（廣西廣播電視技術(shù)中心）

引言

應(yīng)急廣播作為政府現(xiàn)代化治理體系當(dāng)中應(yīng)急管理的重要手段，日益得到世界各國和國際組織的廣泛關(guān)注，已成為傳統(tǒng)廣播開拓功能的新亮點、服務(wù)社會的新方式。中國是自然災(zāi)害高發(fā)的國家，在面臨突發(fā)災(zāi)害時,中央和地方政府利用廣播在及時傳達(dá)政令、發(fā)布權(quán)威信息、引導(dǎo)社會輿論、積極協(xié)助救災(zāi)等方面，都發(fā)揮了不可替代的作用。抓緊推進(jìn)國家應(yīng)急廣播體系的建設(shè)完善，已成為提高我國國家治理水平、加強政府提供基本公共服務(wù)保障能力的必要途徑，對于提升我國對重大突發(fā)公共事件的應(yīng)急處置能力和水平、減少人民群眾生命財產(chǎn)損失、維護社會穩(wěn)定，具有十分重大的意義。

在廣西全區(qū)建立完善的應(yīng)急廣播體系，可以有效發(fā)揮廣播對地震、山洪等自然災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)警作用，也是黨和國家進(jìn)行政務(wù)信息發(fā)布和決策宣講的便捷手段，對加快廣西全區(qū)應(yīng)急廣播建設(shè)實踐步伐，早日建成統(tǒng)一聯(lián)動、安全可靠的應(yīng)急廣播體系、提高政府公共服務(wù)能力具有重要的作用! 多通道應(yīng)急廣播適配器，作為廣西應(yīng)急廣播系統(tǒng)傳輸鏈路的核心設(shè)備，實現(xiàn)了對上級應(yīng)急平臺下發(fā)的應(yīng)急廣播發(fā)布需求進(jìn)行適配，信息轉(zhuǎn)發(fā)，接收驗證等功能，實現(xiàn)應(yīng)急節(jié)目解碼和自動切換播發(fā)，對全區(qū)應(yīng)急廣播系統(tǒng)起到非常重要的作用。

1 整體應(yīng)用方案架構(gòu)

圖1 多通道應(yīng)急廣播適配器在廣西應(yīng)急廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用

如圖1所示，廣西全區(qū)應(yīng)急廣播系統(tǒng)根據(jù)廣西廣播電視無線發(fā)射遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)技術(shù)特點，采用省級應(yīng)急廣播平臺直接控制，市縣級應(yīng)急廣播平臺發(fā)布需求混入傳輸，遠(yuǎn)程自動監(jiān)控系統(tǒng)反饋狀態(tài)方式。應(yīng)急廣播調(diào)度控制指令信號和應(yīng)急廣播聲音信號與原正常廣播節(jié)目信號復(fù)用后由省級應(yīng)急廣播平臺發(fā)出，通過全區(qū)廣播電視信號源網(wǎng)傳輸通道傳送到廣西全區(qū)行政村委的多通道應(yīng)急廣播適配器，由適配器進(jìn)行解析并執(zhí)行指令，通過調(diào)頻方式控制接收終端。

多通道應(yīng)急廣播適配器分析節(jié)目流及以TS流幀格式封裝的調(diào)度控制指令流，解碼出應(yīng)急廣播節(jié)目音頻并切換至發(fā)射機進(jìn)行應(yīng)急播出，播出狀態(tài)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳回各級應(yīng)急廣播平臺進(jìn)行實時監(jiān)控，確保播出安全。多模公共接收終端接收到應(yīng)急廣播節(jié)目以及尋址控制信息，并根據(jù)尋址控制信息進(jìn)行驗證和匹配后應(yīng)急廣播。

2 硬件設(shè)計及實現(xiàn)

多通道應(yīng)急廣播適配控制器硬件設(shè)計，主要分為核心主板和LCD液晶顯示及按鍵板，設(shè)備所有輸入輸出信號均由核心主板連接至機箱后面板相關(guān)接口。主板原理圖如圖2所示。

多通道應(yīng)急廣播適配控制器主板主要由FM(帶RDS)調(diào)頻接收電路，DTMB射頻信道調(diào)諧解調(diào)電路、衛(wèi)星射頻信道調(diào)諧解調(diào)電路、IP轉(zhuǎn)TS流電路、TS流串行轉(zhuǎn)并行電路、FPGA數(shù)字信號處理電路、ARM單片機控制電路、音頻解碼電路、以太網(wǎng)通信電路、音頻驅(qū)動及濾波電路等構(gòu)成。

設(shè)計原理：上級應(yīng)急廣播平臺通過廣西廣播電視信號源網(wǎng)下發(fā)的多種模式信號進(jìn)入多通道應(yīng)急廣播適配控制器。其中DTMB射頻信號和衛(wèi)星射頻信號各自經(jīng)過調(diào)諧與解調(diào)，輸出并行的8位TS流信號到FPGA；IP轉(zhuǎn)TS模塊將以IP格式封裝的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TS流幀格式輸出到FPGA；通過有線傳輸?shù)腡S流數(shù)據(jù)也通過ASI接口經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換編碼后輸出到FPGA；帶RDS的調(diào)頻接收模塊接收其他信息發(fā)布平臺發(fā)布的無線調(diào)頻信號，輸出立體聲音頻，并通過IIC總線將接收到的RDS分組數(shù)據(jù)傳輸至FPGA。FPGA是整個設(shè)備數(shù)據(jù)處理的核心，對多種模式傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析解復(fù)用，對應(yīng)急廣播控制指令進(jìn)行解密、校驗和優(yōu)先級處理。采用比較判別邏輯解析尋址信息并根據(jù)信息進(jìn)行應(yīng)急廣播聲音解碼，同時發(fā)送上級各種指令數(shù)據(jù)到ARM主控模塊進(jìn)行RDS基帶編碼。ARM主控模塊將編碼好的RDS數(shù)據(jù)通過UDP協(xié)議報文格式輸出，并切換應(yīng)急廣播信號源至發(fā)射機進(jìn)行播出。整體實現(xiàn)上級平臺應(yīng)急廣播聲音和應(yīng)急廣播控制指令通過一種或多種模式進(jìn)入多通道應(yīng)急廣播適配器，都可以根據(jù)尋址信息控制本級發(fā)射臺站進(jìn)行應(yīng)急廣播的目的。

圖2 多通道應(yīng)急廣播適配器主板原理圖

3 FPGA軟件設(shè)計及實現(xiàn)

FPGA是多通道應(yīng)急廣播適配器信號處理的核心，主要完成應(yīng)急廣播聲音的解復(fù)用、解析和上級應(yīng)急廣播平臺下發(fā)的調(diào)度控制指令的執(zhí)行、信息流轉(zhuǎn)等功能。

3.1 TS流優(yōu)先級處理

應(yīng)急廣播適配器實現(xiàn)對應(yīng)急廣播消息和調(diào)度控制指令進(jìn)行優(yōu)先級處理，輸入通道間設(shè)置優(yōu)先級，不同等級上級平臺下發(fā)的數(shù)據(jù)亦對應(yīng)設(shè)置優(yōu)先級，包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村的發(fā)布需求。應(yīng)急廣播指令要求，包括指令標(biāo)識，指令類型，指令來源對象，指令目標(biāo)對象，指令時間戳，關(guān)聯(lián)指令標(biāo)識，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)內(nèi)容。應(yīng)急廣播適配接入上述內(nèi)容的碼流，首先進(jìn)行身份驗證和管理，然后進(jìn)行格式和完整性校驗，對信息進(jìn)行解析和存儲，采用遞歸算法實現(xiàn)資源和需求的有效調(diào)度。最后根據(jù)優(yōu)先級處理決定是否發(fā)布，如果可以發(fā)布則根據(jù)事件級別選擇發(fā)布模式以及資源調(diào)度策略，生成發(fā)布控制調(diào)度方案進(jìn)行應(yīng)急廣播。

3.2 應(yīng)急廣播控制命令解析及轉(zhuǎn)發(fā)

多通道應(yīng)急廣播適配器采用多模輸入的方式，這樣更能適合廣西全區(qū)廣播電視無線覆蓋的實際情況。FPGA對多種輸入的信號碼流進(jìn)行解析解復(fù)用處理，每個節(jié)目流以其在TS包中的PID字段來區(qū)分。FPGA將接收到的每一個TS包（188字節(jié)與204字節(jié)自適應(yīng)）先送入一個由FPGA內(nèi)置RAM組成的緩沖區(qū)，然后進(jìn)行解包，解析出每一個包的PID號、PAT表、PMT表等信息進(jìn)行存儲并傳送給ARM單片機主控處理，F(xiàn)PGA再通過比較判別算法提取用戶想要輸出的TS包送至FPGA指定的端口輸出，未被選擇的TS包將被拋棄。應(yīng)急廣播控制命令的解析也在FPGA中完成，一旦接收到上級平臺下發(fā)的控制命令，則進(jìn)行消息解密處理，優(yōu)先級判斷，播發(fā)資源調(diào)度等操作。

多通道應(yīng)急廣播適配器對每一個模塊輸入的TS流數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮、解包，解出原始音頻PES流及其他同步控制和數(shù)據(jù)信息，存儲到外部DDR3 SDRAM存儲器上。解碼芯片通過MEPG-1/2編碼格式的音頻硬解碼再將各種數(shù)據(jù)信息還原成完整的音頻信號。數(shù)字音頻信號經(jīng)過解碼芯片內(nèi)置高精度D/A模塊轉(zhuǎn)換和外置功放放大后輸出左右聲道音頻信號。多通道應(yīng)急廣播適配器目前設(shè)計為兩路音頻信號的獨立解碼，其中一路為信源監(jiān)測用，另一路為應(yīng)急廣播聲音解碼輸出。多種輸入方式中任意一種均可實現(xiàn)獨立的兩路音頻解碼輸出，完全滿足臺站實際使用需求。

3.3 FPGA解碼流復(fù)用

多通道應(yīng)急廣播適配器采用高性能FPGA實現(xiàn)碼流信號的解析、解復(fù)用。使用FPGA片上RAM創(chuàng)建一個FIFO接收模塊。此模塊為FIFO緩沖區(qū)，包括兩個4字節(jié)的緩沖區(qū)，用于取出信息包的PID號并將取得的PID號送入PID表控制模塊，以便FPGA將其與用戶選中的PID號相比較，根據(jù)情況以決定存儲或丟棄。

使用FPGA實現(xiàn)傳輸流解復(fù)用器。FPGA內(nèi)部模塊有信道接口、信道FIFO、PID處理器、PID后處理器、內(nèi)部音視頻接口和節(jié)目時鐘提取電路等組成。其中信道接口提供自動傳輸包同步字節(jié)檢測，及實現(xiàn)同步鎖定與未鎖定的具有可編程延遲時間的滯后機構(gòu)。一旦建立同步，信道接口就通過信道FIFO將完整的傳輸包傳輸?shù)絇ID處理器。信道接口還檢查傳輸包的完整性，指示傳輸錯誤等。最終輸出兩路路經(jīng)過分離和篩選的TS流，送至解碼模塊。

4 控制軟件設(shè)計及實現(xiàn)

主控模塊采用一片32位的ARM單片機STM32F103VET6作為整個設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)采集和通信處理核心。主控模塊遠(yuǎn)程可管可控并向上級應(yīng)急廣播平臺返回播控狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)RDS標(biāo)準(zhǔn)格式編碼并通過DUP報文方式流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)到下一級設(shè)備。

ARM主控還可與FPGA實時通訊，監(jiān)控并獲取FPGA的運行參數(shù)，同時對外提供遠(yuǎn)程監(jiān)控接口。在遠(yuǎn)程監(jiān)控接口上，提供上位機應(yīng)用通訊方式及嵌入式WEB通訊方式。大大簡化了配置工作。上位機界面如圖3所示。

此外，多通道應(yīng)急廣播適配器顯示面板使用LCD液晶屏，中英文菜單可切換顯示，配置菜單清晰。控制使用飛梭操作設(shè)計，使用流暢，簡潔。實物如圖4所示。

5 推廣及應(yīng)用

自主研發(fā)的應(yīng)急廣播適配器目前已用于我國國家應(yīng)急廣播中心和廣西新聞出版廣電局聯(lián)合開展的應(yīng)急廣播發(fā)布實驗，并在廣西崇左市江州區(qū)瀨湍鎮(zhèn)及該鎮(zhèn)所屬多個行政村實際安裝使用，運行正常，取得良好的效果。

2016年已應(yīng)用于國家“百縣萬村示范工程” 廣西306個示范行政村器材配置工程，截止目前均已經(jīng)全部安裝完成投入使用，村委用戶反應(yīng)良好。

隨著國家及地方應(yīng)急廣播工程的推進(jìn)，今后廣西一萬四千多個行政村及廣西廣播電視部分無線發(fā)射臺站將都需要配備多通道應(yīng)急廣播適配器，需求數(shù)量將非常龐大，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

6 結(jié)語

應(yīng)急廣播建設(shè)是整個廣電系統(tǒng)的事業(yè),更是各級政府部門和社會各界共同的事業(yè)。結(jié)合廣西全區(qū)廣播電視覆蓋特點及優(yōu)勢,積極推動全區(qū)應(yīng)急廣播體系建設(shè),研究和處理好應(yīng)急廣播預(yù)警信息發(fā)布機制和安全播出問題,才能真正發(fā)揮應(yīng)急廣播的作用。自主研發(fā)的多通道應(yīng)急廣播適配控制器是廣西應(yīng)急廣播建設(shè)的核心信息流轉(zhuǎn)及控制設(shè)備，對加快廣西全區(qū)應(yīng)急廣播建設(shè)實踐步伐，早日建成統(tǒng)一聯(lián)動、安全可靠的應(yīng)急廣播體系、提高政府公共服務(wù)能力具有重要的作用!

[1]崔巨峰.應(yīng)急廣播系統(tǒng)實現(xiàn)概述[J].廣播與電視技術(shù) .2011（12）：40-44.

[2]章之儉,韋博榮等.GY/T236-2008,地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)實施指南[S]. 國家廣播電影電視總局.2008

[3]張曉林.數(shù)字電視設(shè)計原理[M].北京:高等教育出版社,2008,17-272.

[4]周潤景,圖雅,張麗敏.基于Quartus II的FPGA/CPLD數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007,39-348.

圖3 多通道應(yīng)急廣播適配器WEB上位機軟件

圖4 多通道應(yīng)急廣播適配器實物圖