基于DMB的預(yù)警信息智能接收系統(tǒng)

陳蘇婷，夏景明，朱節(jié)中

(南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，江蘇南京 210044)

我國幅員遼闊，是一個自然災(zāi)害頻發(fā)的國家。臺風(fēng)、暴雨(雪)、雷電、干旱、大風(fēng)、冰雹、大霧、霾、沙塵暴、高溫?zé)崂?，以及低溫凍害等?zāi)害時有發(fā)生，災(zāi)害種類多，分布地域廣，發(fā)生頻率高，造成的損失嚴(yán)重［1］。

目前，基于DAB的預(yù)警信息接收機(jī)已在我國一些氣象部門得到應(yīng)用。然而，DAB預(yù)警信息接收機(jī)功能單一，僅可實(shí)現(xiàn)文本、音頻的預(yù)警信息接收，無法實(shí)現(xiàn)區(qū)域定位［2-3］。因此筆者提出了一種基于DMB的預(yù)警信息智能接收系統(tǒng)，旨在提高我國預(yù)警信息接收的實(shí)時準(zhǔn)確性和智能性。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

整個DMB預(yù)警信息智能接收系統(tǒng)如圖1所示，包括接收轉(zhuǎn)換模塊、信息處理模塊和播放顯示模塊。其中，接收轉(zhuǎn)換模塊對衛(wèi)星天線接收的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過調(diào)頻和A/D轉(zhuǎn)換，將RF輸出的基帶模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;信息處理模塊通過ARM處理器對轉(zhuǎn)換后的DMB數(shù)字信號(文本、音頻和視頻信息等)進(jìn)行相關(guān)解碼，處理相應(yīng)的解碼單元，并實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的區(qū)域選擇性智能接收;播放顯示模塊在反饋控制單元的作用下，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的重復(fù)播放、顯示和其他擴(kuò)展功能。

2 接收轉(zhuǎn)換模塊

接收轉(zhuǎn)換模塊主要通過接收天線將接收的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)RF和A/D轉(zhuǎn)換。

圖1 基于DMB的預(yù)警信息智能接收系統(tǒng)

在接收轉(zhuǎn)換模塊中，預(yù)警信息接收系統(tǒng)首先對衛(wèi)星接收天線接收的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換由兩個單元構(gòu)成:RF單元和A/D單元。其中，RF單元完成調(diào)諧功能，同時將天線接收的射頻DMB信號從BandⅢ(174～230 MHz)或L Band(1452 ～1492 MHz)搬移到中頻(2.048 MHz或38.912 MHz)。根據(jù)DMB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，RF單元必須具備能夠接收這兩個頻段信號的能力。RF芯片采用MAX2170，其通過I2C接口實(shí)現(xiàn)ARM處理器對其內(nèi)部寄存器的讀寫控制。A/D單元將RF輸出的基帶模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以方便DMB數(shù)字解碼的實(shí)現(xiàn);A/D轉(zhuǎn)換采用的芯片是MAXIM公司的 MAX1191［4-5］。

3 信息處理模塊

傳統(tǒng)的DAB預(yù)警信息接收機(jī)功能單一，僅能實(shí)現(xiàn)文本、音頻的預(yù)警信息接收，無法實(shí)現(xiàn)區(qū)域定位。為提高可視化和多媒體信息的傳輸能力，在傳統(tǒng)接收文本顯示和音頻播出的基礎(chǔ)上，增加預(yù)警信息視頻部分的多媒體傳輸。即實(shí)現(xiàn)對文本、音頻和視頻的預(yù)警信息的接收解碼。

傳統(tǒng)的DAB信息處理模塊主要包括文本信息單元和音頻信息單元［6］。其中，文本信息單元主要實(shí)現(xiàn)文字、符號等數(shù)據(jù)的傳輸，該單元將需傳輸?shù)念A(yù)警信息內(nèi)容通過打包形式分成若干個滿足一定長度大小的包，經(jīng)過包模式編碼，得到包模式數(shù)據(jù)后輸入至DAB編碼單元。音頻信息單元主要實(shí)現(xiàn)聲音數(shù)據(jù)的傳輸。一個完整的DAB信息幀格式主要包括音頻數(shù)據(jù)和輔助控制數(shù)據(jù)(XPAD數(shù)據(jù)、SCF-CRC數(shù)據(jù)和F-PAD數(shù)據(jù))。音頻數(shù)據(jù)為音頻流數(shù)據(jù);輔助控制數(shù)據(jù)中，X-PAD數(shù)據(jù)用來加載用戶的標(biāo)志和數(shù)據(jù);SCF-CRC數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)比例因子檢查校驗(yàn);F-PAD數(shù)據(jù)用于加載控制信息(字符或數(shù)據(jù))。根據(jù)上述DAB音頻幀格式，音頻流通道主要實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的傳輸，輔助控制數(shù)據(jù)則可與音頻數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)對音頻流的解釋和說明［7］。

在傳統(tǒng)的DAB信息傳輸模式基礎(chǔ)上，筆者所研發(fā)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于DMB的預(yù)警信息傳輸，提高了可視化和多媒體信息的傳輸能力。DMB多媒體信息處理模塊流程圖如圖2所示。DMB采用MPEG-2系統(tǒng)(ISO/IEC 13818-1)的TS復(fù)用形式［8］。即首先把視頻圖像、音頻等編碼后的要素信號ES分割成適當(dāng)長度，加上包頭，形成PES數(shù)據(jù)包，再將PES數(shù)據(jù)包配置在TS數(shù)據(jù)包的有用負(fù)載中，最后將各種TS數(shù)據(jù)包排列成TS數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)復(fù)用。同時，在信息傳輸時，需要加載相關(guān)的頻道、配置和同步信息，這些補(bǔ)充文本信息數(shù)據(jù)主要用于解碼TS文件使用［9］。補(bǔ)充文本信息數(shù)據(jù)以段的形式復(fù)用到TS中，最終組合成DMB數(shù)據(jù)幀，經(jīng)DMB發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送DMB信息。DMB中TS文件的合成可通過H.264格式的視頻和AAC格式的音頻按照DMB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的碼率合成得到。接收解碼端則是DMB編碼的逆過程，實(shí)現(xiàn)接收發(fā)送DMB信息幀。

圖2 DMB多媒體信息處理模塊流程圖

4 播放顯示模塊

播放顯示模塊在反饋控制單元的作用下，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的文字、視頻顯示和音頻播放。其中，顯示單元采用3.5寸液晶彩屏，將DMB信息接收模塊接收的預(yù)警信息實(shí)時顯示。通過背光顯示功能實(shí)時顯示預(yù)警信息及各項(xiàng)參數(shù)信息。顯示模塊通過處理器實(shí)現(xiàn)控制。音頻輸出單元采用音頻解碼芯片MAX9850［10］，將DMB信息接收模塊接收的預(yù)警信息進(jìn)行音頻播出。通過I2C接口實(shí)現(xiàn)處理器對MAX9850的控制和數(shù)據(jù)傳輸。這樣，通過對解碼的預(yù)警信息顯示、播放可實(shí)時實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的傳遞，擴(kuò)大受眾面。

5 智能接收系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

5.1 區(qū)域選擇性接收算法及其實(shí)現(xiàn)

由于我國幅員遼闊，自然災(zāi)害頻繁，分布范圍廣，如不采取災(zāi)害性信息的選擇性接收，信息量就會過于龐大和冗余，因此筆者提出了一種智能選擇接收算法，該算法通過對比預(yù)警信息和信息接收系統(tǒng)的地址碼，可自動實(shí)現(xiàn)當(dāng)前預(yù)警信息的舍棄與保留。

DMB 預(yù)警信息區(qū)域碼格式由 La、Da、Lo、Do4部分組成。其中，La為緯度標(biāo)識碼，Da為緯度信息數(shù)據(jù)，由 6 bit構(gòu)成，即 La1La2、La3La4、La5La6分別表示緯度信息的度、分、秒數(shù)據(jù);Lo為經(jīng)度標(biāo)識碼，Do為經(jīng)度信息數(shù)據(jù)，由7 bit構(gòu)成，即Lo1Lo2Lo3、Lo4Lo5、Lo6Lo7分別表示經(jīng)度信息的度、分、秒數(shù)據(jù)。

按我國地理位置的經(jīng)緯度信息，DMB災(zāi)害預(yù)警信息接收系統(tǒng)的區(qū)域?yàn)楸本?3°33'至北緯3°52'內(nèi)的地區(qū)和東經(jīng) 73°40'至東經(jīng) 135°2'30″之間的地區(qū)。即:

按照上述經(jīng)緯度范圍，可將全國劃分為n×m個等大小的矩形區(qū)域，則向量NM［n，m］即為該區(qū)域地址碼，其中n，m均為正整數(shù)。

該算法的實(shí)現(xiàn)流程如下:

(1)解包接收到的預(yù)警信息，存儲并提取地址碼信息段［n，m］;

(2)通過DMB接收系統(tǒng)獲得的定位和授時信息，提取經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù)信息;

(3)對提取的經(jīng)度緯度信息進(jìn)行預(yù)處理，算法如下:設(shè)x，y為最終輸出的DMB接收終端區(qū)域地址碼，則向量XY［x，y］為獲取的地址碼信息。其中，x為經(jīng)度信息，y為緯度信息，即DMB接收終端的區(qū)域地址碼:

(4)DMB接收終端通過比較自身的區(qū)域地址碼［x，y］和預(yù)警信息數(shù)據(jù)幀加載的地址碼［n，m］，自動選擇接收或放棄預(yù)警信息。如兩者不相同，則舍棄該預(yù)警信息;如兩者相同，則通過適配器的衛(wèi)星DMB通道接收開關(guān)將發(fā)布的預(yù)警信息傳輸至DMB接收終端。

5.2 反饋控制單元的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

為進(jìn)一步保障用戶對預(yù)警信息的智能性，筆者設(shè)計了反饋控制單元。該單元是為進(jìn)一步保證預(yù)警信息實(shí)時準(zhǔn)確接收而構(gòu)造的控制反饋。反饋控制單元主要實(shí)現(xiàn)兩大功能:當(dāng)DMB接收終端接收預(yù)警級別較高的預(yù)警信息，且用戶沒有進(jìn)行手動干預(yù)查詢該信息時，則開啟指示燈和蜂鳴器開關(guān)，通過開關(guān)反饋至音頻輸出單元，實(shí)現(xiàn)對預(yù)警信息正文的連續(xù)語音輸出，以提示用戶;若連續(xù)語音播報不起作用，通過開關(guān)反饋至適配器模塊和信息預(yù)處理模塊，則重新發(fā)布當(dāng)前預(yù)警信息，直至指示燈和蜂鳴器報警。

6 結(jié)論

基于DMB的預(yù)警信息智能接收系統(tǒng)可實(shí)時準(zhǔn)確地接收各級各類各部門發(fā)布的預(yù)警信息，覆蓋范圍廣，攜帶方便。同時，筆者提出了基于區(qū)域的選擇性智能接收算法和反饋控制單元的設(shè)計，可較好地實(shí)現(xiàn)對預(yù)警信息的智能實(shí)時接收。

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