紧急广播应用示范系统接口设计

+ 杜国柱 李玉环 任鹤义 国家广播电影电视总局监管中心

目前，美国、日本、英国、德国、以色列等国家，都把广播电视作为政府应急系统中的重要信息发布通道，将广播电视相关单位纳入紧急报警系统成员单位，建立了紧急广播警告系统。

美国早在1963年就开始建设紧急广播系统。最初的设计目的是，国家处于紧急状况时给总统提供一个能迅速通告全民的通信方式。后来在美国联邦通讯委员会（FCC），联邦应急管理局（FEMA）和国家气象服务局（NWS）三个部门共同努力下，紧急广播系统逐步完善，更名为紧急警告系统（EAS）。EAS由广播电台、电视台、无线网、有线网、卫星广播等组成,除了能实现全国范围的紧急警告之外，州或当地发生紧急情况时也可以使用。

日本紧急警报系统由紧急预警广播系统（EWBS）和紧急地震速报系统（EEW）这两套独立的系统组成。紧急预警广播系统将提前预测到的地震、海啸等灾害预警信息通过广播电视系统发布，其原理是通过一个高优先级的控制指令，控制广播、电视接收机自动切换接收紧急警报信息。紧急地震速报系统则在发生大地震后第一时间（在几秒到几十秒内）将地震信息播报给公众，其原理是利用地震波P波、S波传输速度存在差异的特点，在地震仪已经监测到烈度5级以上地震后，快速、自动通过广播电视系统将地震信息进行播报。

欧洲电信标准机构（ETSI）针对紧急通信，于2002年4月成立紧急通信（EMTEL）工作组，负责制定欧洲的紧急通信标准。EMTEL主要由广播电视系统组成，如AM/FM广播，有线/无线电视等，还有固话网、移动通信网、因特网、业务广播电台等通信系统作为重要的补充。

这些国家的紧急广播系统的主要特点有：系统自动运行、信息获取冗余、定期测试、多种语言、分级分区发送。

中国的紧急广播体系建设正处于起步阶段，相关科研工作逐步推进的步伐正在加快。2009年，在广电总局科技司的推动下，监管中心承担了国家科技支撑计划项目“广播电视监管关键技术研究及应用”（项目编号2009BAH40B00），相关紧急广播关键技术研究、紧急广播消息生成发布系统的研究陆续展开，并取得了丰硕的科研成果。该项目研究内容包括紧急广播消息生成发布系统技术框架、业务流程，消息生成与系统联动技术、资源管理与资源调度等关键技术以及应用示范等，并基本完成了对系统接口的设计，实现紧急广播通过广电网络传输覆盖网的分级分区发送。为了充分验证课题科研成果，课题组在现有科研成果的基础上，组织开展了紧急广播应用示范工作。

通过应用示范，完成紧急广播消息生成与发布系统及相关系统和设备的集成，建立了1个中央平台和2个省级分平台，开展地面数字电视、移动多媒体广播（CMMB）、有线数字电视、调频广播、直播卫星紧急广播应用示范，实现紧急广播从信息源接收分析，到消息生成、发布、接收的全流程处理应用示范以及发布效果评估，完善了系统结构、优化了系统功能，为建立紧急广播系统奠定基础。

一、紧急广播应用示范系统架构和接口设计的基本思路

1.系统架构

基于紧急广播应用示范研究成果，按照“一个中央平台、两个省平台、五种发布渠道”的架构体系，搭建了紧急广播应用示范系统架构，如图1所示。

2.工作流程

国家相关应急部门向中央平台发布紧急广播信息，中央平台接收到紧急广播信息后，通过调度系统对其进行处理，加入控制指令之后，有条件、可选择地进行紧急广播消息下发。紧急广播应用示范的工作流程就是模拟上述流程的。其目的是，在紧急广播消息中正确加入发布信息，包含发布区域、发布方式、发布资源类型等关键信息的控制指令，并通过多种方式安全可靠地发送到广播电视传输覆盖系统的各类前端和台站的目的。播出前端、台站的紧急广播消息接收处理设备接收到紧急广播消息后，解析出控制指令后进行紧急广播消息的适配封装与播出插入。各类接收终端接收后能够及时播放相应的紧急广播消息。在2012年的应用示范中，已实现在地面数字电视、移动多媒体广播（CMMB）、有线数字电视、调频广播、直播卫星五类播出前端进行紧急广播消息的适配、封装和插入。同时，通过发布效果采集系统，利用服务端对消息接收处理设备以及采集终端接收到的信息状态反馈进行综合分析，能够给出发布效果综合评价，实现紧急广播消息发布效果指标（发布率、覆盖率、时效性、准确率）的实时评估。

3.设计思路

基于紧急广播应用示范技术架构，在接口设计时，重点考虑了四类接口如下。

一是平台外联类接口，重点解决紧急广播调度控制平台与信息源单位紧急广播信息的联动问题，以及中央调度控制平台与省级调度控制平台之间的信息交互问题。

二是卫星传输类接口，重点解决紧急广播音频文件、文本信息以及紧急广播指令的卫星传输格式问题，同时，解决紧急广播信息在基于卫星开路信道传输中的安全问题。

图1 紧急广播应用示范系统总体结构框图

三是适配封装类接口，重点解决各类广播电视前端台站接收到紧急广播信息后，如何将紧急广播信息适配封装至传输覆盖通道的问题。

四是效果评估类接口，重点解决紧急广播接收处理设备以及紧急广播采集设备向紧急广播发布平台反馈效果采集数据的问题。

二、紧急广播应用示范体系接口设计

1.平台外联类接口

平台外联类接口有：紧急广播信息源联动接口、中央平台和地方平台接口、紧急广播中央平台与消息发送设备接口。

（1）紧急广播信息源联动接口

当发生紧急事件时，作为紧急广播消息来源单位，应急部门通过信息源发布平台向紧急广播中央平台提出紧急广播消息申请，中央平台对提请的消息做出解析、验证、解密之后，再生成、发布紧急广播消息，通过传输覆盖系统播出。紧急广播信息源联动接口关系如图2所示。

中央平台与信息源之间数据发送与接收使用专网进行传输，数据传输方式采用TCP/IP方式，应用层采用Http协议。由于紧急广播中央平台要支持多条通路，对数据格式的规范统一要求比较高，因此系统选择了XML数据格式。

（2）中央平台和地方平台接口

根据紧急广播框架方案的设计，紧急广播平台体系为中央平台与地方平台二级平台体系。在应用示范过程中，依据属地响应原则，中央平台可通过卫星传输链路传送紧急广播消息到调频发射、有线前端等各类传输覆盖前端/台站；地方省级平台直接向属地的各前端/台站发布紧急广播消息；当地方平台需要使用卫星通道时，可将发布信息上传至中央平台，由中央平台统一调度代为发布。

中央平台与地方平台间需要通过联动接口实现互联互通和数据双向交互，如图2所示。两个平台的联动接口基于广电专网进行连接。在进行数据交互时，对数据交互节点的身份和口令进行认证，并对上传节点进行权限识别。只有通过安全验证的数据交互节点传输的数据，才会被中央平台或地方平台接收并处理。通过联动接口传递的紧急广播信息必须符合相关紧急广播信息生成技术规范，发布效果评估数据必须符合相关效果评估系统的数据格式，接口能够支持视音频、文本、图片等数据的传输。

（3）紧急广播中央平台与消息发送设备接口

图2 紧急广播消息源联动及平台关系结构图

中央平台与消息发送设备间需要通过联动接口实现互联互通和数据双向交互。紧急广播中央平台作为紧急广播信息的生成和控制中心，可以生成统一格式规范的紧急广播信息，并控制消息发送设备进行紧急广播消息发送。中央平台与消息发送设备之间的接口协议采用TCP/IP协议，消息发送的格式采用xml字符串的格式。

2.卫星传输类接口

（1）卫星传输格式

在紧急广播系统中，紧急广播消息通过卫星传输，传输前紧急广播消息应封装为能够在卫星信道上传输的格式，封装由紧急广播消息发送设备完成，如图3所示。

紧急广播传输流中包含紧急广播文本内容、音频节目以及紧急广播控制指令。文本内容包含紧急广播调度控制信息和文本信息；音频节目包含多个语种。

通过卫星信道传输紧急广播文本信息、指令和音频节目，需要将其封装到符合DVB标准的TS流内。文本信息和指令使用符合DVB标准的私有段格式的专用紧急广播表来封装，采用固定PID传输紧急广播专用表，封装入TS流。音频节目作为普通广播业务一同封装入TS流中，通过卫星信道传输。

紧急广播传输流采用TS包来承载，TS包的长度为188字节。传输流应符合标准 《GB/T 17975.1-2010信息技术 运动图像及其伴音信息的通用编码 第1部分：系统》中定义的传输流和传输流分组层，应包含标准《GB/T 17975.1-2010 信息技术 运动图像及其伴音信息的通用编码 第1部分：系统》中定义的节目相关表和节目映射表。

（2）卫星传输安全认证

在紧急广播系统中，广播消息可通过有线、地面、卫星等各种不同的传输方式。在卫星传输方面，由于卫星传输信道的开放性，需要保护广播消息的合法性、真实性和有效性。因此，通过相关紧急广播卫星传输安全认证技术规范，规定应用示范中广播消息在卫星传输中的安全认证技术体系。安全认证系统内置在消息发送设备和接收设备中，包括安全认证信息生成设备和验证设备，如图4所示。其中前端实现安全认证信息的生成和发送，终端实现接收和处理。

前端设备对紧急广播消息进行数字签名，生成安全认证信息，经紧急广播消息发送模块复用为一路传输流后，传送给卫星地球站上行系统。

安全认证终端接收传输流并对安全认证信息进行验证，将验证结果传给紧急广播消息接收模块，只有验证通过的数据才会传给适配封装设备。

3.适配封装类接口

紧急广播消息接收设备与适配封装设备接口。

在紧急广播系统中，中央平台通过卫星链路传送紧急广播消息到调频广播、有线前端、地面数字电视前端及CMMB省平台等等，因此在传送至卫星传输信道前，广播消息封装为能够在卫星信道上传输的格式。

图3 紧急广播消息卫星信道传输流程

图4 紧急广播卫星传输安全认证总体构成

图5 紧急广播效果评估系统示意图

紧急广播消息接收设备负责接收卫星信号，根据紧急广播消息中的调用播出系统类型和覆盖区域信息等控制指令判断是否响应该消息。如需响应，则将紧急广播消息发送给紧急广播适配封装设备。紧急广播消息接收设备与适配封装设备之间采用以太网连接。指令信息通过UDP协议传输；音频节目通过TS over UDP方式传输。适配封装设备在接收到消息后采用TCP协议将状态反馈信息传输给接收设备。

4.效果评估类接口

紧急广播效果评估系统如图5所示，其中涉及接收设备与效果评估系统接口和终端采集设备与效果评估系统接口。

（1）紧急广播消息接收设备与效果评估系统接口

在紧急广播生成与发布系统中，接收设备同时还各设备的处理结果反馈回紧急广播发布效果评估系统。

状态数据的回传需要通过紧急广播消息接收设备与效果评估系统接口联动来实现。接收设备具备数据回传模块，将消息接收设备、适配封装设备、播出插入设备的接收状态通过GPRS通道反馈至效果评估系统。回传数据主要包括发布渠道、紧急广播消息ID、设备编号、接收时间等，中心平台系统可以通过这些数据的回传情况判断消息发布过程中，接收处理设备的运行状态。

（2）终端采集设备与发布效果评估系统接口

发布效果采集数据的回传，则需要通过发布效果采集终端和发布效果评估子系统回传接口模块间的联动接口实现。回传接口基于GPRS建立网络通道，在进行数据交互时，需要对数据进行加密，将终端采集到的数据通过对称密钥和非对称密钥相结合的形式加密，以保证数据的安全性。在数据上传至回传接口时采用数字签名技术，以防止数据在传输过程中被篡改或伪造。

发布效果采集终端利用紧急广播消息发布效果信息采集和回传技术，将消息发布通道类型、消息内容、终端接收时间等数据传送至中央平台的紧急广播发布效果综合分析子系统的专用回传设备，通过收集、分析发布效果采集终端回传的数据，紧急广播中央平台可以对紧急广播消息的发布效果进行综合评估。