播消息發送。中央平臺與消息發送設備之間的接口協議采用TCP/IP協議，消息發送的格式采用xml字符串的格式。

2.衛星傳輸類接口

（1）衛星傳輸格式

在緊急廣播系統中，緊急廣播消息通過衛星傳輸，傳輸前緊急廣播消息應封裝為能夠在衛星信道上傳輸的格式，封裝由緊急廣播消息發送設備完成，如圖3所示。

緊急廣播傳輸流中包含緊急廣播文本內容、音頻節目以及緊急廣播控制指令。文本內容包含緊急廣播調度控制信息和文本信息；音頻節目包含多個語種。

通過衛星信道傳輸緊急廣播文本信息、指令和音頻節目，需要將其封裝到符合DVB標準的TS流內。文本信息和指令使用符合DVB標準的私有段格式的專用緊急廣播表來封裝，采用固定PID傳輸緊急廣播專用表，封裝入TS流。音頻節目作為普通廣播業務一同封裝入TS流中，通過衛星信道傳輸。

緊急廣播傳輸流采用TS包來承載，TS包的長度為188字節。傳輸流應符合標準 《GB/T 17975.1-2010信息技術 運動圖像及其伴音信息的通用編碼 第1部分：系統》中定義的傳輸流和傳輸流分組層，應包含標準《GB/T 17975.1-2010 信息技術 運動圖像及其伴音信息的通用編碼 第1部分：系統》中定義的節目相關表和節目映射表。

（2）衛星傳輸安全認證

在緊急廣播系統中，廣播消息可通過有線、地面、衛星等各種不同的傳輸方式。在衛星傳輸方面，由于衛星傳輸信道的開放性，需要保護廣播消息的合法性、真實性和有效性。因此，通過相關緊急廣播衛星傳輸安全認證技術規范，規定應用示范中廣播消息在衛星傳輸中的安全認證技術體系。安全認證系統內置在消息發送設備和接收設備中，包括安全認證信息生成設備和驗證設備，如圖4所示。其中前端實現安全認證信息的生成和發送，終端實現接收和處理。

前端設備對緊急廣播消息進行數字簽名，生成安全認證信息，經緊急廣播消息發送模塊復用為一路傳輸流后，傳送給衛星地球站上行系統。

安全認證終端接收傳輸流并對安全認證信息進行驗證，將驗證結果傳給緊急廣播消息接收模塊，只有驗證通過的數據才會傳給適配封裝設備。

3.適配封裝類接口

緊急廣播消息接收設備與適配封裝設備接口。

在緊急廣播系統中，中央平臺通過衛星鏈路傳送緊急廣播消息到調頻廣播、有線前端、地面數字電視前端及CMMB省平臺等等，因此在傳送至衛星傳輸信道前，廣播消息封裝為能夠在衛星信道上傳輸的格式。

圖3 緊急廣播消息衛星信道傳輸流程

圖4 緊急廣播衛星傳輸安全認證總體構成

圖5 緊急廣播效果評估系統示意圖

緊急廣播消息接收設備負責接收衛星信號，根據緊急廣播消息中的調用播出系統類型和覆蓋區域信息等控制指令判斷是否響應該消息。如需響應，則將緊急廣播消息發送給緊急廣播適配封裝設備。緊急廣播消息接收設備與適配封裝設備之間采用以太網連接。指令信息通過UDP協議傳輸；音頻節目通過TS over UDP方式傳輸。適配封裝設備在接收到消息后采用TCP協議將狀態反饋信息傳輸給接收設備。

4.效果評估類接口

緊急廣播效果評估系統如圖5所示，其中涉及接收設備與效果評估系統接口和終端采集設備與效果評估系統接口。

（1）緊急廣播消息接收設備與效果評估系統接口

在緊急廣播生成與發布系統中，接收設備同時還各設備的處理結果反饋回緊急廣播發布效果評估系統。

狀態數據的回傳需要通過緊急廣播消息接收設備與效果評估系統接口聯動來實現。接收設備具備數據回傳模塊，將消息接收設備、適配封裝設備、播出插入設備的接收狀態通過GPRS通道反饋至效果評估系統。回傳數據主要包括發布渠道、緊急廣播消息ID、設備編號、接收時間等，中心平臺系統可以通過這些數據的回傳情況判斷消息發布過程中，接收處理設備的運行狀態。

（2）終端采集設備與發布效果評估系統接口

發布效果采集數據的回傳，則需要通過發布效果采集終端和發布效果評估子系統回傳接口模塊間的聯動接口實現。回傳接口基于GPRS建立網絡通道，在進行數據交互時，需要對數據進行加密，將終端采集到的數據通過對稱密鑰和非對稱密鑰相結合的形式加密，以保證數據的安全性。在數據上傳至回傳接口時采用數字簽名技術，以防止數據在傳輸過程中被篡改或偽造。

發布效果采集終端利用緊急廣播消息發布效果信息采集和回傳技術，將消息發布通道類型、消息內容、終端接收時間等數據傳送至中央平臺的緊急廣播發布效果綜合分析子系統的專用回傳設備，通過收集、分析發布效果采集終端回傳的數據，緊急廣播中央平臺可以對緊急廣播消息的發布效果進行綜合評估。