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(shù)字電視的應急廣播系統(tǒng)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(shù)字電視的應急廣播系統(tǒng)，介紹了其總體技術架構及應急信息發(fā)布主要模式，闡述了數(shù)字電視應急廣播管理系統(tǒng)的日常節(jié)目播發(fā)管理、應急信息發(fā)布、應急廣播播發(fā)控制、播發(fā)效果評估、運維管理和安全保護等系統(tǒng)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(shù)字電視；系統(tǒng)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(guī)劃。應急廣播能夠提高政府保障公共安全和處置突發(fā)公共事件的能力，預防和減少突發(fā)公共事件及其造成的損害，保障公眾生命財產(chǎn)安全[1]。根據(jù)播出系統(tǒng)的不同，應急廣播系統(tǒng)可能采取不同的技術架構和方案，本文提出了一種基于數(shù)字電視的應急廣播系統(tǒng)架構設計，為應急廣播系統(tǒng)構建提供技術參考。

1總體架構

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

基于數(shù)字電視的應急廣播系統(tǒng)由應急廣播管理系統(tǒng)、主要控制設備、應急廣播數(shù)字電視終端等組成，與數(shù)字電視前端系統(tǒng)共同完成應急廣播功能，數(shù)字電視前端系統(tǒng)為圖1灰色框圖部分。應急廣播管理系統(tǒng)結合電話及短信接入控制器接入各種應急信息，根據(jù)要求生成指令數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)，并對指令數(shù)據(jù)進行簽名。應急廣播指令生成控制器實現(xiàn)指令數(shù)據(jù)的生成、封裝，并結合安全服務專用設備對數(shù)據(jù)進行簽名。所有設備接收GPS時鐘服務器的時鐘信息，實現(xiàn)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(xiàn)對模擬或數(shù)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(fā)布主要模式

2.1通過網(wǎng)絡平臺發(fā)布應急信息

應急部門通過網(wǎng)絡平臺與應急廣播系統(tǒng)進行對接，并發(fā)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(fā)布平臺，按照信息源聯(lián)動接口協(xié)議，與數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)進行對接；或向數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)提供發(fā)布界面，應急辦等部門用戶登錄到該界面進行發(fā)布操作，所有的發(fā)布指令都進行數(shù)字簽名。

2)應急辦等部門用戶按照發(fā)布要求，提供應急信息文本內(nèi)容或音頻內(nèi)容、事件類別、時間級別、發(fā)布區(qū)域、發(fā)布時間等信息后確認發(fā)送，所有的發(fā)布指令都進行數(shù)字簽名。

3)應急廣播系統(tǒng)對接收到的內(nèi)容及其簽名進行驗證，通過驗證后按照要求進行發(fā)布。

4)應急廣播系統(tǒng)接收統(tǒng)計發(fā)布效果數(shù)據(jù)，并反饋到應急辦等部門。

2.2通過電話發(fā)布應急信息

用戶通過電話發(fā)布應急信息流程如下：

1)遠程用戶通過電話撥打數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)所提供的應急信息發(fā)布電話號碼。

2)遠程用戶輸入密碼、發(fā)布區(qū)域等信息。

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

4)遠程用戶進行語音發(fā)布。

5)所有發(fā)布記錄及內(nèi)容都被數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)保存。

2.3通過短信發(fā)布應急信息

用戶通過短信發(fā)布應急信息流程如下：

1)遠程用戶提供密碼、發(fā)布區(qū)域、發(fā)布內(nèi)容等信息，并通過短信發(fā)送到數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)所提供的應急信息發(fā)布短信號碼。

2)應急廣播系統(tǒng)驗證用戶電話號碼、密碼、權限及發(fā)布區(qū)域等，通過驗證后將應急信息文本轉(zhuǎn)換成音頻進行發(fā)布。

3)所有發(fā)布記錄及內(nèi)容都被數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)保存。

3數(shù)字電視應急廣播管理系統(tǒng)功能

數(shù)字電視應急廣播管理系統(tǒng)為應急廣播業(yè)務控制及管理系統(tǒng)，實現(xiàn)各種應急廣播業(yè)務功能，并對設備和終端進行管理。數(shù)字電視應急主要功能包括日常節(jié)目播發(fā)管理、應急廣播信息接入、應急廣播信息播發(fā)控制、日常廣播播出、設備及終端管理、設備及終端狀態(tài)監(jiān)控等[2]。

3.1日常節(jié)目播發(fā)管理

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

3.2應急信息發(fā)布

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)提供應急信息發(fā)布平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡平臺及電話短信等多種應急發(fā)布方式。數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)提供應急信息接入接口，實現(xiàn)外部應急信息發(fā)布部門系統(tǒng)(包括本級應急信息發(fā)布部門系統(tǒng)、上級應急廣播系統(tǒng)等)與本系統(tǒng)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(fā)布的信息進行接入處理。應急部門發(fā)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(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)支持遠程用戶通過電話及短信發(fā)布應急信息。

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)通過各種信息安全技術(包括數(shù)字證書和數(shù)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(tǒng)接入和播發(fā)的安全。

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)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?qū)毙畔⑦M行查詢、統(tǒng)計。

在應急信息播發(fā)完成后，數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)將信息播發(fā)結果反饋給對應的應急部門。

3.3應急廣播播發(fā)控制

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)可針對各類突發(fā)公共事件，按照性質(zhì)、程度、可控性和范圍等分類分級廣播；系統(tǒng)提取需要播發(fā)的應急信息，根據(jù)播發(fā)要求生成應急廣播音頻數(shù)據(jù)和應急廣播播發(fā)控制指令數(shù)據(jù)。按照應急廣播數(shù)據(jù)播發(fā)的要求將音頻數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和封裝，最后將控制指令數(shù)據(jù)和封裝后的音頻數(shù)據(jù)進行復用、調(diào)制和發(fā)射。如果信息為文本格式，則將文本信息轉(zhuǎn)換成音頻數(shù)據(jù)。應急廣播播發(fā)控制指令包括信號源切換控制、設備及終端開關機控制、優(yōu)先級控制、播發(fā)分級分區(qū)控制、播發(fā)時間設置、設備校時、頻率設置等。數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)對日常廣播節(jié)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(fā)優(yōu)先級高于日常廣播節(jié)目傳送，其他優(yōu)先級則可通過系統(tǒng)進行配置。應急廣播播發(fā)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(fā)效果評估

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)接收應急廣播終端的播發(fā)結果反饋數(shù)據(jù)，按照要求進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對播發(fā)效果評估。最終的評估數(shù)據(jù)將反饋到對應的應急消息發(fā)布方。

3.5運維管理

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)能夠支持系統(tǒng)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(tài)監(jiān)控和終端狀態(tài)監(jiān)控、平臺播發(fā)內(nèi)容及日志管理和終端播發(fā)內(nèi)容及日志管理、系統(tǒng)操作日志管理、數(shù)據(jù)存儲備份管理、系統(tǒng)應急演練等。

用戶管理主要對數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)的用戶(包括客戶端用戶、電話用戶、短信用戶)進行統(tǒng)一管理，按照要求對不同級別及區(qū)域用戶授予不同角色和權限。電話及短信接入播控器統(tǒng)一接收數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)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(shù)配置、操作記錄、維護情況等運維信息進行統(tǒng)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(shù)。

設備狀態(tài)監(jiān)控和終端狀態(tài)監(jiān)控主要包括對應急廣播終端、各級平臺關鍵設備等系統(tǒng)內(nèi)設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和管理的功能；能夠通過回傳網(wǎng)絡定期或?qū)崟r接收各級平臺關鍵設備、應急廣播終端的開關機狀態(tài)、音量大小、接收頻率、信號強度、操作記錄等信息，并能夠根據(jù)設備狀態(tài)回傳信息實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。應急廣播數(shù)字電視終端可配置回傳模塊，并能夠支持網(wǎng)絡升級和新設備的加入。終端的播發(fā)內(nèi)容可在網(wǎng)絡條件滿足的情況下回傳到管控平臺進行實時監(jiān)聽和保存?zhèn)洳椤?/p>

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)能夠?qū)Ω骷壠脚_的日常廣播節(jié)目和應急信息(文本文件、音頻文件、音頻流)播發(fā)內(nèi)容及日志、終端播發(fā)內(nèi)容及日志進行記錄和查詢。

系統(tǒng)操作日志管理主要包括關鍵操作日志的記錄、查詢功能。

數(shù)據(jù)存儲備份管理主要包括具備系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的定期備份、故障恢復等功能。

系統(tǒng)應急演練能夠?qū)崿F(xiàn)在公眾終端不開啟的情況下測試各級應急廣播信息播發(fā)功能和效果。

3.6安全保護

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)利用數(shù)字證書、數(shù)字簽名等信息安全技術，構建系統(tǒng)的安全認證體系。數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)對平臺下發(fā)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?qū)刂浦噶钸M行解析驗證，確?？刂浦噶畹耐暾院蛠碓春戏?。數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)將待簽名的數(shù)據(jù)發(fā)送給安全服務設備，安全服務設備生成簽名后返回給數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)，實現(xiàn)對應急廣播指令流進行簽名保護。

數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)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(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)管理維護短信及電話使用者的白名單、密碼、分區(qū)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(tǒng)的管理控制下，按照相關技術規(guī)范，實現(xiàn)廣播終端開播、停播、開關機控制、音量控制、廣播節(jié)目流選擇等指令發(fā)布功能。能夠接收應急廣播管理系統(tǒng)的播控指令和參數(shù)設置指令，按照要求進行處理；能夠產(chǎn)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(shù)字電視節(jié)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(fā)送終端校時指令，校時終端時間；支持按分區(qū)域進行開關機、音量大小及頻率設置等操作；能夠?qū)K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(jīng)過驗證的遠程電話的音頻轉(zhuǎn)換接入到應急廣播系統(tǒng)。支持來電監(jiān)控及錄音：能夠?qū)崟r提醒來電信息，監(jiān)聽所有通話內(nèi)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(qū)域控制：用戶輸入播出區(qū)域，對指定區(qū)域進行遠程應急播出；支持來電內(nèi)容及日志查詢，對呼入號碼、呼入時間、通話時長等信息實現(xiàn)記錄查詢，對所有來電進行錄音回放；所有來電內(nèi)容和日志需與數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)同步；支持系統(tǒng)配置，可通過數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)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(jīng)過文轉(zhuǎn)語后，將音頻信號送入到應急廣播系統(tǒng)。能夠?qū)崟r提醒短信信息，可監(jiān)看所有短信內(nèi)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(qū)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(qū)域控制，支持用戶輸入播出區(qū)域，對指定區(qū)域進行遠程應急播出；支持文字轉(zhuǎn)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(nèi)容；能夠?qū)λ卸绦诺牟コ鲆纛l進行錄音，記錄所有短信信息，能夠?qū)Χ绦虐l(fā)送號碼、呼入時間、短信長度、短信內(nèi)容、播出視頻等信息進行查詢，所有短信內(nèi)容和日志需與數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)同步；支持系統(tǒng)配置，可通過數(shù)字電視應急廣播系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)送的應急廣播指令提供數(shù)字簽名服務，為系統(tǒng)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(xiàn)對數(shù)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(shù)字證書格式規(guī)范[3]；支持應急廣播專用證書格式規(guī)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(shù)字電視等多種傳輸系統(tǒng)的數(shù)字證書管理；支持證書簽發(fā)記錄查詢、注銷證書查詢等；支持證書管理統(tǒng)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(xié)議。

4.6應急廣播數(shù)字電視終端

應急廣播數(shù)字電視終端從地面數(shù)字電視信號中解調(diào)并解碼應急廣播指令和音頻，對指令簽名進行驗證，根據(jù)指令來播放廣播內(nèi)容。主要功能包括接收和解調(diào)、解碼TS廣播平臺播出的各種音頻數(shù)據(jù)流和指令流，指令流符合相關傳輸技術規(guī)范，集成國密算法的硬件安全模塊，支持數(shù)字簽名和簽名驗證；支持發(fā)送端和接收端數(shù)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(shù)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(shù)；具備數(shù)據(jù)回傳接口及功能。根據(jù)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(xiàn)終端遠程喚醒功能[4]。

5小結

應急廣播系統(tǒng)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(guī)范需要進一步進行討論制定。本文提出的基于數(shù)字電視的應急廣播系統(tǒng)架構為一種參考邏輯架構，在實際建設過程中需要根據(jù)相關法律法規(guī)、技術規(guī)范以及實際使用要求進行修改和調(diào)整。

參考文獻：

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

[2]丁森華.應急廣播調(diào)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(shù)字證書格式規(guī)范[S].2012.

[4]劉春江.一種有線數(shù)字電視機頂盒遠程喚醒實現(xiàn)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(shù)字電視的應急廣播系統(tǒng)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.