地面数字电视应急广播技术探讨与应用

摘要：地面数字电视因其维护方便、建设成本低、易于普及等特点，在应急广播建设中独具优势。文章介绍了国内外应急广播的发展现状，并对基于地面数字电视的应急广播应用技术进行了探讨。

关键词：应急广播；地面数字电视

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.04.041

中图分类号：TN 949.197" " " " " " " "文献标示码：A" " " " " " " "文章编码：1672-7274（2023）04-0-03

Discussion and Application of Emergency Broadcasting Technology Based on Terrestrial Digital Television

LUO Yufei

（Shilingguan Microwave Station， Shanxi Radio and Television Radio Management Center， Xinzhou 034000， China）

Abstract： Digital terrestrial television has unique advantages in the construction of emergency broadcasting. This paper introduces the development status of emergency broadcasting at home and abroad， and discusses the application technology of emergency broadcasting based on terrestrial digital television.

Key words： emergency broadcasting; terrestrial digital television

1" 国外应急广播的发展

1.1 日本的应急广播发展

日本是世界范围内地震活动最为频繁的国家之一，严重的地震和火山喷发影响着人们的生活。因此，日本早在20世纪80年代就开始建立灾害紧急警报系统（Emergency Warning Broadcasting System，EWBS），1985年该系统正式建成并投入使用。

在EWBS系统中，电台、电视台自动生成地震紧急预警信息，电视机、收音机等信息接收终端在接收到预警信号后自动唤醒，播放预警信息，从而实现快速响应，为人们的紧急避险争取宝贵时间。

1.2 美国的应急广播建设

1963年，为了在国家紧急状态时总统可以快速向全民发布通告，美国建立了紧急广播系统，后续美国联邦通信委员会、美国联邦应急管理局，以及美国国家气象服务局开展合作完善紧急广播系统，搭建形成了紧急报警系统（Emergency Alert System，EAS）。

EAS系统采用了分级管理的方式向全国发送紧急信息，可以实现全国和州范围内的紧急报警。美国总统通过部署在白官的系统将指令发送到联邦紧急事务管理局，其再把总统下达的指令和信息发送到30多个设立在各地的首要接入点，然后各个首要接入点再通过各种信息传输线路将紧急广播信息发送到各个州的州首要转播台，一旦州首要转播台接收到来自首要接入点的需要向本州发布的紧急广播信息后，便会向地方首要转播台进行信息的分发，地方转播台接收到信息后，再进行信息的分发，从而实现对国内民众的信息覆盖[1]。

1.3 国内应急广播发展

近十几年来发生的严重的自然灾害给人们生命财产安全造成严重的威胁，引起了我国政府的高度重视，政府有关部门先后出台数量众多的与应急管理相关的法律法规。特别是2007年的《中华人民共和国突发事件应对法》，标志着我国应急管理法律体系开始趋于完善。各级政府也都设置了应急处置机构，初步形成了权责明确、响应迅速、处置妥当的应急管理体系。

浙江、四川、湖北、内蒙古、青海等省份的广电部门陆续建设了多种应急广播系统并进行了试点试验。作为国家应急广播体系建设试点省份，四川大力推进省内应急广播体系的建设，截至目前省级应急广播总平台、芦山“4.20”地震灾区应急广播系统以及广汉等17个县的应急广播平台等均已搭建完成；浙江省则依靠广电有线网络以及中波无线覆盖网络，进行全省农村应急广播系统的建设，目前基本完成了省内2.76万行政村的应急广播系统建设任务；广西省则在省内成功建成了针对洪水预警的应急广播系统，为国内首创，同时建设了海上应急广播系统。上述省份进行的应急广播系统的试点试验工作，为我国在全国范围内开展应急广播系统建设提供了极大的参考和借鉴价值，为全面启动应急广播体系建设创造了良好的条件[2]。

2" 应急广播系统规划架构

我国的应急广播建设采取分级建设原则，分为国家、省、市、县四级。应急广播体系由应急广播平台、广电播出机构、广电传输覆盖网、用户接收终端组成。在这四个组成部分之中，除应急广播平台外，剩余三部分内容均可以基于现有设备及技术进行升级改造。

应急广播平台包括制作播发和调度控制两大模块，通过这两个模块实现应急信息的接入，制作及发布传播、调度控制分发、发布效果评价、传输资源管理、核心系统及设备运行监控、系统应急演练等功能。应急广播平台间的广播信息、广播指令以及监管数据通过专线链路传输。

正常情况下，应急广播平台的信息发送方为平级的广电播出机构（频道）和传输覆盖网以及下级应急广播平台。遇到特殊或突发状况时，应急广播平台有权限向上级应急广播平台申请资源，进行本地或者跨区域的资源覆盖。国家级的应急广播平台则可以通过卫星传输方式，直接调用地方所拥有的传输覆盖资源。

在应急广播体系中，广播电视播出机构是其中重要的一环。目前一些广播电视播出机构，通过与气象、水利部门的联动，具备了对洪涝、干旱等气象突发事件进行预警预报的能力。在应急广播系统建设过程中，通过对原有技术系统的升级改造，广电播出机构能够实时接收同级应急广播平台推送的应急广播信息及指令，同时按照事件的严重程度，依据相应的应急预案发布预警信息和调度指令[3]。

应急广播接收终端的安装部署和建设是整个应急广播系统建设的难点和重点之一。应急广播信息的覆盖效果，最终取决于大量终端。

3" 地面数字电视应急广播的优势

（1）维修方便，抗灾能力强。与有线数字电视相比，地面数字电视更易于维护，无须投入大量人力物力。同时，更能抵御洪水灾害、市政工程建设等自然灾害和人为因素造成的破坏。

（2）建设成本低，信号覆盖范围广，信号接收灵敏度高，接收方式灵活多样。在地面数字电视覆盖完成的区域，在建设应急广播系统时，无须重新铺设网络，只需在数字电视前端增加应急广播信号传输系统，而信号覆盖范围内的接收终端只需升级软件，增加应急广播信号接收分析功能，即可完成应急广播信息的广播覆盖。

（3）接收终端价格便宜，易于普及。由于地面数字电视本身定位于提供公共服务，公益性和普遍性是该系统的突出特点。基于地面数字电视系统构建的应急广播系统建设成本低，不需要额外的硬件成本，更易于推广，有利于提高应急信息广播覆盖率。

4" 地面数字电视应急广播系统的构建

4.1 地面数字电视应急广播系统架构

在部署地面数字电视应急广播系统时，需要在地面数字电视的各个前端系统中部署应急广播适配器作为核心。应急广播前端接收处理系统从应急广播平台中接收应急广播报文，验证其来源和内容的合法性，对其进行解析、重新打包和封装，并对应急信息和调度指令的内容进行签名，一起传送到地面数字电视复用系统并完成复用，然后通过发射系统进行发射覆盖。建设的具体方案如下：将应急广播适配器部署在各个地面数字电视发射台，这样各地面发射台能够接收到通过卫星发射的来自国家应急广播平台的应急广播信息及指令，同时还可以接收到来自于同级应急广播平台发射的相关指令和信息。在接收到此类信息之后，在每个频道的节目屏幕上进行字幕的循环滚动播放，或直接切换为应急广播音视频信息，实现应急区域内的应急信息广播。

4.2 应急广播消息传输机制及封装协议

在基于地面数字电视系统的应急广播系统中，地面数字电视前端系统负责对接收到的应急广播数据进行封装和适配，然后通过地面数字电视系统发送数据，通过目标区域的电视发射机进行广播覆盖，应急广播终端按照确定的协议对其进行识别分解，对公众进行应急信息的播放。其消息传播模式是PID。

应急广播报文在地面数字电视系统和覆盖网络中传输时，需要具备防中断、防重放、防篡改攻击等安全措施和安全防护能力，基于PKI/CA技术和数字签名技术实现应急广播消息的安全保护。对于在每个频点传输的应急广播消息的索引表和内容表，通过在封装协议规定的表格式的每个段添加数字签名相关字段来实现安全验证功能。数字签名字段由数字签名字段长度和签名数据两个字段组成，数字签名长度用于表示数字签名数据在应急广播消息索引表某一段中的长度，数字签名数据包含应急广播消息索引段的数字签名信息，用于保证数据表的真实性、完整性以及合法性。当终端接收到应急广播消息的索引表信息之后，需要验证数字签名的有效性和真实性，如果验证失败，则不能处理当前索引表。

地面数字电视前端应急广播消息适配和封装设备应该建立两张消息表：一张是消息索引表，将应急广播消息中的消息标识符、开始时间、持续时间、级别、类型覆盖资源以及详情频道播放参数等信息作为表字段封装起来；另一张是消息内容表，包含应急广播事件的文本信息、发布机构名称信息以及辅助数据等字段。这两张表应该和详细频道合并起来一道由应急广播消息复用播出子系统按GB/T 17975.1—2010规定的传输流格式复用到播出节目传输流中，应急广播表在传输流中使用特定的PID（0x0021）进行传输，同时应急广播消息在地面数字电视系统和覆盖网络中传输时，采用在应急广播消息索引表和内容表中添加数字签名数据字段的方式进行安全保护。

5" 应急广播系统安全架构

5.1 网络安全

网络安全主要为应用划分独立的安全域，制定和配置合理合适的安全策略，在网络边界过滤和检测恶意代码，在网络层面保护系统安全。

网络安全设计需要从网络安全区域部署、网络访问控制、网络边界恶意代码过滤和攻击检测、网络设备日志审计、运维安全审计、网络设备和服务器工作状态监控六个方面进行安全加固。

5.2 主机安全

首先，根据第一次安全评估的评估报告，在加固实施前制定安全加固策略，安全加固策略将详细描述安全加固的实施步骤和工作流程，包括准备工作、加固项目、操作内容、人员安排，以及考虑可能对系统造成的影响。其次，在加固实施过程前，搭建测试环境进行系统测试。最后，在加固完成后，需要对安全加固服务的实施结果和系统安全状况进行分析整理，并使用工具进行检查。

5.3 应用安全

在应用安全方面，利用PKI技术实现人员的强身份识别，同时在关键业务流程中基于数字签名机制保证数据的完整性、真实性和合法性。客户端和服务器之间的通信安全是通过启用应用程序的SSL功能来实现的。

应急广播系统的应用安全设计需要进行身份识别、数据加密、访问控制、数据合法性保护，重点是确保从预警信息系统、应急广播平台到应急广播终端的应急信息整个流程的可靠性、准确性和合法性。需要建立信息安全系统实现预警信息系统、各级应急广播平台系统之间，以及应急广播播发系统和接收终端之间的安全认证，保证应急信息的安全传输。应急广播平台的应用安全系统是基于非对称密码算法、数字签名技术和PKI公钥基础设施设计的。各级应急广播平台系统需要有代表其合法身份、承载其公钥信息并通过合理的数字证书，以安全的方式发布其数字证书。当需要进行信息交换时，应急广播平台系统的信息发送方需要使用自己的私钥计算待发送信息的数字签名，并将待发送信息连同其数字签名一起发送给接收方，信息接收方利用信息发送方的数字证书中的公钥信息对接收到的信息进行数字签名验证，以保证其接收到的信息的准确性和合法性。

5.4 数据安全

在数据安全方面，应做好数据库管理员和应用用户的访问权限控制，及时备份数据，确保数据的可靠性和高可用性。

5.5 审计安全

审计安全应做好记录系统的重要业务操作和重要内容访问记录，以便后续跟踪，并配置日志输出，为以后统一的日志审计做准备。■

参考文献

[1] 范昕，姚春华．建设地方应急通信信息网迫在眉睫[J]．现代电信科技，2009，39（2）：34-37，47.

[2] 赵翮，吴力夫，苗勃，李晓鸣，王羽．美日紧急广播系统浅析与思考[J]．广播电视信息，2010（3）：92-95.

[3] 房磊．国外应急广播的发展及对我国应急广播的思考[J]．广播与电视技术，2014，41（1）：18-21.