中短波覆盖网技术在应急广播建设中的应用

杨轶芳

（山东省博兴县融媒体中心，山东 滨州 256500）

0 引 言

应急广播系统（Emergency Broadcasting System，EBS）一般依托中短波广播、数字电视、调频广播以及公共设施如村村通等技术方式。其中，中短波广播不仅接收方式简单，而且覆盖范围广泛，同时又能避免灾区公共设施在灾情中可能出现的破坏情况，保证信息稳定传达，是应急广播传递信息的重要技术手段[1]。

2022年7月，应急管理部颁布《“十四五”应急 救援力量建设规划》，将“健全完善灾情动态通报”作为应急救援工作信息基础设施建设的重点建设方向。2022年9月5日，四川省甘孜泸定县发生里氏6.8级地震，该地区的应急广播第一时间启动，成功发布预警信息，体现了应急广播的优势。笔者所在的山东省博兴县融媒体中心对事件高度关注，根据上级管理部门的部署要求，采购应急广播配套设备，对现有的应急广播设备进行升级扩容。升级后的应急广播系统基于广播电台发射机，业已形成无线频率调制（Fequency Modulation，FM）覆盖，在中短波覆盖网应用上达成了技术效果的全面优化。

1 基于应急广播的中短波覆盖网技术框架

1.1 中短波网络覆盖技术原理

在应急广播中短波网络信号覆盖流程中，应急指挥部门下达发布应急广播指令后，广播中心进行内容制作和频段调度，经由中央广播平台进行网络传输，进入传输覆盖系统后，对广播消息进行接收、解析、处理，最终由发射机完成信号发射，转发给需要覆盖的设备资源。

中短波广播发射覆盖是整个应急广播信号系统的末端环节，也是最为关键的效用检验环节。覆盖网的范围和质量，直接决定应急广播能否起到预期作用。中、短波广播两种方式均为调幅广播，应急广播音频被调制于载波后，即可根据需要进行数字视频广播（Digital Video Broadcasting，DVB）标准编码[2]，原始信号须经过信源、信道的双重编码，成为可以被数字电视基本码流（Packetized Elementary Streams，PES）打 包 处 理 的 基 本 流（Elementary Streams，ES），再经过拆分、复用形成长度恒定的传输流（Transport Stream，TS），从不同的传输信道编码后进行分发传输。

1.2 应急广播中短波覆盖网的主要技术模块

在信号进入中短波广播发射台站接收处理的流程中，关键技术模块由三部分构成，一是对传输内容、传输信息和传输流进行适配，即实现后端发射台与前端应急广播信息管理平台的有效对接；二是分区响应，即在传输对接后，中短波信息覆盖处理环节能够正确解析文字内容和音频信息，并将其传输到指定区域，指定区域内的发射台能够对其作出正确识别和响应；三是远端唤醒，即通过控制用户终端的信令接入，能够自动唤醒远端设备。由此可确定中短波发射台站内部的各模块架构逻辑：数据接收—数据解析—远程终端唤醒。下文将围绕这三个模块进行技术应用层面的分析。

2 应急广播中短波发射台数据接收模块的技术分析

2.1 TS流的收录与读写

发射台站解析服务器所接收到的应急广播信息，通常是由广播平台和传输网络已经整合过的TS流，因此，中短波发射台的数据接收工作，实质上仍是对TS流数据的适配和收录。在用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）下，传统的异步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）传输方式由于采集卡对于节目流数量有上限限制，无法满足业务更变和布线需求，对于应急广播信号数据接收，采用IP传输方式更为灵活[3]，只需为计算机安装独立网卡，即可对多种节目流进行接收处理。

在UDP下，收录过程主要依靠软件算法，其思路是创建收录缓存区，操作写入、读取两个线程。鉴于IP传输获取的频点数据一般包含若干个5～6 Mb 大小的节目码流，单频点的大小不会超过百兆，这些数据通过写入线程进入缓存区，因此每线程的缓存大小一般设置在90～100 Mb。90 Mb为安全阈值，达到阈值时，为防止堆栈溢出，缓存区从头重新写入。进入读取线程时，从收录缓存中读出预读取的固定长度，根据读取介质的读写速度，一般设为每次1 Mb。每次读出数据后，对缓存区数据实时更新，确保不出现内存下溢。

2.2 双列缓存与内存锁定

在读写双线程的操作过程中，为进一步保证数据，一般根据读写情况启用空间缓存队列或数据缓存队列。空间缓存为空时，则将数据写入空间缓存。带有数据的缓存单元进入数据缓存列，等候下一步处理。当某一缓存单元被读取、写入两线程同时作为处理对象时，为防止冲突，按照写入大于读取的优先级，对写入中的单元进行锁定，写入完毕后才能进行读取。

3 应急广播中短波传输流数据解析模块的技术分析

3.1 解析模块工作原理

应急广播的TS传输流包含相关表和映射表等基本信息内容，由多路PES流打包而成。因此，解析的第一步就是利用解复用器从TS流中将各路PES流分离出来[4]，将被赋特定值的包滤出。这一过程位于如图1所示的传输流解析模块工作流程的左上部分。解复用器通过过滤进程身份（Process Identification，PID）值、查找节目相关表（Program Association Table，PAT）和 节目映射表（Program Map Table，PMT），从PAT中 给出的PID映射 到PMT中，得到对应于应急广播音频、文本的专用分配PID，并将其传至解码器进行解析。

图1 传输流解析模块的工作流程

3.2 应急广播音频数据的提取与解析

传至解码器后，解码器首先要获取包含应急广播TS流的基本信息，即对TS流数据作缓存预收录，并对预收录的TS流进行解析，找出PAT表及其对应的PMT表，获得应急广播在TS流中的所有对应PID值，然后开始对这些包进行逐个获取和解析。TS包是由若干个PES包打包而成的，提取的过程实质上是将不属于应急广播的PES包按照PID从TS包中滤除，然后对应急广播音频数据进行提取，包括三个步骤：（1）从TS流中提取PES包；（2）根据PES包的包头判断音频完整性；（3）从PES包中解析出ES流数据，经由音频编码输出可直接用于外放的ES流。

4 应急广播中短波用户终端远端唤醒模块的技术分析

用户终端的远程唤醒是应急广播无线覆盖的重要环节。这一技术旨在使能够向目标区域群众传递应急广播消息的各种设备及时被唤醒并自动开机播放应急广播。目前，应用于应急广播远端设备唤醒的通用技术是较早前的双音多频（Dual Tone Multi Frequency，DTMF）和较新的最小频移键控（Minimum Shift Keying，MSK）[5]，两种技术各有其优缺点。

4.1 DTMF远端唤醒

DTMF实质上是通过简单的编解码形式实现控制命令的生效[6]。在控制端和DTMF接收端设置好控制码格式，实际控制时，发送端提取出即时通信密码，加上开关码组并加密形成密文，经过DTMF编码，传输到终端；终端进行DTMF解码后获取密文，解密后对通信密码进行最后验证，通过后执行开机或关机指令。其缺陷在于编码方式过于简单，不能适应大面积的组网，同时抗干扰能力较差，容易导致终端误码，极端情况下有可能出现远端唤醒状态无法持续的状况，影响应急广播的播放 效果。

4.2 MSK远端唤醒

MSK作为一种数字调制和解调方式，其原理是将数字信号转换为波形，利用控制载波幅度、载波频率和码元区间相位进行调制。由于其每种成型信号只有正、负两种波形，因此数据的成型信号只与其相邻数据有关，在频率变化时，能够保持码元间的相位连续性，有着较强的抗干扰能力，远端误码率也更低，传输速度较DTMF更快。

5 结 语

在如今数字电视、互联网长足发展的背景下，尽管中短波在日常信息传播中成为一种逐渐边缘化的传播方式，但其在应急事件中能够充分展现技术和覆盖优势，仍具有较高的战备价值。本文立足于博兴县融媒体中心对应急广播系统的设备扩容和升级工作，梳理其中关键技术的应用思路，不难窥知，应急广播建设将是一项长期的信息基础建设工作，应急广播的传输技术会沿着更快、更广、更灵活的发展方向不断变革。