廣電中波應(yīng)急廣播適配器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

山西省廣播電視局中波臺(tái)管理中心 原 瑾

中波信號(hào)主要是對(duì)高頻振蕩器提供的載波信號(hào)進(jìn)行放大處理，將其送入被調(diào)級(jí)，調(diào)幅器輸出信號(hào)可以對(duì)被調(diào)級(jí)進(jìn)行控制，從而形成調(diào)幅波信號(hào)。在中波應(yīng)急廣播適配器的設(shè)計(jì)中，需要考慮中波信號(hào)的調(diào)制方式，考慮中波廣播信號(hào)的傳輸鏈路，保證上下級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)發(fā)出的中波信號(hào)能夠相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、解碼和自動(dòng)播發(fā)。本文對(duì)中波應(yīng)急廣播適配器設(shè)計(jì)中的方案架構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、主模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，介紹了適配器推廣和應(yīng)用情況，在適配器的軟件設(shè)計(jì)中，研究了優(yōu)先級(jí)處理的方法、解析和轉(zhuǎn)發(fā)控制命令以及解碼流復(fù)用的方式，通過適配器進(jìn)行調(diào)配和控制，讓廣電中波應(yīng)急廣播系統(tǒng)更加完善。

1 方案架構(gòu)

在設(shè)計(jì)廣電中波應(yīng)急廣播適配器的整體應(yīng)用方案架構(gòu)時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)考慮到電視無線發(fā)射遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)，最好采用省級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)對(duì)該系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行控制，同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)反饋狀態(tài)方式，市縣級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)發(fā)布需求應(yīng)混入傳輸。在信號(hào)具體傳輸過程中，主要是省級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)發(fā)出應(yīng)急廣播調(diào)度指令和應(yīng)急廣播聲音信號(hào)，前提是發(fā)出前需要與原正常廣播電視信號(hào)復(fù)用，之后才可以通過全區(qū)廣播電視信號(hào)源網(wǎng)傳輸通道發(fā)出，將其傳送到多通道應(yīng)急廣播適配器，最后通過調(diào)頻方式接收終端進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的順利接收。

為確保播出安全，多通道應(yīng)急廣播適配器主要是將以TS流幀格式封裝的調(diào)度控制指令流和節(jié)目流進(jìn)行解碼，從而獲得節(jié)目音頻，直接將切換為發(fā)射機(jī)播出。在播出過程中，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)將播出狀態(tài)傳回至各級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)播出質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。最后，利用多模公共接收終端進(jìn)行應(yīng)急廣播節(jié)目和尋址控制信息的接收，以此為基礎(chǔ)開展驗(yàn)證和匹配。

2 硬件設(shè)計(jì)

在該適配器中，組成設(shè)備硬件系統(tǒng)的主要是LCD液晶顯示、核心主板以及按鍵板，通過將核心主板與機(jī)箱后面板相關(guān)接口相連接，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備所有輸入輸出信號(hào)。其中，控制器主板通過由帶有RDS的FM調(diào)頻接收電路，并由音頻驅(qū)動(dòng)和濾波電路、FPGA數(shù)字信號(hào)處理電路、IP轉(zhuǎn)TS流電路以及以太網(wǎng)通信電路等組成。在該硬件設(shè)計(jì)下，上級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)在進(jìn)入多通道應(yīng)急廣播適配控制器時(shí)，主要通過廣播電視信號(hào)源網(wǎng)下發(fā)的多種模式信號(hào)進(jìn)入，其中，不同硬件板塊發(fā)揮著不同的作用。比如DTMB射頻信號(hào)和衛(wèi)星射頻信號(hào)而言，主要是開展調(diào)諧與解調(diào)，并將8位TS流信號(hào)以并行的方式輸出至FPGA；帶有RDS調(diào)頻接收模塊接收無線調(diào)頻信號(hào)，以此進(jìn)行立體聲音頻的輸出，之后通過ⅡC總線將數(shù)據(jù)傳輸給FPGA等。作為該設(shè)備數(shù)據(jù)處理的核心，F(xiàn)PGA主要對(duì)多種模式進(jìn)行解密、校驗(yàn)和優(yōu)先級(jí)處理。從整體上來看，上級(jí)平臺(tái)應(yīng)急廣播聲音和應(yīng)急廣播控制指令在進(jìn)入多通道應(yīng)急廣播適配器時(shí)，主要通過一種或多種方式進(jìn)入，且可以以尋址信息為基礎(chǔ)對(duì)本級(jí)發(fā)射臺(tái)站進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 對(duì)TS流優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理

接收到中波應(yīng)急廣播信號(hào)后，需要利用FPGA軟件進(jìn)行處理，對(duì)中波應(yīng)急廣播進(jìn)行解復(fù)用和解析，按照控制命令進(jìn)行處理，確保中波應(yīng)急廣播信息能夠正常流轉(zhuǎn)。在適配器的軟件設(shè)計(jì)中，軟件可以對(duì)中波廣播信息和控制命令進(jìn)行分析，將其設(shè)置為不同的級(jí)別，輸入通道的時(shí)候，先處理優(yōu)先級(jí)信號(hào)。上級(jí)平臺(tái)向下級(jí)平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，也要對(duì)優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。中波應(yīng)急廣播的控制命令包含不同的內(nèi)容，如命令的來源、目標(biāo)、時(shí)間、種類和標(biāo)識(shí)等。當(dāng)適配器接入碼流后，需要先驗(yàn)證人員身份，核實(shí)之后，工作人員才能進(jìn)行管理。在優(yōu)先級(jí)處理的過程中，可以檢驗(yàn)格式，還可以判斷信息是否完整，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析和存儲(chǔ)的時(shí)候，可以使用遞歸算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理分配現(xiàn)有資源，按照實(shí)際的需求進(jìn)行配置。發(fā)布信息時(shí)，由適配器來決定是否需要發(fā)布，如果確定發(fā)布信息，就要選擇合適的發(fā)布模式，合理調(diào)配資源，制定資源調(diào)度控制方案。

3.2 對(duì)控制命令進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)發(fā)

中波應(yīng)急廣播適配器屬于多通道適配器，主要運(yùn)用了多模輸入的方法，這種輸入方法與地區(qū)廣播無線覆蓋的現(xiàn)狀相適應(yīng)。FPGA能同時(shí)解析不同的信號(hào)碼流，為了劃分信號(hào)碼流，可以在TS包里利用PID字段進(jìn)行劃分，F(xiàn)PGA收到TS包之后，先將TS包發(fā)送到緩沖區(qū)內(nèi)，這個(gè)緩沖區(qū)是由RAM形成的，進(jìn)入緩沖區(qū)后再進(jìn)行解析，這樣就會(huì)得到TS包的PID號(hào)，還能得到PMT表以及PAT表。將解析后的信息存儲(chǔ)起來，發(fā)送到ARM單片機(jī)上，由主控模塊進(jìn)行統(tǒng)一處理。FPGA可以分析使用者的需求，利用判別算法提取特定的TS包，將TS包傳輸?shù)教囟ǖ亩丝?，把不符合用戶需求的TS包刪除。中波應(yīng)急廣播會(huì)發(fā)布控制命令，F(xiàn)PGA可以對(duì)控制命令進(jìn)行解析，如果下級(jí)廣播中心接收到上級(jí)廣播中心的中波信號(hào)，需要先將信息解密，確定信息的優(yōu)先級(jí)，對(duì)資源進(jìn)行配置和調(diào)度。

適配器可以對(duì)所有接收到的TS包進(jìn)行解析，對(duì)TS流數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮處理，通過解包得到原本的音頻，得到同步控制的相關(guān)數(shù)據(jù)，將這些信息和數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)到軟件外的存儲(chǔ)器上，主要存到DDR3 SDRAM存儲(chǔ)器里。解碼用的芯片可以將音頻解碼成特定的格式，讓音頻的格式變成MEPG-1/2，把不同的音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為原始的數(shù)據(jù)信號(hào)。在解碼芯片中放入D/A模塊，對(duì)解碼后的數(shù)字音頻進(jìn)行高精度轉(zhuǎn)換，在兩個(gè)聲道中發(fā)出數(shù)字音頻，分別對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)解碼，一路負(fù)責(zé)監(jiān)測信源，另一路負(fù)責(zé)輸出解碼音頻，讓兩路信號(hào)單獨(dú)進(jìn)行輸出，更好地滿足中波應(yīng)急廣播平臺(tái)的信號(hào)傳輸需求。

3.3 解碼流復(fù)用

要想讓適配器對(duì)碼流信號(hào)進(jìn)行解析和解復(fù)用，需要使用性能強(qiáng)度較高的FPGA，在單片上的RAM中設(shè)置FIFO接收模塊，利用該模塊設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)都含有4個(gè)字節(jié)，通過緩沖區(qū)得到信息包里的PID號(hào)，把這些PID號(hào)發(fā)送給PID表控制模塊，對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，判斷數(shù)據(jù)的情況，最后決定是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)還是刪除數(shù)據(jù)。FPGA內(nèi)部包含信道接口，當(dāng)信道接口開始進(jìn)行同步鎖定時(shí)，就可以把傳輸包中的所有內(nèi)容完整地發(fā)送給PID處理器，同時(shí)，還可以檢測傳輸包的字節(jié)，判斷傳輸包是否出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的情況，確定傳輸包完整后，對(duì)TS流進(jìn)行分離處理，將其分成兩路，將傳輸包發(fā)送到解碼模塊中。

4 主控模塊設(shè)計(jì)

主控模塊是適配器的重要部分，也是整個(gè)中波應(yīng)急廣播的關(guān)鍵，能夠采集數(shù)據(jù)、處理信號(hào)和控制設(shè)備。在適配器主控模塊的設(shè)計(jì)中，主要使用了32位ARM單片機(jī)，具體的規(guī)格和參數(shù)為STM32F103VET6。主控模塊能夠?qū)⒉シ藕涂刂频那闆r發(fā)送給上級(jí)應(yīng)急廣播平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。主控模塊還能按照RDS標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行編碼，利用DUP報(bào)文的方法進(jìn)行流轉(zhuǎn)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到下級(jí)應(yīng)急廣播中心的設(shè)備中。ARM主控模塊能夠和FPGA進(jìn)行通信，在監(jiān)控的同時(shí)得到FPGA適配器的各項(xiàng)參數(shù)，其他平臺(tái)可以連接遠(yuǎn)程監(jiān)控接口。在通訊設(shè)計(jì)中，可以采用上位機(jī)通訊模式，或者使用嵌入式WEB通信模式。在顯示設(shè)計(jì)中，可以安裝LCD液晶屏，讓中英文菜單的字體更加明顯。在控制部位的設(shè)計(jì)中采用飛梭操作的方法，讓主控模塊的操作更加便捷。

5 推廣和應(yīng)用

中波應(yīng)急廣播適配器主要以FPGA為基礎(chǔ)。經(jīng)過推廣，越來越多的地區(qū)開始使用這種適配器，在不同地區(qū)的應(yīng)用中，中波應(yīng)急廣播的各個(gè)設(shè)備都能夠正常使用，均得到了非常好的使用效果。在推廣、安裝和使用上，國家從政策上提供了支持，地方應(yīng)急廣播中心開始大力推廣這種適配器，各個(gè)地方單位和無線發(fā)射臺(tái)將會(huì)安裝中波應(yīng)急廣播適配器，最大程度發(fā)揮中波應(yīng)急廣播適配器的價(jià)值。

結(jié)論：適配器是中波應(yīng)急廣播體系的關(guān)鍵部分，適配器的設(shè)計(jì)關(guān)系著中波應(yīng)急廣播信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性，在中波應(yīng)急廣播系統(tǒng)的建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵信息進(jìn)行處理，根據(jù)用戶的需求和適配器的現(xiàn)狀進(jìn)行研發(fā)，保證關(guān)鍵信息能夠順利進(jìn)行流轉(zhuǎn)，通過適配器提高整體的經(jīng)濟(jì)效益。