基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播消息傳輸協(xié)議探討

劉春江，馬 艷，李玉環(huán)，李曉鳴，杜國柱

（1.國家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院，北京 100866；2.國家新聞出版廣電總局監(jiān)管中心，北京 100866）

基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播消息傳輸協(xié)議探討

劉春江1，馬 艷1，李玉環(huán)2，李曉鳴1，杜國柱2

（1.國家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院，北京 100866；2.國家新聞出版廣電總局監(jiān)管中心，北京 100866）

探討定義一種基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播消息傳輸技術(shù)機(jī)制和協(xié)議封裝格式，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)急廣播信令和數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議及終端設(shè)備編碼規(guī)則的統(tǒng)一和規(guī)范化，解決各設(shè)備廠商生產(chǎn)的終端互不兼容導(dǎo)致后期維護(hù)困難等方面的問題，促進(jìn)和加快各地采用調(diào)頻負(fù)載波技術(shù)進(jìn)行應(yīng)急廣播消息播發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展速度。

調(diào)頻副載波；應(yīng)急廣播消息；協(xié)議封裝格式

基于調(diào)頻副載波的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)在智能交通、天氣預(yù)報(bào)及災(zāi)害信息預(yù)報(bào)等行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]，各地建設(shè)的尤其是面向農(nóng)村地區(qū)的公共廣播系統(tǒng)很多也采用調(diào)頻副載波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)控制和區(qū)域地址碼及其終端編號的選擇匹配等功能，但由于當(dāng)初進(jìn)行建設(shè)時(shí)，缺乏對基于副載波的通信協(xié)議和終端設(shè)備編號的統(tǒng)一定義和規(guī)范，各個(gè)設(shè)備廠商依據(jù)自己內(nèi)部協(xié)議生產(chǎn)的各種相關(guān)設(shè)備互不兼容，從而導(dǎo)致完成建設(shè)的系統(tǒng)在應(yīng)用過程中運(yùn)行維護(hù)困難重重，甚至造成部分系統(tǒng)由于廠商倒閉或轉(zhuǎn)行停產(chǎn)而無法正常運(yùn)行使用。

當(dāng)前各地又逐漸興起規(guī)劃和建設(shè)面向農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)的熱潮，很多規(guī)劃和擬建設(shè)的農(nóng)村應(yīng)急廣播系統(tǒng)打算采用成熟的調(diào)頻副載波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播消息控制信令和部分文本內(nèi)容的傳輸以及終端設(shè)備遠(yuǎn)程開關(guān)控制等功能，為防止各廠商生產(chǎn)的設(shè)備互不兼容導(dǎo)致的維護(hù)困難的歷史重演，有必要對基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播的技術(shù)機(jī)制和協(xié)議封裝格式（包括終端編碼規(guī)則等）進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)范和定義。本文提出一種基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播消息傳輸協(xié)議封裝格式，爭取解決各廠商生產(chǎn)的設(shè)備不規(guī)范、不標(biāo)準(zhǔn)、無法實(shí)現(xiàn)兼容的問題，為促進(jìn)和加快各地采用調(diào)頻負(fù)載波技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展速度掃清障礙。

1 物理層編解碼及調(diào)制解調(diào)機(jī)制

目前世界上采用調(diào)頻副載波的技術(shù)方式主要有：廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Radio Data System，RDS）、日本NHK方式、美國SCA方式以及日本數(shù)據(jù)廣播頻道（Data Radio Channel，DARC）等[2]幾種。其中，中國在1995年引進(jìn)RDS技術(shù)，形成了自己的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 15770—1995廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）技術(shù)規(guī)范）[4]，其編碼和解碼技術(shù)也得到國內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員的深入探索和研究[5-6]，同時(shí)由于很多芯片廠商生產(chǎn)的收音機(jī)芯片能夠直接支持和實(shí)現(xiàn)RDS的硬件編解碼，從而極大降低了基于RDS的調(diào)頻副載波終端設(shè)備的生產(chǎn)制造成本，使得RDS技術(shù)在基于調(diào)頻副載波的各種系統(tǒng)中獲得最大的應(yīng)用。

因此，本文探討的應(yīng)急廣播消息傳輸機(jī)制和協(xié)議封裝格式的物理層編解碼和調(diào)制解調(diào)技術(shù)機(jī)制基于RDS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)可參閱《GB/T 15770—1995廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）技術(shù)規(guī)范》文本，在此只對其技術(shù)要點(diǎn)加以簡單介紹，RDS采用的副載波頻率為57 kHz，容差為±6 Hz，在立體聲廣播時(shí)副載波頻率鎖定于19 kHz導(dǎo)頻的第三次諧波上的同相相位上，其相位角的容差在FM射頻調(diào)制信號輸入端為±10°。RDS的物理層數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 RDS數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖

每個(gè)數(shù)據(jù)幀由4個(gè)塊組成，每個(gè)塊由16 bit信息位+10 bit校驗(yàn)位組成，即每個(gè)塊中的有效數(shù)據(jù)載荷為2 byte（16 bit）。日常應(yīng)用中，最常采用的一種數(shù)據(jù)幀有效數(shù)據(jù)形式如表1所示。

表1 RDS數(shù)據(jù)幀有效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

其中，Block A中通常用作國家識(shí)別、區(qū)域識(shí)別以及節(jié)目基準(zhǔn)號等，通常是反復(fù)循環(huán)重復(fù)發(fā)送傳輸?shù)?，Block B中的標(biāo)識(shí)碼通常用于標(biāo)識(shí)節(jié)目類型等內(nèi)容。

2 應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)格式和封裝協(xié)議

2.1 相關(guān)術(shù)語定義

對于文中使用的幾個(gè)特定術(shù)語進(jìn)行如下定義：

1）應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)

由1個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)幀組成，表示一條應(yīng)急廣播消息指令或消息內(nèi)容的數(shù)據(jù)包。

2）應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)有效信息數(shù)據(jù)

應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)中除報(bào)頭和幀總數(shù)及幀序號之外承載應(yīng)急廣播指令或消息內(nèi)容的有效載荷，由數(shù)據(jù)報(bào)中每幀數(shù)據(jù)的最后5 byte構(gòu)成。

3）數(shù)據(jù)幀

由RDS技術(shù)基層編碼調(diào)制機(jī)制所決定的一個(gè)完整的數(shù)據(jù)單元，其構(gòu)成如圖1所示，由4個(gè)數(shù)據(jù)塊（Block）組成，數(shù)據(jù)幀長度固定為104 bit，其中64 bit為信息位。

4）數(shù)據(jù)塊。

RDS技術(shù)中進(jìn)行編碼校驗(yàn)的最小組織單位，由16 bit信息位和10 bit校驗(yàn)位組成。

2.2 應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu)

由于采用RDS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，其碼率大約為1 187.5 bit/s（57 kHz/48），傳送字節(jié)的效率約為148 byte/s，傳送的有效載荷速率小于92 bit/s（148×16/26），效率非常低，因此在定義傳輸協(xié)議時(shí)必須考慮到每個(gè)字節(jié)每個(gè)比特的使用效率，為保證應(yīng)急廣播指令的安全可靠和可管可控，應(yīng)急廣播指令和數(shù)據(jù)文本必須進(jìn)行安全簽名驗(yàn)證，本文中的安全簽名驗(yàn)證機(jī)制為暫定方案，相關(guān)數(shù)據(jù)長度為上限值，目前正尋求參數(shù)更短更合適的方案。

根據(jù)應(yīng)急廣播應(yīng)用需求，對RDS數(shù)據(jù)幀中的PI碼及Block B、BlockC、BlockD的有效數(shù)據(jù)載荷重新進(jìn)行定義，應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu)示意圖

應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)中各字段的格式及其定義說明如表2所示，數(shù)據(jù)報(bào)來源級別定義如表3所示。

表2 數(shù)據(jù)字段定義一覽表

表3 數(shù)據(jù)報(bào)來源級別定義

2.3 應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)封裝協(xié)議和格式

應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)傳送的有效信息數(shù)據(jù)分為應(yīng)急廣播指令和應(yīng)急廣播消息內(nèi)容兩種，每種又包含多種類型，無論是何種種類和類型，均連續(xù)分布在各個(gè)數(shù)據(jù)幀最后5個(gè)字節(jié)的有效數(shù)據(jù)載荷中，數(shù)據(jù)報(bào)尾幀的最后一個(gè)字節(jié)為CRC16校驗(yàn)和，該校驗(yàn)和是對所有數(shù)據(jù)幀序號（含）及信息位和尾幀填充字進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)，校驗(yàn)碼生成多項(xiàng)式x16+x15+x2+1。

應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)封裝格式如圖3所示。

圖3 應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)有效信息數(shù)據(jù)封裝格式

各字段數(shù)據(jù)的定義如表4所示。

表4 應(yīng)急廣播指令語法定義

2.4 應(yīng)急廣播指令和消息內(nèi)容格式

與應(yīng)急廣播相關(guān)的數(shù)據(jù)主要分為指令和消息內(nèi)容兩大類，其中應(yīng)急廣播指令又包括參數(shù)設(shè)置、應(yīng)急廣播開關(guān)、日常節(jié)目播出開關(guān)、密鑰更新等多種類型，在此僅以參數(shù)設(shè)置中的設(shè)置區(qū)域代碼、開播/停播以及應(yīng)急廣播消息文本內(nèi)容為例加以說明。

1）設(shè)置區(qū)域代碼指令格式

該指令的應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)類型為0x00；應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)總長度為13 byte，具體定義如圖4所示。

圖4 應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)有效信息數(shù)據(jù)封裝格式

設(shè)備類型碼：1 byte，用于區(qū)分設(shè)備類型，0x01為終端，其他值保留；

設(shè)備物理地址：6 byte，設(shè)備唯一識(shí)別碼，出廠時(shí)被設(shè)定；

縣級代碼：3 byte，表示6位BCD碼。符合GB/ T2260—2007的國家行政區(qū)劃代碼規(guī)范；

鎮(zhèn)級代碼：1 byte，表示2位BCD碼，最多可表示99個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)；

村級代碼：1 byte，表示2位BCD碼，最多可表示99個(gè)行政村；

終端編碼：1 byte，表示2位BCD碼，最多可表示99個(gè)終端。

2）應(yīng)急廣播開播/停播指令格式

該指令的應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)類型為0x01；應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)總長度為6 byte（不需要切換頻點(diǎn)）或9 byte（需切換頻點(diǎn)），具體定義如圖5所示。

圖5 應(yīng)急廣播開播/停播指令格式定義圖

相關(guān)字段的定義如表5所示。

表5 開播/停播指令語法定義

3）應(yīng)急廣播消息文本內(nèi)容格式

應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)類型為0x10；應(yīng)急廣播數(shù)據(jù)報(bào)長度可變，視文本內(nèi)容長度需要而定，建議不超過512 byte，數(shù)據(jù)報(bào)格式如圖6所示。

圖6 應(yīng)急廣播消息文本內(nèi)容格式定義圖

消息內(nèi)容字段和編碼字符集字段定義分別見表6和表7。

表6 消息內(nèi)容類型定義表

表7 編碼字符集

3 結(jié)束語

調(diào)頻副載波技術(shù)在已經(jīng)建成和即將建設(shè)的面向農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行日常節(jié)目和應(yīng)急廣播信息播放的系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用，由于以往缺乏應(yīng)急廣播指令和數(shù)據(jù)封裝協(xié)議以及終端設(shè)備編碼規(guī)則的統(tǒng)一規(guī)范和定義，導(dǎo)致各廠家生產(chǎn)的終端設(shè)備不能互相兼容，已建成系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)困難重重，本文討論確定了基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播消息（包括指令和內(nèi)容）的傳輸協(xié)議封裝格式，通過定義參數(shù)設(shè)置、應(yīng)急廣播開關(guān)、日常節(jié)目播出開關(guān)、密鑰更新等多種應(yīng)急廣播指令以及應(yīng)急廣播消息內(nèi)容的字段封裝格式，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻副載波技術(shù)用于應(yīng)急廣播系統(tǒng)時(shí)技術(shù)細(xì)節(jié)的規(guī)范和統(tǒng)一，對于指導(dǎo)和促進(jìn)各地采用調(diào)頻副載波技術(shù)進(jìn)行應(yīng)急廣播系統(tǒng)建設(shè)具有重要的意義。

[1] 上海建立災(zāi)害信息調(diào)頻副載波廣播系統(tǒng)[J].生命與災(zāi)害，2011（2）：43.

[2] 趙奕陽，張東海.調(diào)頻副載波技術(shù)及其在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].低壓電器，2008（1）：56-59.

[3]王峰，史杏榮，程小泉，等.基于RDS和SCA技術(shù)的氣象預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)[J].通信技術(shù)，2008（10）：196-198.

[4]GB/T 15770—1995，廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）技術(shù)規(guī)范[S].1995.

[5]蘇威.RDS技術(shù)原理與接收機(jī)電路設(shè)計(jì)[J].山西電子技術(shù)，2007（3）：92-94.

[6] 盧云川.RDS編碼和解碼技術(shù)及應(yīng)用[J].工程勘察，2000（2）：50-52.

國網(wǎng)-中傳數(shù)字新媒體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室簽約并成立

9月2日，中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司與中國傳媒大學(xué)新媒體研究院就共建數(shù)字新媒體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室舉行了簽約儀式。數(shù)字新媒體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室由雙方共同組建，委托中國傳媒大學(xué)新媒體研究院負(fù)責(zé)具體的組織執(zhí)行。雙方本著“長期合作、優(yōu)勢互補(bǔ)、共促發(fā)展”的宗旨，建立長期戰(zhàn)略合作，組建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，定位于有線電視戰(zhàn)略、業(yè)務(wù)、平臺(tái)，將建設(shè)一個(gè)在國內(nèi)具有影響力的綜合實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室成立后，將推進(jìn)數(shù)字新媒體前沿理論的研究，舉辦峰會(huì)論壇，并建設(shè)一系列業(yè)務(wù)創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

Discussion of EBM Transm ission Protocol Based on FM Subcarrier

LIU Chunjiang1,MA Yan1,LI Yuhuan2,LI Xiaoming1,DU Guozhu2
（1.Academy of Broadcasting Science of SARFT,Beijing 100866,China；2.Supervision Center of SARFT,Beijing 100866,China）

The definition of an emergency broadcast message transmission mechanism and protocol encapsulation format based on FM subcarrier are discussed,which realizes the unification and standardization of emergency broadcast signaling and data transmission control protocol and terminal equipment coding rules.It solves the incompatible problems of terminal equipment manufactured by different manufacturers,so as to promote and accelerate construction and development speed of EBM broadcast system that uses FM subcarrier technology.

FM subcarrier；emergency broadcast message（EBM）；protocol encapsulation format

TN943；TN913

A

?? 京

2014-06-15

【本文獻(xiàn)信息】劉春江，馬艷，李玉環(huán)，等.基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播消息傳輸協(xié)議探討[J].電視技術(shù)，2014，38（20）.