章惠来 赵 震 陈龙斌

（作者单位：杭州图南电子股份有限公司）

1 建设应急广播终端的背景

新冠肺炎疫情暴发后，我国防疫形势严峻，各地纷纷采用电视、广播、新媒体以及大喇叭等多种方式宣传卫生防疫知识与隔离等事项。当前，国内防疫宣传工作仍不可怠懈，应急广播和大喇叭系统仍是强有力的抗疫宣传工具。

我国中西部地区，特别是西南、西北大部分地区，现有广播电视信号覆盖资源严重不足，无法依赖现有广播电视资源，建设覆盖广泛并传输可靠的应急广播和大喇叭系统。而移动4G网络虽然可以用于传输应急广播，但存在运行成本高和抗灾能力弱的缺陷。直播卫星具有无死角覆盖和低成本传输的特点，在传输应急广播方面更有优势。

目前，我国有中星6号、中星9号两套直播卫星覆盖系统。中星6号使用C波段，采用1 m左右口径接收天线；中星9号使用Ku波段，采用较小的30～40 cm口径天线。考虑到便于部署和抗气象损毁等要求，中星9号直播卫星接收天线更适合应用于应急广播接收终端。2021年9月9日，中星9B卫星在西昌卫星发射中心成功发射，该卫星主要使用Ku BSS频段，显著提高直播卫星传输能力[1]。

在地震、洪水和台风等极端自然灾害发生之后的灾后救援时期，通信与电力在一定时间内都无法恢复，而救援信息的传输又非常重要，这时就可以借助信号覆盖能力较强的直播卫星来进行传输。如果在灾前就部署具有后备电源并具有一定抗损毁能力的直播卫星应急广播接收终端，那么在灾后重建工作中可通过音频广播和图文显示方式传达各类灾后救援与重建的信息。

2 建设应急广播终端的系统问题和解决方案

2018年10月，国家广播电视总局发布的应急广播系统总体技术规范明确了直播卫星是应急广播传输覆盖手段之一[2]，直播卫星具有低成本和覆盖可靠的特点，可在中西部地区进行应用，加快应急广播覆盖建设。为了更好满足区域应急广播的并发播出与平战结合需求，有效利用有限的直播卫星转发带宽和节约传输开销，为省内区域应急广播研究制定一套规范化的应急广播通道分配方案至关重要。

由于直播卫星系统日常情况下主要用于卫星广播电视节目的传输覆盖，带宽资源比较宝贵，通过直播卫星传输应急广播信号时不能影响到卫星电视传输，因此要提高应急广播传输效率，合理利用带宽资源。

制订应急广播数据通道分配方案时，主要考虑音频数据格式、音频数据码率、分组标号（Process Identification，PID）规划和通道分配这几个方面。

2.1 音频数据传输格式

音频数据编码格式选择比运动图像伴音（MPEG-1）和MP3具有更高压缩效率的高级音频编码（Advanced Audio Coding，AAC）。

2.2 音频数据码率

ACC在64～128 kbps码率下音质效果明显高于MP3，基于直播卫星的应急广播音频数据码率可以选择64 kbps或128 kbps。

2.3 PID规划和通道分配

直播卫星属于中央级应急广播资源，地方应急广播平台需通过国家应急广播平台申请使用[3]。

由于直播卫星带宽资源有限，原则上只能按省份分配通道资源，即为每个省份应急广播体系统分配一定数量的直播卫星传输PID资源，用于传输本省内应急广播数据，规划的PID资源由省级应急广播平台按照播发需求进行分配。

每个省份规划一个PID用于传输省内直播卫星应急广播消息数据和指令表。全省所有直播卫星应急广播终端实时过滤接收该PID的指令数据流，根据应急广播消息指令播放指定PID的应急广播内容。

音频数据通道分配方式分为静态分配和动态分配两种方式。静态分配为省内每个区域固定分配一个PID通道，但因为通道数量有限，一般只能一个市（地区）共用一个PID通道，因此不允许一个地区内两个县级平台同时播发应急广播。

动态分配方式是指省内各区域可以共享使用本省规划的PID资源，县级平台需要通过直播卫星进行应急广播时，向国家/省级应急广播平台上报直播卫星播发通道请求，如果当前有空闲PID资源可以使用，国家/省级平台就可以分配一个PID通道给县级平台，县级平台将播出数据上传到省平台，国家/省级平台将数据进行适配后通过专用网络传输到直播卫星地球站，进行上星传输。省级平台将该县级平台应急广播数据所在的频点信息、PID信息打包到指令数据流中，通过直播卫星指令PID通道下发到直播卫星终端。该县的直播卫星应急广播终端通过指令得到应急广播音频数据所在的通道信息，并进行播放。

以动态分配方式为例，可以在国家/省级直播卫星广播电视传输台站/前端，部署直播卫星应急广播适配器，以实现直播卫星应急广播传输流的封装和传输适配，应急广播消息经过符合国密算法的签名，由直播卫星应急广播适配器封装为TS流传输到卫星电视集成播出平台机房，国家/省级应急广播平台将应急广播消息发送至直播卫星应急广播适配器。

应急广播音频数据由国家/省级应急广播平台生成发送至直播卫星应急广播适配器，PID通道范围按规划配置。直播卫星应急广播适配器确保所有PID通道的音频数据稳定输出，避免引起卫星播出平台设备告警和报错，影响卫星电视播出。省级卫星电视传输站到卫星播出平台的应急广播传输采用主、备双链路传输。

市、县级应急广播平台需要通过直播卫星链路传输应急广播时，应通过平台接口向国家/省级应急广播平台上报播发请求。经国家/省级应急广播平台审核或授权通过后，如果当前没有空闲PID通道，县级平台等待分配通道，或者县级平台将播出内容上传到省级平台，由国家/省级平台转换成AAC格式音频数据，送到直播卫星应急广播适配器空闲通道，由直播卫星应急广播适配器将音频数据适配到指定的PID通道，适配过程为TS流无缝切换，不引起传输码流错误。国家/省级平台通过应急广播指令通道下发申请播出的县级区域应急广播消息后，该区域的直播卫星终端响应并播放县级平台上传的音频数据。播发结束后县级平台上报结束播发请求。国家/省级平台向直播卫星应急广播适配器下发结束应急广播指令，适配器将PID通道空闲出来以供其他区域使用，并将TS流无缝切换为空包数据。

2.4 国家直播卫星应急广播与省市县级直播卫星应急广播优先级处理

直播卫星因其空中链路优势和卫星系统安全性，成为国家应急广播传输覆盖的重要通道。国家应急广播平台可通过直播卫星通道进行应急广播终端唤醒和省、市、县各级应急广播平台唤醒传输通道。

国家直播卫星应急广播传输采用专用PID通道，与各省直播卫星应急广播传输PID通道相互独立，直播卫星应急广播终端同时过滤检测国家应急广播指令流和省级应急广播指令流，并遵循国家应急广播优先的原则。当终端同时接收到国家级应急广播消息和省级应急广播消息的情况下，通过识别消息的发布来源，优先响应国家级应急广播消息。

3 直播卫星应急广播终端实现方案

根据国家广播电视总局《应急广播系统建设技术白皮书（2020版）》要求，各地建设应急广播系统时应充分考虑当地广播电视传输覆盖网的现状，选择有效传输覆盖手段时，应重点考虑传送可靠性，选择互为备份的多种传输覆盖方式[4]。本文以笔者参与设计研发的产品应急广播多模一体化终端为例，来说明直播卫星应急广播终端技术的实现。应急广播多模一体化终端具有多种信号接收模式，实现有线和无线覆盖互为备份，在实际应用中并不一定限于本文所设计的产品模式。

直播卫星应急广播终端的技术实现主要从技术架构、安全播出、基本功能、接口、性能和结构几个方面进行考虑。

3.1 直播卫星应急广播终端技术架构

应急广播多模一体化终端由直播卫星接收模块、主控板、地面数字电视接收模块、有线数字电视接收模块、4G接收模块、调频（Frequency Modulation，FM）接收模块和音频功放模块组成。

应急广播消息可以通过直播卫星接收模块、地面数字电视（DTMB）接收模块、有线数字电视（DVB-C）接收模块、FM接收模块、中波接收模块和4G通信模块接收，主控板解析和国密安全验签后，驱动音频功放播出。其中直播卫星应急广播目前参照《有线数字电视应急广播技术规范》（GD/J 086-2018），DTMB应急广播接收采用《地面数字电视应急广播技术规范》（GD/J 087-2018），DVB-C应急广播接收采用《有线数字电视应急广播技术规范》（GD/J 086-2018），FM应急广播接收采用《模拟调频应急广播技术规范》（GD/J 085-2018），中波应急广播接收采用《中波调幅广播应急广播技术规范》（GD/J 084-2018），4G通信模块接收应急广播采用《应急广播大喇叭系统技术规范》（GD/J 089-2018）[2]。本地播出模块可以通过线路输入、话筒喊话、播放U盘文件等输入音源进行广播。

直播卫星接收模块由调谐芯片、主控解码芯片[含先进卫星广播系统（Advanced Broadcasting System-Satellite，ABS-S）解调与北斗定位]、内存芯片、存储芯片、外围接口芯片（USB/RS232/AV）、硬件安全模块（Hardware security module，HSM）和电源部分组成。

调谐芯片接收经高频头下变频的直播卫星信号，解调出中ABS-S基带信号后送入主控解码芯片，进行ABS-S解调和传送流（Transport stream，TS）解复用处理，取出授权控制信息（Entitlement Control Message，ECM）数据送入HSM进行安全解密，解出条件接收控制字（Control Word，CW），返回给主控解码芯片，主控解码芯片用CW解扰字对接收的节目进行解扰，音视频解码后，通过音频接口电路输出音视频信号。对于应急广播指令数据，直播卫星主控芯片中的专用软件会过滤出指定的PID数据，通过串行接口电路输出、送给设备的主控板进行应急广播消息解码。主控板接收到应急广播指令并通过国密安全芯片验签后，根据指令内容，通过串行接口向直播卫星接收模块发送播放指令，控制直播卫星模块播放指定PID与业务标识（service_id）的应急广播音频数据，并通过音视频接口输出音频，由主控板控制音频功放进行播放。

3.2 安全播出要求

应急广播多模一体化终端可以被包括直播卫星信号的多种应急广播信号唤醒播出音频内容，部署于公共场所，属于主动式应急广播发布终端[4]，信息播出影响较大，有着严格的安全播出要求。

应急广播系统采用数字签名和数字证书技术实现应急广播消息和传输覆盖指令的真实性、合法性和完整性保护。数字签名采用国产密码算法SM2和SM3，并遵循《应急广播安全保护技术规范 数字签名》（GDJ 081-2018）[2]。

应急广播数字签名安全保护的基本原理是：发布平台对应急广播消息数据使用SM3算法计算摘要数据，然后使用一个时间戳与摘要数据结合，再用平台证书私钥通过SM2算法计算签名数据，最后将应急广播消息原文和时间戳、签名证书号、签名数据一并发送给接收终端。接收终端接收到应急广播数据后，首先验证签名证书号是否被信任，然后使用签名证书的公钥通过SM2算法进行验证，如果验证通过，则响应应急广播消息和指令进行播出，否则不作出响应。信任证书列表需要在系统安装部署时进行授权配置。

由于我国中星9号直播卫星接收解码需使用DCAS解密[5]，直播卫星接收解码芯片解决方案中都配套了HSM，也使用国密SM2算法，因此应急广播接收的数字验签也可以使用HSM，其算法和技术规范符合《应急广播安全保护技术规范 数字签名》（GD/J 081-2018）就可以。根据不同芯片解决方案提供商的方案特点和软件中间件实现方式，需要对软件中间件进行适当修改，提供应急广播数字签名验签接口，并需要通过应急广播行业技术测试机构的测验。

3.3 基本功能

3.3.1 信号接收和解码

具有ABS-S直播卫星信号接收功能，内置解调解扰模块，能够解析出应急广播指令和数据。

支持有线数字电视（DVB-C）、地面数字电视（DTMB）、IP、调频副载波和中波应急广播的接收，同时支持应急广播平台和大喇叭系统发布的控制指令信号和广播信息接收，能够实现应急广播的功能。

并且具有4G移动通信接收能力，内置4G模块，支持时分双工4G长期演进系统和频分双工4G长期演进系统全网通；具有将设备的工作状态和参数信息，按照规范向应急广播平台进行回传反馈功能；具有移动信号接收功能，支持各大移动通信运营商。

3.3.2 业务安全功能

支持可下载条件接收系统，支持直播卫星接收机标准开户流程，内置HSM。

内置应急广播安全模块，支持国密数字签名算法，具有应急广播消息验签功能，支持应急广播证书信任列表授权功能，符合《应急广播安全保护技术规范 数字签名》（GD/J 081-2018）。

3.3.3 遵循技术规范

符合《应急广播大喇叭系统技术规范》（GD/J 089-2018），中波应急广播接收符合《中波调幅广播应急广播技术规范》（GD/J 084-2018），调频应急广播接收符合《模拟调频应急广播技术规范》（GD/J 085-2018），有线数字电视应急广播接收符合《有线数字电视应急广播技术规范》（GD/J 086-2018）。

3.3.4 使用和操作

可通过前面板液晶屏及按键，对设备基本参数进行配置，包括对IP地址与信号强度等进行设置或查看，对本设备的参数与资源编码进行远程配置。

为实现应急广播音频广播播放，应急广播多模一体化终端内置音频功放模块，功放音频输出功率为100 W，可连接4个25 W号筒式高音喇叭。

为方便村级用户进行村务广播，应急广播多模一体化终端具备话筒输入、线路输入和U盘接口，可通过本机进行本地直接广播。另外，还具有音频监听功能，内置监听扬声器，可调节监听音量，具有本地广播内容的录音存储功能，并可通过4G网络上传到管理平台，以便进行安全播出管理和播出内容回溯。

3.4 接口

3.4.1 信号接收接口

具备一路ABS-S直播卫星信号输入，接口采用F型铜轴电缆接口。具备一路DTMB（DVB-C）或独立输入接口，采用F型铜轴电缆接口。一路FM输入接口，使用公制F型铜轴电缆接口。一路AM输入接口，采用平衡电缆接口。

3.4.2 音频输入接口

有两路线路音频输入用于输入外部音频，采用莲花插座（RCA）接口。具有一路话筒输入，采用6.35 mm的单环三触点（TRS）接口。

3.4.3 音频输出接口

具有一路线路音频输出，接口采用RCA母座。功率音频输出采用定压输出方式，以适应较长距离音频馈送，功率100 W。

3.4.4 其他接口

具有一路USB接口，用于接入U盘播放音频文件，接口采用USB A型插座。具有一路百兆RJ45网络接口。220 V交流受控电源输出，额定电流10 A，用于更大功率的音频功放。

3.5 性能指标

（1）工作电压范围：交流电源100～245 V。

（2）信噪比：≥70 dB。

（3）频响：40 Hz～15 kHz （±3 dB）。

（4）谐波失真：≤0.3%。

（5）音频输出电压：0.775±10% V（r.m.s）。

（6）音频输出接口阻抗：＜100 Ω。

（7）音频输入接口阻抗：＞10 kΩ。

（8）ABS-S输入频率范围：950～2150 MHz

（9）调频接收频率范围：87～108 MHz。

（10）中波接收频率范围：525～1607 kHz。

（11）有线数字电视输入频率范围：72～860 MHz。

（12）地面数字电视输入频率范围：470～860 MHz。

（13）高频头：工作频段11 700～12 200 MHz，输出频率950～1450 MHz。

（14）北斗定位信号接收范围：1 561.098 MHz（B1），1 589.742 MHz（B1-2），1 207.14 MHz（B2），1 268.52 MHz（B3）。

3.6 结构

本文描述的应急广播多模一体化终端，主要适用于室内应用场景，可连接4个25 W高音喇叭，可连接话筒直接喊话或连接U盘播放音频文件。结构上适合采用机架式或桌面式结构，符合广播电视设备耐用性要求。配套直播卫星接收天线需支持地盘式安装，采用优质钢板，厚度不低于0.55 mm，支持俯仰调节和水平调节。

对于户外应用应急广播终端，结构上需要采用防雨防尘抗损设计，直播卫星天线不易直接安装在地面上，可通过角架固定在立杆上或固定在平台型屋面上，并通过螺栓固定接收天线支架。

4 结语

据业内消息，内蒙古自治区近年已经开始了基于直播卫星传输突发事件预警信息发布系统建设试点，取得了良好的效果。同时，国家广播电视总局积极推动直播卫星在应急广播系统中的应用，其与云南省广播电视局开展的战略合作中把推动构建可靠便捷的直播卫星应急广播信息传输系统、探索“直播卫星+”发展路径[6]，作为重要的工作内容。笔者相信直播卫星会在应急广播系统中发挥越来越重要的作用。