一種基于數字電視的應急廣播系統設計

丁森華，劉春江，張乃光，馬　艷

(國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院，北京100866)

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一種基于數字電視的應急廣播系統設計

丁森華，劉春江，張乃光，馬艷

(國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院，北京100866)

摘要:針對應急廣播實際要求，提出了一種基于數字電視的應急廣播系統，介紹了其總體技術架構及應急信息發布主要模式，闡述了數字電視應急廣播管理系統的日常節目播發管理、應急信息發布、應急廣播播發控制、播發效果評估、運維管理和安全保護等系統功能，最后說明了應急廣播指令生成控制服務器、安全服務設備、證書管理設備等主要設備的功能要求。

關鍵詞:應急廣播；數字電視；系統設計

應急廣播是國家應急體系中的一個重要組成部分，已被納入國家“十二五”規劃。應急廣播能夠提高政府保障公共安全和處置突發公共事件的能力，預防和減少突發公共事件及其造成的損害，保障公眾生命財產安全[1]。根據播出系統的不同，應急廣播系統可能采取不同的技術架構和方案，本文提出了一種基于數字電視的應急廣播系統架構設計，為應急廣播系統構建提供技術參考。

1總體架構

數字電視系統可分為地面數字電視和有線數字電視，基于兩者構建的應急廣播系統在系統架構及功能方面基本相同，本文統稱為基于數字電視的應急廣播系統，在有區別的時候加以特別說明。基于數字電視的應急廣播系統如圖1所示。

基于數字電視的應急廣播系統由應急廣播管理系統、主要控制設備、應急廣播數字電視終端等組成，與數字電視前端系統共同完成應急廣播功能，數字電視前端系統為圖1灰色框圖部分。應急廣播管理系統結合電話及短信接入控制器接入各種應急信息，根據要求生成指令數據和音頻數據，并對指令數據進行簽名。應急廣播指令生成控制器實現指令數據的生成、封裝，并結合安全服務專用設備對數據進行簽名。所有設備接收GPS時鐘服務器的時鐘信息，實現設備校時并保證指令中相關時間的準確度。音頻編碼器則按照要求實現對模擬或數字音頻的編碼。另外圖中所有的模塊或者設備均為邏輯實體，實際物理設備可能有一個或多個邏輯模塊或設備構成。

2應急信息發布主要模式

2.1通過網絡平臺發布應急信息

應急部門通過網絡平臺與應急廣播系統進行對接，并發布應急信息。主要流程如下：

1)應急辦等部門建立應急信息發布平臺，按照信息源聯動接口協議，與數字電視應急廣播系統進行對接；或向數字電視應急廣播系統提供發布界面，應急辦等部門用戶登錄到該界面進行發布操作，所有的發布指令都進行數字簽名。

2)應急辦等部門用戶按照發布要求，提供應急信息文本內容或音頻內容、事件類別、時間級別、發布區域、發布時間等信息后確認發送，所有的發布指令都進行數字簽名。

3)應急廣播系統對接收到的內容及其簽名進行驗證，通過驗證后按照要求進行發布。

4)應急廣播系統接收統計發布效果數據，并反饋到應急辦等部門。

2.2通過電話發布應急信息

用戶通過電話發布應急信息流程如下：

1)遠程用戶通過電話撥打數字電視應急廣播系統所提供的應急信息發布電話號碼。

2)遠程用戶輸入密碼、發布區域等信息。

3)應急廣播系統驗證遠程用戶電話號碼、密碼、權限及發布區域等，通過驗證后提示遠程用戶進行語音發布。

4)遠程用戶進行語音發布。

5)所有發布記錄及內容都被數字電視應急廣播系統保存。

2.3通過短信發布應急信息

用戶通過短信發布應急信息流程如下：

1)遠程用戶提供密碼、發布區域、發布內容等信息，并通過短信發送到數字電視應急廣播系統所提供的應急信息發布短信號碼。

2)應急廣播系統驗證用戶電話號碼、密碼、權限及發布區域等，通過驗證后將應急信息文本轉換成音頻進行發布。

3)所有發布記錄及內容都被數字電視應急廣播系統保存。

3數字電視應急廣播管理系統功能

數字電視應急廣播管理系統為應急廣播業務控制及管理系統，實現各種應急廣播業務功能，并對設備和終端進行管理。數字電視應急主要功能包括日常節目播發管理、應急廣播信息接入、應急廣播信息播發控制、日常廣播播出、設備及終端管理、設備及終端狀態監控等[2]。

3.1日常節目播發管理

數字電視應急廣播系統具備接收、傳送上級廣播節目和本地廣播節目的功能。數字電視應急廣播系統能夠按照設定的時段編排計劃，定時自動傳送日常廣播節目，開展文化宣傳等公共服務。

3.2應急信息發布

數字電視應急廣播系統提供應急信息發布平臺，實現網絡平臺及電話短信等多種應急發布方式。數字電視應急廣播系統提供應急信息接入接口，實現外部應急信息發布部門系統(包括本級應急信息發布部門系統、上級應急廣播系統等)與本系統的對接；對應急部門的各接入點基本信息及地址信息進行配置管理，對應急部門發布的信息進行接入處理。應急部門發布的信息包括文本文件、音頻文件和音頻流。在授權許可的情況下，數字電視應急廣播系統支持遠程用戶通過電話及短信發布應急信息。

數字電視應急廣播系統通過各種信息安全技術(包括數字證書和數字簽名、用戶名和密碼、白名單等)，對不同來源的用戶身份進行驗證，保證系統接入和播發的安全。

數字電視應急廣播系統對接收到的信息(包括文本文件、音頻文件、音頻流、電話、短信)進行解析、驗證、存儲，保存接收處理日志。能夠對應急信息進行查詢、統計。

在應急信息播發完成后，數字電視應急廣播系統將信息播發結果反饋給對應的應急部門。

3.3應急廣播播發控制

數字電視應急廣播系統可針對各類突發公共事件，按照性質、程度、可控性和范圍等分類分級廣播；系統提取需要播發的應急信息，根據播發要求生成應急廣播音頻數據和應急廣播播發控制指令數據。按照應急廣播數據播發的要求將音頻數據進行數據轉換和封裝，最后將控制指令數據和封裝后的音頻數據進行復用、調制和發射。如果信息為文本格式，則將文本信息轉換成音頻數據。應急廣播播發控制指令包括信號源切換控制、設備及終端開關機控制、優先級控制、播發分級分區控制、播發時間設置、設備校時、頻率設置等。數字電視應急廣播系統對日常廣播節目、應急信息音頻、緊急語音等多路信號源進行靈活切換，控制廣播信號的輸出。應急廣播播發優先級高于日常廣播節目傳送，其他優先級則可通過系統進行配置。應急廣播播發控制指令的安全保護參見“安全保護”部分。

3.4應急廣播播發效果評估

數字電視應急廣播系統接收應急廣播終端的播發結果反饋數據，按照要求進行數據統計，并對播發效果評估。最終的評估數據將反饋到對應的應急消息發布方。

3.5運維管理

數字電視應急廣播系統能夠支持系統的運維管理，主要包括用戶管理、設備管理和終端管理、設備狀態監控和終端狀態監控、平臺播發內容及日志管理和終端播發內容及日志管理、系統操作日志管理、數據存儲備份管理、系統應急演練等。

用戶管理主要對數字電視應急廣播系統的用戶(包括客戶端用戶、電話用戶、短信用戶)進行統一管理，按照要求對不同級別及區域用戶授予不同角色和權限。電話及短信接入播控器統一接收數字電視應急廣播系統的用戶(電話號碼)授權控制配置。

設備管理和終端管理主要包括對應急廣播終端、各級平臺關鍵設備的型號、編碼等設備信息，以及安裝地點、參數配置、操作記錄、維護情況等運維信息進行統一的信息管理功能，能夠遠程修改設備的編碼、頻率、音量、開關等配置參數。

設備狀態監控和終端狀態監控主要包括對應急廣播終端、各級平臺關鍵設備等系統內設備的運行狀態進行監控和管理的功能；能夠通過回傳網絡定期或實時接收各級平臺關鍵設備、應急廣播終端的開關機狀態、音量大小、接收頻率、信號強度、操作記錄等信息，并能夠根據設備狀態回傳信息實現對設備運行狀態的實時監控。應急廣播數字電視終端可配置回傳模塊，并能夠支持網絡升級和新設備的加入。終端的播發內容可在網絡條件滿足的情況下回傳到管控平臺進行實時監聽和保存備查。

數字電視應急廣播系統能夠對各級平臺的日常廣播節目和應急信息(文本文件、音頻文件、音頻流)播發內容及日志、終端播發內容及日志進行記錄和查詢。

系統操作日志管理主要包括關鍵操作日志的記錄、查詢功能。

數據存儲備份管理主要包括具備系統數據庫的定期備份、故障恢復等功能。

系統應急演練能夠實現在公眾終端不開啟的情況下測試各級應急廣播信息播發功能和效果。

3.6安全保護

數字電視應急廣播系統利用數字證書、數字簽名等信息安全技術，構建系統的安全認證體系。數字電視應急廣播系統對平臺下發的控制指令附加安全認證信息，使下級平臺或應急廣播終端能夠對控制指令進行解析驗證，確保控制指令的完整性和來源合法。數字電視應急廣播系統將待簽名的數據發送給安全服務設備，安全服務設備生成簽名后返回給數字電視應急廣播系統，實現對應急廣播指令流進行簽名保護。

數字電視應急廣播系統對外部接入的應急信息進行安全認證信息的解析、驗證，確保應急信息的完整性和來源的合法性。

數字電視應急廣播系統管理維護短信及電話使用者的白名單、密碼、分區匹配等信息，并對其在使用短信及電話撥出時進行安全認證。

4主要設備功能

4.1應急廣播指令生成控制服務器

在應急廣播管理系統的管理控制下，按照相關技術規范，實現廣播終端開播、停播、開關機控制、音量控制、廣播節目流選擇等指令發布功能。能夠接收應急廣播管理系統的播控指令和參數設置指令，按照要求進行處理；能夠產生應急廣播指令流并通過安全服務設備生成簽名，送入復用器與數字電視節目流進行復用；支持通過GPS時鐘服務器自動校時；按照要求發送終端校時指令，校時終端時間；支持按分區域進行開關機、音量大小及頻率設置等操作；能夠對終端地址進行配置。

4.2電話接入播控器

電話播控器對電話的遠程呼叫進行接入、驗證和控制，并將經過驗證的遠程電話的音頻轉換接入到應急廣播系統。支持來電監控及錄音：能夠實時提醒來電信息，監聽所有通話內容，并對所有來電進行錄音和存儲；支持安全控制，只有授權電話才允許呼入，用戶接入需要主動認證權限和密碼，密碼驗證通過后才可進入應急廣播。每個授權電話號碼擁有不同的播出權限。播出區域控制：用戶輸入播出區域，對指定區域進行遠程應急播出；支持來電內容及日志查詢，對呼入號碼、呼入時間、通話時長等信息實現記錄查詢，對所有來電進行錄音回放；所有來電內容和日志需與數字電視應急廣播系統進行實時數據同步；支持系統配置，可通過數字電視應急廣播系統對授權號碼、權限設置等進行配置。

4.3短信接入播控器

短信接入播控器用于短信播出接入，負責將接收合法來源的短信并經過文轉語后，將音頻信號送入到應急廣播系統。能夠實時提醒短信信息，可監看所有短信內容；安全控制支持，只有授權電話才允許呼入，具有電話號碼白名單設置功能，每個授權電話號碼可對應默認播出區域碼。用戶接入需要主動認證權限和密碼，密碼驗證通過后進行應急廣播。支持播出區域控制，支持用戶輸入播出區域，對指定區域進行遠程應急播出；支持文字轉語音，具備短信語音合成功能。支持信息過濾功能，接收并自動識別合法、非法短信內容；能夠對所有短信的播出音頻進行錄音，記錄所有短信信息，能夠對短信發送號碼、呼入時間、短信長度、短信內容、播出視頻等信息進行查詢，所有短信內容和日志需與數字電視應急廣播系統進行實時數據同步；支持系統配置，可通過數字電視應急廣播系統對授權號碼、權限設置等進行配置。

4.4安全服務設備

安全服務設備是應急廣播指令與消息安全保護的專用設備；為系統發送的應急廣播指令提供數字簽名服務，為系統接收到的上級應急廣播消息提供簽名驗證服務。安全服務設備一般主要功能包括：支持SM2/SM3/SM4等密碼算法；支持密鑰存儲、備份、恢復，可擴展支持多臺設備互備或負載；支持應急廣播指令簽名與驗證；支持應急廣播消息簽名與驗證；支持應急廣播專用證書格式和X.509證書格式；支持圖形化的設備管理客戶端軟件，所有的操作過程均自動記錄日志。

4.5證書管理設備

證書管理設備實現對數字證書的管理，主要功能包括：支持SM2/SM3/SM4等密碼算法；支持基于SM2密碼算法的數字證書格式規范[3]；支持應急廣播專用證書格式規范；支持USB/串口安全模塊證書管理；支持多種方式的證書灌裝；支持多級證書管理；支持廣播、IP、數字電視等多種傳輸系統的數字證書管理；支持證書簽發記錄查詢、注銷證書查詢等；支持證書管理統計報表功能；使用國家密碼管理局認可的密碼部件和芯片；具備完善的密鑰管理機制；需采用安全機制保障密鑰和證書等敏感信息的安全存儲；具備嚴格的管理員身份驗證機制；具體完善的日志審計功能；支持與上級應急廣播安全認證中心之間的安全通信協議。

4.6應急廣播數字電視終端

應急廣播數字電視終端從地面數字電視信號中解調并解碼應急廣播指令和音頻，對指令簽名進行驗證，根據指令來播放廣播內容。主要功能包括接收和解調、解碼TS廣播平臺播出的各種音頻數據流和指令流，指令流符合相關傳輸技術規范，集成國密算法的硬件安全模塊，支持數字簽名和簽名驗證；支持發送端和接收端數字證書管理；采用安全機制保障密鑰和證書等敏感信息的安全存儲；支持遠程參數設置，能夠遠程設置頻率、音量、開關機、邏輯地址、回傳信息等參數；具備數據回傳接口及功能。根據終端自身軟硬件的實際情況，可選擇是否采取相關技術實現終端遠程喚醒功能[4]。

5小結

應急廣播系統的技術研究和建設仍在起步階段，相關管理制度、工作流程和技術規范需要進一步進行討論制定。本文提出的基于數字電視的應急廣播系統架構為一種參考邏輯架構，在實際建設過程中需要根據相關法律法規、技術規范以及實際使用要求進行修改和調整。

參考文獻：

[1]王效杰.國家應急廣播體系規劃與建設[J].中國廣播，2014(10)：11-13.

[2]丁森華.應急廣播調度控制平臺框架模型研究[J].電視技術，2015，39(24)：11-15.

[3]GM/T0015—2012，基于SM2密碼算法的數字證書格式規范[S].2012.

[4]劉春江.一種有線數字電視機頂盒遠程喚醒實現方法[J].電視技術，2014，38(17)：60-62.

責任編輯：許盈

Design of emergency broadcast system based on digital television

DING Senhua, LIU Chunjiang, ZHANG Naiguang, MA Yan

(AcademyofBroadcastingScience,Beijing100866,China)

Key words:emergency broadcast; digital television; system design

Abstract:According to the requirements of emergency broadcast, a new emergency broadcast system based on digital TV is proposed. The article presents its overall technical architecture and the main mode of emergency information issuance, describes the program management, emergency information issuance, emergency broadcast control, effect evaluation, operation and maintenance management and safety protection system functions, and finally explains the functional requirements of the emergency broadcast instruction server, security services equipment, certificate management equipment, and other major equipment.

中圖分類號：TN93

文獻標志碼：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.01.011

收稿日期：2015-11-03

文獻引用格式：丁森華，劉春江，張乃光，等.一種基于數字電視的應急廣播系統設計[J].電視技術，2016，40(1)：58-61.

DING S H,LIU C J,ZHANG N G,et al.Design of emergency broadcast system based on digital television[J].Video engineering，2016，40(1)：58-61.