一种基于数字电视的应急广播系统设计

丁森华，刘春江，张乃光，马　艳

(国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京100866)



一种基于数字电视的应急广播系统设计

丁森华，刘春江，张乃光，马艳

(国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京100866)

摘要:针对应急广播实际要求，提出了一种基于数字电视的应急广播系统，介绍了其总体技术架构及应急信息发布主要模式，阐述了数字电视应急广播管理系统的日常节目播发管理、应急信息发布、应急广播播发控制、播发效果评估、运维管理和安全保护等系统功能，最后说明了应急广播指令生成控制服务器、安全服务设备、证书管理设备等主要设备的功能要求。

关键词:应急广播；数字电视；系统设计

应急广播是国家应急体系中的一个重要组成部分，已被纳入国家“十二五”规划。应急广播能够提高政府保障公共安全和处置突发公共事件的能力，预防和减少突发公共事件及其造成的损害，保障公众生命财产安全[1]。根据播出系统的不同，应急广播系统可能采取不同的技术架构和方案，本文提出了一种基于数字电视的应急广播系统架构设计，为应急广播系统构建提供技术参考。

1总体架构

数字电视系统可分为地面数字电视和有线数字电视，基于两者构建的应急广播系统在系统架构及功能方面基本相同，本文统称为基于数字电视的应急广播系统，在有区别的时候加以特别说明。基于数字电视的应急广播系统如图1所示。

基于数字电视的应急广播系统由应急广播管理系统、主要控制设备、应急广播数字电视终端等组成，与数字电视前端系统共同完成应急广播功能，数字电视前端系统为图1灰色框图部分。应急广播管理系统结合电话及短信接入控制器接入各种应急信息，根据要求生成指令数据和音频数据，并对指令数据进行签名。应急广播指令生成控制器实现指令数据的生成、封装，并结合安全服务专用设备对数据进行签名。所有设备接收GPS时钟服务器的时钟信息，实现设备校时并保证指令中相关时间的准确度。音频编码器则按照要求实现对模拟或数字音频的编码。另外图中所有的模块或者设备均为逻辑实体，实际物理设备可能有一个或多个逻辑模块或设备构成。

2应急信息发布主要模式

2.1通过网络平台发布应急信息

应急部门通过网络平台与应急广播系统进行对接，并发布应急信息。主要流程如下：

1)应急办等部门建立应急信息发布平台，按照信息源联动接口协议，与数字电视应急广播系统进行对接；或向数字电视应急广播系统提供发布界面，应急办等部门用户登录到该界面进行发布操作，所有的发布指令都进行数字签名。

2)应急办等部门用户按照发布要求，提供应急信息文本内容或音频内容、事件类别、时间级别、发布区域、发布时间等信息后确认发送，所有的发布指令都进行数字签名。

3)应急广播系统对接收到的内容及其签名进行验证，通过验证后按照要求进行发布。

4)应急广播系统接收统计发布效果数据，并反馈到应急办等部门。

2.2通过电话发布应急信息

用户通过电话发布应急信息流程如下：

1)远程用户通过电话拨打数字电视应急广播系统所提供的应急信息发布电话号码。

2)远程用户输入密码、发布区域等信息。

3)应急广播系统验证远程用户电话号码、密码、权限及发布区域等，通过验证后提示远程用户进行语音发布。

4)远程用户进行语音发布。

5)所有发布记录及内容都被数字电视应急广播系统保存。

2.3通过短信发布应急信息

用户通过短信发布应急信息流程如下：

1)远程用户提供密码、发布区域、发布内容等信息，并通过短信发送到数字电视应急广播系统所提供的应急信息发布短信号码。

2)应急广播系统验证用户电话号码、密码、权限及发布区域等，通过验证后将应急信息文本转换成音频进行发布。

3)所有发布记录及内容都被数字电视应急广播系统保存。

3数字电视应急广播管理系统功能

数字电视应急广播管理系统为应急广播业务控制及管理系统，实现各种应急广播业务功能，并对设备和终端进行管理。数字电视应急主要功能包括日常节目播发管理、应急广播信息接入、应急广播信息播发控制、日常广播播出、设备及终端管理、设备及终端状态监控等[2]。

3.1日常节目播发管理

数字电视应急广播系统具备接收、传送上级广播节目和本地广播节目的功能。数字电视应急广播系统能够按照设定的时段编排计划，定时自动传送日常广播节目，开展文化宣传等公共服务。

3.2应急信息发布

数字电视应急广播系统提供应急信息发布平台，实现网络平台及电话短信等多种应急发布方式。数字电视应急广播系统提供应急信息接入接口，实现外部应急信息发布部门系统(包括本级应急信息发布部门系统、上级应急广播系统等)与本系统的对接；对应急部门的各接入点基本信息及地址信息进行配置管理，对应急部门发布的信息进行接入处理。应急部门发布的信息包括文本文件、音频文件和音频流。在授权许可的情况下，数字电视应急广播系统支持远程用户通过电话及短信发布应急信息。

数字电视应急广播系统通过各种信息安全技术(包括数字证书和数字签名、用户名和密码、白名单等)，对不同来源的用户身份进行验证，保证系统接入和播发的安全。

数字电视应急广播系统对接收到的信息(包括文本文件、音频文件、音频流、电话、短信)进行解析、验证、存储，保存接收处理日志。能够对应急信息进行查询、统计。

在应急信息播发完成后，数字电视应急广播系统将信息播发结果反馈给对应的应急部门。

3.3应急广播播发控制

数字电视应急广播系统可针对各类突发公共事件，按照性质、程度、可控性和范围等分类分级广播；系统提取需要播发的应急信息，根据播发要求生成应急广播音频数据和应急广播播发控制指令数据。按照应急广播数据播发的要求将音频数据进行数据转换和封装，最后将控制指令数据和封装后的音频数据进行复用、调制和发射。如果信息为文本格式，则将文本信息转换成音频数据。应急广播播发控制指令包括信号源切换控制、设备及终端开关机控制、优先级控制、播发分级分区控制、播发时间设置、设备校时、频率设置等。数字电视应急广播系统对日常广播节目、应急信息音频、紧急语音等多路信号源进行灵活切换，控制广播信号的输出。应急广播播发优先级高于日常广播节目传送，其他优先级则可通过系统进行配置。应急广播播发控制指令的安全保护参见“安全保护”部分。

3.4应急广播播发效果评估

数字电视应急广播系统接收应急广播终端的播发结果反馈数据，按照要求进行数据统计，并对播发效果评估。最终的评估数据将反馈到对应的应急消息发布方。

3.5运维管理

数字电视应急广播系统能够支持系统的运维管理，主要包括用户管理、设备管理和终端管理、设备状态监控和终端状态监控、平台播发内容及日志管理和终端播发内容及日志管理、系统操作日志管理、数据存储备份管理、系统应急演练等。

用户管理主要对数字电视应急广播系统的用户(包括客户端用户、电话用户、短信用户)进行统一管理，按照要求对不同级别及区域用户授予不同角色和权限。电话及短信接入播控器统一接收数字电视应急广播系统的用户(电话号码)授权控制配置。

设备管理和终端管理主要包括对应急广播终端、各级平台关键设备的型号、编码等设备信息，以及安装地点、参数配置、操作记录、维护情况等运维信息进行统一的信息管理功能，能够远程修改设备的编码、频率、音量、开关等配置参数。

设备状态监控和终端状态监控主要包括对应急广播终端、各级平台关键设备等系统内设备的运行状态进行监控和管理的功能；能够通过回传网络定期或实时接收各级平台关键设备、应急广播终端的开关机状态、音量大小、接收频率、信号强度、操作记录等信息，并能够根据设备状态回传信息实现对设备运行状态的实时监控。应急广播数字电视终端可配置回传模块，并能够支持网络升级和新设备的加入。终端的播发内容可在网络条件满足的情况下回传到管控平台进行实时监听和保存备查。

数字电视应急广播系统能够对各级平台的日常广播节目和应急信息(文本文件、音频文件、音频流)播发内容及日志、终端播发内容及日志进行记录和查询。

系统操作日志管理主要包括关键操作日志的记录、查询功能。

数据存储备份管理主要包括具备系统数据库的定期备份、故障恢复等功能。

系统应急演练能够实现在公众终端不开启的情况下测试各级应急广播信息播发功能和效果。

3.6安全保护

数字电视应急广播系统利用数字证书、数字签名等信息安全技术，构建系统的安全认证体系。数字电视应急广播系统对平台下发的控制指令附加安全认证信息，使下级平台或应急广播终端能够对控制指令进行解析验证，确保控制指令的完整性和来源合法。数字电视应急广播系统将待签名的数据发送给安全服务设备，安全服务设备生成签名后返回给数字电视应急广播系统，实现对应急广播指令流进行签名保护。

数字电视应急广播系统对外部接入的应急信息进行安全认证信息的解析、验证，确保应急信息的完整性和来源的合法性。

数字电视应急广播系统管理维护短信及电话使用者的白名单、密码、分区匹配等信息，并对其在使用短信及电话拨出时进行安全认证。

4主要设备功能

4.1应急广播指令生成控制服务器

在应急广播管理系统的管理控制下，按照相关技术规范，实现广播终端开播、停播、开关机控制、音量控制、广播节目流选择等指令发布功能。能够接收应急广播管理系统的播控指令和参数设置指令，按照要求进行处理；能够产生应急广播指令流并通过安全服务设备生成签名，送入复用器与数字电视节目流进行复用；支持通过GPS时钟服务器自动校时；按照要求发送终端校时指令，校时终端时间；支持按分区域进行开关机、音量大小及频率设置等操作；能够对终端地址进行配置。

4.2电话接入播控器

电话播控器对电话的远程呼叫进行接入、验证和控制，并将经过验证的远程电话的音频转换接入到应急广播系统。支持来电监控及录音：能够实时提醒来电信息，监听所有通话内容，并对所有来电进行录音和存储；支持安全控制，只有授权电话才允许呼入，用户接入需要主动认证权限和密码，密码验证通过后才可进入应急广播。每个授权电话号码拥有不同的播出权限。播出区域控制：用户输入播出区域，对指定区域进行远程应急播出；支持来电内容及日志查询，对呼入号码、呼入时间、通话时长等信息实现记录查询，对所有来电进行录音回放；所有来电内容和日志需与数字电视应急广播系统进行实时数据同步；支持系统配置，可通过数字电视应急广播系统对授权号码、权限设置等进行配置。

4.3短信接入播控器

短信接入播控器用于短信播出接入，负责将接收合法来源的短信并经过文转语后，将音频信号送入到应急广播系统。能够实时提醒短信信息，可监看所有短信内容；安全控制支持，只有授权电话才允许呼入，具有电话号码白名单设置功能，每个授权电话号码可对应默认播出区域码。用户接入需要主动认证权限和密码，密码验证通过后进行应急广播。支持播出区域控制，支持用户输入播出区域，对指定区域进行远程应急播出；支持文字转语音，具备短信语音合成功能。支持信息过滤功能，接收并自动识别合法、非法短信内容；能够对所有短信的播出音频进行录音，记录所有短信信息，能够对短信发送号码、呼入时间、短信长度、短信内容、播出视频等信息进行查询，所有短信内容和日志需与数字电视应急广播系统进行实时数据同步；支持系统配置，可通过数字电视应急广播系统对授权号码、权限设置等进行配置。

4.4安全服务设备

安全服务设备是应急广播指令与消息安全保护的专用设备；为系统发送的应急广播指令提供数字签名服务，为系统接收到的上级应急广播消息提供签名验证服务。安全服务设备一般主要功能包括：支持SM2/SM3/SM4等密码算法；支持密钥存储、备份、恢复，可扩展支持多台设备互备或负载；支持应急广播指令签名与验证；支持应急广播消息签名与验证；支持应急广播专用证书格式和X.509证书格式；支持图形化的设备管理客户端软件，所有的操作过程均自动记录日志。

4.5证书管理设备

证书管理设备实现对数字证书的管理，主要功能包括：支持SM2/SM3/SM4等密码算法；支持基于SM2密码算法的数字证书格式规范[3]；支持应急广播专用证书格式规范；支持USB/串口安全模块证书管理；支持多种方式的证书灌装；支持多级证书管理；支持广播、IP、数字电视等多种传输系统的数字证书管理；支持证书签发记录查询、注销证书查询等；支持证书管理统计报表功能；使用国家密码管理局认可的密码部件和芯片；具备完善的密钥管理机制；需采用安全机制保障密钥和证书等敏感信息的安全存储；具备严格的管理员身份验证机制；具体完善的日志审计功能；支持与上级应急广播安全认证中心之间的安全通信协议。

4.6应急广播数字电视终端

应急广播数字电视终端从地面数字电视信号中解调并解码应急广播指令和音频，对指令签名进行验证，根据指令来播放广播内容。主要功能包括接收和解调、解码TS广播平台播出的各种音频数据流和指令流，指令流符合相关传输技术规范，集成国密算法的硬件安全模块，支持数字签名和签名验证；支持发送端和接收端数字证书管理；采用安全机制保障密钥和证书等敏感信息的安全存储；支持远程参数设置，能够远程设置频率、音量、开关机、逻辑地址、回传信息等参数；具备数据回传接口及功能。根据终端自身软硬件的实际情况，可选择是否采取相关技术实现终端远程唤醒功能[4]。

5小结

应急广播系统的技术研究和建设仍在起步阶段，相关管理制度、工作流程和技术规范需要进一步进行讨论制定。本文提出的基于数字电视的应急广播系统架构为一种参考逻辑架构，在实际建设过程中需要根据相关法律法规、技术规范以及实际使用要求进行修改和调整。

参考文献：

[1]王效杰.国家应急广播体系规划与建设[J].中国广播，2014(10)：11-13.

[2]丁森华.应急广播调度控制平台框架模型研究[J].电视技术，2015，39(24)：11-15.

[3]GM/T0015—2012，基于SM2密码算法的数字证书格式规范[S].2012.

[4]刘春江.一种有线数字电视机顶盒远程唤醒实现方法[J].电视技术，2014，38(17)：60-62.

责任编辑：许盈

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.

中图分类号：TN93

文献标志码：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.01.011

收稿日期：2015-11-03

文献引用格式：丁森华，刘春江，张乃光，等.一种基于数字电视的应急广播系统设计[J].电视技术，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.