基于DMB的预警信息智能接收系统

陈苏婷，夏景明，朱节中

(南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京 210044)

我国幅员辽阔，是一个自然灾害频发的国家。台风、暴雨(雪)、雷电、干旱、大风、冰雹、大雾、霾、沙尘暴、高温热浪，以及低温冻害等灾害时有发生，灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成的损失严重［1］。

目前，基于DAB的预警信息接收机已在我国一些气象部门得到应用。然而，DAB预警信息接收机功能单一，仅可实现文本、音频的预警信息接收，无法实现区域定位［2-3］。因此笔者提出了一种基于DMB的预警信息智能接收系统，旨在提高我国预警信息接收的实时准确性和智能性。

1 系统设计方案

整个DMB预警信息智能接收系统如图1所示，包括接收转换模块、信息处理模块和播放显示模块。其中，接收转换模块对卫星天线接收的信号进行转换，通过调频和A/D转换，将RF输出的基带模拟信号转换为数字信号;信息处理模块通过ARM处理器对转换后的DMB数字信号(文本、音频和视频信息等)进行相关解码，处理相应的解码单元，并实现预警信息的区域选择性智能接收;播放显示模块在反馈控制单元的作用下，实现预警信息的重复播放、显示和其他扩展功能。

2 接收转换模块

接收转换模块主要通过接收天线将接收的信息进行转换，实现RF和A/D转换。

图1 基于DMB的预警信息智能接收系统

在接收转换模块中，预警信息接收系统首先对卫星接收天线接收的信息进行转换，转换由两个单元构成:RF单元和A/D单元。其中，RF单元完成调谐功能，同时将天线接收的射频DMB信号从BandⅢ(174～230 MHz)或L Band(1452 ～1492 MHz)搬移到中频(2.048 MHz或38.912 MHz)。根据DMB标准协议，RF单元必须具备能够接收这两个频段信号的能力。RF芯片采用MAX2170，其通过I2C接口实现ARM处理器对其内部寄存器的读写控制。A/D单元将RF输出的基带模拟信号转换为数字信号，以方便DMB数字解码的实现;A/D转换采用的芯片是MAXIM公司的 MAX1191［4-5］。

3 信息处理模块

传统的DAB预警信息接收机功能单一，仅能实现文本、音频的预警信息接收，无法实现区域定位。为提高可视化和多媒体信息的传输能力，在传统接收文本显示和音频播出的基础上，增加预警信息视频部分的多媒体传输。即实现对文本、音频和视频的预警信息的接收解码。

传统的DAB信息处理模块主要包括文本信息单元和音频信息单元［6］。其中，文本信息单元主要实现文字、符号等数据的传输，该单元将需传输的预警信息内容通过打包形式分成若干个满足一定长度大小的包，经过包模式编码，得到包模式数据后输入至DAB编码单元。音频信息单元主要实现声音数据的传输。一个完整的DAB信息帧格式主要包括音频数据和辅助控制数据(XPAD数据、SCF-CRC数据和F-PAD数据)。音频数据为音频流数据;辅助控制数据中，X-PAD数据用来加载用户的标志和数据;SCF-CRC数据实现比例因子检查校验;F-PAD数据用于加载控制信息(字符或数据)。根据上述DAB音频帧格式，音频流通道主要实现音频数据的传输，辅助控制数据则可与音频数据同步，实现对音频流的解释和说明［7］。

在传统的DAB信息传输模式基础上，笔者所研发的系统实现了基于DMB的预警信息传输，提高了可视化和多媒体信息的传输能力。DMB多媒体信息处理模块流程图如图2所示。DMB采用MPEG-2系统(ISO/IEC 13818-1)的TS复用形式［8］。即首先把视频图像、音频等编码后的要素信号ES分割成适当长度，加上包头，形成PES数据包，再将PES数据包配置在TS数据包的有用负载中，最后将各种TS数据包排列成TS数据流，实现复用。同时，在信息传输时，需要加载相关的频道、配置和同步信息，这些补充文本信息数据主要用于解码TS文件使用［9］。补充文本信息数据以段的形式复用到TS中，最终组合成DMB数据帧，经DMB发射系统发送DMB信息。DMB中TS文件的合成可通过H.264格式的视频和AAC格式的音频按照DMB标准协议的码率合成得到。接收解码端则是DMB编码的逆过程，实现接收发送DMB信息帧。

图2 DMB多媒体信息处理模块流程图

4 播放显示模块

播放显示模块在反馈控制单元的作用下，实现预警信息的文字、视频显示和音频播放。其中，显示单元采用3.5寸液晶彩屏，将DMB信息接收模块接收的预警信息实时显示。通过背光显示功能实时显示预警信息及各项参数信息。显示模块通过处理器实现控制。音频输出单元采用音频解码芯片MAX9850［10］，将DMB信息接收模块接收的预警信息进行音频播出。通过I2C接口实现处理器对MAX9850的控制和数据传输。这样，通过对解码的预警信息显示、播放可实时实现预警信息的传递，扩大受众面。

5 智能接收系统的关键技术研究

5.1 区域选择性接收算法及其实现

由于我国幅员辽阔，自然灾害频繁，分布范围广，如不采取灾害性信息的选择性接收，信息量就会过于庞大和冗余，因此笔者提出了一种智能选择接收算法，该算法通过对比预警信息和信息接收系统的地址码，可自动实现当前预警信息的舍弃与保留。

DMB 预警信息区域码格式由 La、Da、Lo、Do4部分组成。其中，La为纬度标识码，Da为纬度信息数据，由 6 bit构成，即 La1La2、La3La4、La5La6分别表示纬度信息的度、分、秒数据;Lo为经度标识码，Do为经度信息数据，由7 bit构成，即Lo1Lo2Lo3、Lo4Lo5、Lo6Lo7分别表示经度信息的度、分、秒数据。

按我国地理位置的经纬度信息，DMB灾害预警信息接收系统的区域为北纬53°33'至北纬3°52'内的地区和东经 73°40'至东经 135°2'30″之间的地区。即:

按照上述经纬度范围，可将全国划分为n×m个等大小的矩形区域，则向量NM［n，m］即为该区域地址码，其中n，m均为正整数。

该算法的实现流程如下:

(1)解包接收到的预警信息，存储并提取地址码信息段［n，m］;

(2)通过DMB接收系统获得的定位和授时信息，提取经度、纬度数据信息;

(3)对提取的经度纬度信息进行预处理，算法如下:设x，y为最终输出的DMB接收终端区域地址码，则向量XY［x，y］为获取的地址码信息。其中，x为经度信息，y为纬度信息，即DMB接收终端的区域地址码:

(4)DMB接收终端通过比较自身的区域地址码［x，y］和预警信息数据帧加载的地址码［n，m］，自动选择接收或放弃预警信息。如两者不相同，则舍弃该预警信息;如两者相同，则通过适配器的卫星DMB通道接收开关将发布的预警信息传输至DMB接收终端。

5.2 反馈控制单元的设计与实现

为进一步保障用户对预警信息的智能性，笔者设计了反馈控制单元。该单元是为进一步保证预警信息实时准确接收而构造的控制反馈。反馈控制单元主要实现两大功能:当DMB接收终端接收预警级别较高的预警信息，且用户没有进行手动干预查询该信息时，则开启指示灯和蜂鸣器开关，通过开关反馈至音频输出单元，实现对预警信息正文的连续语音输出，以提示用户;若连续语音播报不起作用，通过开关反馈至适配器模块和信息预处理模块，则重新发布当前预警信息，直至指示灯和蜂鸣器报警。

6 结论

基于DMB的预警信息智能接收系统可实时准确地接收各级各类各部门发布的预警信息，覆盖范围广，携带方便。同时，笔者提出了基于区域的选择性智能接收算法和反馈控制单元的设计，可较好地实现对预警信息的智能实时接收。

［1］李芳.移动通信网的公共预警信息研究［J］.通信技术，2008，41(11):211-213.

［2］孙丽莉，杨俊萍，陈兆武，等.数字音频广播(DAB)技术在气象预警信息发布中的应用［J］.云南大学学报:自然科学版，2009，31(S1):252-254.

［3］国家气象信息中心DAB项目组.气象预警信息数字音频广播(DAB试验系统)建设进展［R］.北京:国家气象信息中心，2008.

［4］常雄，周旭.基于GPRS的信息采集系统智能终端的设计［J］.计算机技术与发展，2006，16(12):153-156.

［5］陈伟.山东气象服务平台的探讨［J］.通信世界，2008，42(5):31-33.

［6］ETSI EN 300401 v1.3.3.Radio broadcasting systems，digital audio broadcasting(DAB)to mobile，portable and fixed receivers［S］.

［7］TZONG H L，YANG H L，CHU Y L.Design and implementation of channel encoder-decoder for the digital audio broadcasting(DAB)system［J］.IEEE Trans on Communications，1999，48(8):680-683.

［8］BOSI M.Multi-channel audio coding and its applications in DAB and DVB［J］.IEEE Trans on Signal Processing，2000，42(3):5-10.

［9］张超，顾晓峰.DAB发射系统研究与编码设计［J］.电声技术，2010，31(3):78-81.

［10］宗昉.数字音频原理及应用［M］.北京:机械工业出版社，2005:83-165.