基于GPI接口的SDI倒換控制器的開發(fā)制作

李鵬飛

【摘要】本文介紹了江蘇廣電衛(wèi)星地球站自主設(shè)計研發(fā)的基于GPI接口的SDI倒換控制器。該控制器具有自動倒換和強制鎖定模式切換、模式狀態(tài)提示和輸出狀態(tài)實時監(jiān)測等功能，解決了原SDI倒換器倒換狀態(tài)無法面板可視及信號不能手動切換的問題，極大提高了江蘇衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】GPI接口;SDI倒換控制器;安全播出

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.22.006

1. 引言

江蘇廣電衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)采用1+1通道熱備份，SDI倒換器是上行系統(tǒng)雙通道熱備份的關(guān)鍵設(shè)備，它負(fù)責(zé)SDI接口視音頻信號的切換，實現(xiàn)信源層面的熱備份功能。SDI倒換器的工作原理是當(dāng)兩路輸入信號中一路有故障時，自動選擇正常的輸入信號作為輸出信號，以保證輸出信號不中斷。

目前衛(wèi)星地球站上行監(jiān)測系統(tǒng)僅能通過網(wǎng)管系統(tǒng)實現(xiàn)對SDI倒換器工作模式和輸出信號源的遠(yuǎn)程監(jiān)測，而無法手動進行切換。且值班人員無法通過設(shè)備面板確定設(shè)備的狀態(tài)，一般通過觀察倒換器機箱狀態(tài)指示燈進行判斷，如果需要確認(rèn)輸出信號源工作在哪一路，則需要打開機箱面板觀察倒換板卡指示燈，這增加了值班人員操作難度，延長了信源故障的快速處理時間，降低了衛(wèi)星地球站播出運行的監(jiān)管效率。

SDI倒換器在自動倒換模式下，兩路輸入信號都出現(xiàn)故障時，倒換器會優(yōu)先選擇主路輸入信號作為輸出信號。當(dāng)主路輸入信號出現(xiàn)故障，倒換器此時會倒換到備路，一旦備路輸入信號出現(xiàn)故障誤報，比如新聞聯(lián)播中經(jīng)常出現(xiàn)的長時間人聲播報但畫面靜止產(chǎn)生的“靜幀”報警，由于倒換器沒有故障分級功能，此時倒換器判斷主備路輸入信號都有故障，會自動選擇音視頻丟失的主路輸入信號作為輸出信號，如果不能通過人工干涉的方式實現(xiàn)信號強制鎖定，會造成安全播出事故，給上星節(jié)目的安全優(yōu)質(zhì)播出帶來了隱患。

為了實現(xiàn)SDI倒換器狀態(tài)監(jiān)測功能，解決設(shè)備誤切換帶來的安全播出問題，保障重要播出期優(yōu)質(zhì)安全播出、提高衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)可靠性，衛(wèi)星地球站需要一款滿足業(yè)務(wù)需求的SDI倒換控制器。但是現(xiàn)有市場上的SDI倒換控制器只有工作狀態(tài)指示，沒有切換模式指示，不能滿足衛(wèi)星地球站業(yè)務(wù)需求。因此設(shè)計研發(fā)了具有自動倒換和強制鎖定兩種切換模式、模式狀態(tài)提示和實時輸出狀態(tài)監(jiān)測功能的基于GPI接口的SDI倒換控制器。

2. 設(shè)備技術(shù)設(shè)計

設(shè)備總體性能應(yīng)滿足國家新聞出版廣電總局關(guān)于上星節(jié)目安全播出的相關(guān)技術(shù)要求。設(shè)備的功能及可靠性應(yīng)能滿足廣播電視上星節(jié)目的安全優(yōu)質(zhì)播出要求。提供對多臺imagine SDI倒換器集中控制和數(shù)據(jù)采集，在同一臺設(shè)備終端遠(yuǎn)程控制不同倒換器輸出信號源和實時顯示不同倒換器當(dāng)前輸出信號狀態(tài)等功能。

江蘇衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)使用的SDI倒換器是imagine SDI倒換器，該倒換器機箱可以插入一張網(wǎng)絡(luò)板卡和多張倒換板卡。倒換器機箱型號為：imagine FR6822+，網(wǎng)絡(luò)板卡型號為：6800+ETH，倒換板卡型號為：ACO6800+ISCST。網(wǎng)絡(luò)板卡提供一個10/100M網(wǎng)絡(luò)端口，通過該端口可以遠(yuǎn)程設(shè)置倒換器參數(shù)、監(jiān)看信號狀態(tài)、選擇輸出信號源。倒換板卡提供一個GPI端口，通過端口可以采集當(dāng)前輸出信號狀態(tài)和控制輸出信號源。

使用網(wǎng)絡(luò)端口研發(fā)能采集倒換器參數(shù)和控制輸出信號源的控制器，需要編寫相應(yīng)程序，并且需要成本較高的芯片、顯示屏、按鍵等硬件支持，由于芯片、顯示屏有源需要電源供電，一旦電源中斷設(shè)備則無法工作，可靠性不如無源器件。

圖1是imagine SDI倒換器GPI端口針腳說明，針腳1強制倒換器輸出信號源為IN1，針腳2強制倒換器輸出信號源為IN2，針腳3強制倒換器輸出信號源為IN3，針腳6指示倒換器輸出信號源為IN1，針腳8指示倒換器輸出信號源為IN2，針腳10指示倒換器輸出信號源為IN3，針腳2、4、7、8為接地。只需要將相應(yīng)針腳連接也完成控制輸出源和輸出狀態(tài)顯示，并且GPI端口為電平觸發(fā)，不需要外接電源，硬件成本低，可靠性較強。

所以本項目選擇基于GPI接口的硬件設(shè)備來控制倒換器輸出信號源，通過圖1可知，針腳1和針腳2連接，倒換器鎖定IN1為輸出信號源;針腳3和針腳2連接，倒換器鎖定IN2為輸出信號源;針腳6和針腳2連接，指示倒換器輸出信號源為IN1;針腳8和針腳7連接，指示倒換器輸出信號源為IN2。通過雙刀三擲開關(guān)控制倒換模式，紅綠三腳二極管指示輸出信號狀態(tài)。

圖2是基于GPI接口的SDI倒換控制器原理圖?！癒”表示雙刀三擲開關(guān)，有“上、中、下”三檔，“D1”表示雙色二極管1，代表輸出信號源為IN1;“D2”表示雙色二極管2，代表輸出信號源為IN2。紅色表示強制模式，綠色表示自動模式。開關(guān)打到上檔，強制倒換器輸出源為IN1，D1亮紅色;開關(guān)打到中檔，倒換器自動模式，D1或D2亮綠色;開關(guān)打到下檔，強制倒換器輸出源為IN2，D2亮紅色。

3. 設(shè)備制作

圖3是機箱前面板實物圖，SDI倒換控制器機箱為1U高度標(biāo)準(zhǔn)機箱，每臺機箱內(nèi)安裝2個雙刀三擲開關(guān)，分別控制倒換器機箱里的兩張倒換板卡。機箱前面板安裝開關(guān)搖桿，在搖桿上方和下方各安裝一個指示燈。上指示燈為“主指示燈”代表倒換板卡輸出信號為輸入信號源IN1，下指示燈為“備指示燈”代表倒換板卡輸出信號為輸入信號源IN2。

倒換控制器使用的雙刀三擲開關(guān)是NKK品牌M系列DP3T銀觸點開關(guān)，該開關(guān)觸點電阻：銀觸點最大10毫歐;絕緣電阻：1，000兆歐以上在500V DC;絕緣強度：觸點間最低1，000V AC至少1分鐘;機械壽命：100，000次操作以上;電氣壽命：銀觸點25，000次操作以上。該開關(guān)具有防旋轉(zhuǎn)、抗干擾、高性能絕緣等特點，高扭矩襯套結(jié)構(gòu)可防止安裝時搖桿轉(zhuǎn)動或從框架上脫落。圖4是NKK雙刀三擲開關(guān)端口表。在現(xiàn)場安裝時必須進行外部連接，端口3和5連接，端口9和11連接。端口2和8是公共端口，開關(guān)打到上檔，端口2和1、8和7接通;開關(guān)打到中檔，端口2和4、8和10接通;開關(guān)打到下檔，端口2和6、8和12接通。

圖5是基于GPI接口的SDI倒換控制器接線圖?！癒1”表示雙刀三擲開關(guān)，有“上中下”三檔，“K1-1”和“K1-7”表示雙刀三擲開關(guān)端口1和端口7，為開關(guān)上檔，“K1-4”和“K1-10”表示雙刀三擲開關(guān)端口4和端口10，為開關(guān)中檔，“K1-6”和“K1-12”表示雙刀三擲開關(guān)端口6和端口12，為開關(guān)下檔;“D1”表示雙色二極管1，“D2”表示雙色二極管2;“DB9M-1”表示DB9公頭針腳1，“DB9M-2”表示DB9公頭針腳2，依此類推。

當(dāng)開關(guān)撥到“上”檔，手動鎖定倒換板卡輸出信號為輸入信號源IN1，“主指示燈”變成紅色，“備指示燈”不亮。開關(guān)撥到“中”檔，倒換板卡處于自動倒換模式，輸出信號為哪一路輸入信號源，則對應(yīng)的指示燈亮綠色，另一個指示燈不亮。開關(guān)撥到“下”檔，手動鎖定倒換板卡輸出信號為輸入信號源IN2，“備指示燈”變成紅色，“主指示燈”不亮。

圖6是機箱后面板實物圖，機箱后尾板用BD9公頭與GPI轉(zhuǎn)接線連接。GPI轉(zhuǎn)接線用BD9母頭連接GPI鳳凰頭。具體針腳連接為：BD9母頭針腳1連接GPI針腳1;BD9母頭針腳2連接GPI針腳2;BD9母頭針腳3連接GPI針腳3;BD9母頭針腳6連接GPI針腳6;BD9母頭針腳7連接GPI針腳7;BD9母頭針腳8連接GPI針腳8。

4. 結(jié)束語

SDI倒換控制器研發(fā)設(shè)計制作上線后，可以達到如下效果：可對倒換器輸出信號源進行手動控制，豐富了應(yīng)急處置手段，降低了因信號源同時故障造成的播出事故影響，并且該設(shè)備一鍵操作，簡單易行，降低了值班人員操作難度，有力提高了安全播出保障力度?？梢詫崟r顯示倒換器當(dāng)前輸出信號狀態(tài)，增加了倒換器監(jiān)測手段，提高了衛(wèi)星地球站播出運行的監(jiān)管效率?？梢钥刂贫嗯_倒換器，減少了控制多臺倒換器的設(shè)備使用，降低了設(shè)備使用成本和值班人員工作強度。

采用無源設(shè)計，降低了因電源故障帶來的風(fēng)險。SDI倒換控制器為衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)的多套節(jié)目的SDI倒換器，提供了當(dāng)前輸出信號狀態(tài)顯示、手動控制輸出信號源等功能，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，豐富了播出系統(tǒng)故障應(yīng)急處置手段。在江蘇衛(wèi)星地球站得到應(yīng)用，為提高安全播出保障水平提供了有效的技術(shù)手段。