基于GPI接口的SDI倒换控制器的开发制作

李鹏飞

【摘要】本文介绍了江苏广电卫星地球站自主设计研发的基于GPI接口的SDI倒换控制器。该控制器具有自动倒换和强制锁定模式切换、模式状态提示和输出状态实时监测等功能，解决了原SDI倒换器倒换状态无法面板可视及信号不能手动切换的问题，极大提高了江苏卫星地球站上行系统的可靠性。

【关键词】GPI接口;SDI倒换控制器;安全播出

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.22.006

1. 引言

江苏广电卫星地球站上行系统采用1+1通道热备份，SDI倒换器是上行系统双通道热备份的关键设备，它负责SDI接口视音频信号的切换，实现信源层面的热备份功能。SDI倒换器的工作原理是当两路输入信号中一路有故障时，自动选择正常的输入信号作为输出信号，以保证输出信号不中断。

目前卫星地球站上行监测系统仅能通过网管系统实现对SDI倒换器工作模式和输出信号源的远程监测，而无法手动进行切换。且值班人员无法通过设备面板确定设备的状态，一般通过观察倒换器机箱状态指示灯进行判断，如果需要确认输出信号源工作在哪一路，则需要打开机箱面板观察倒换板卡指示灯，这增加了值班人员操作难度，延长了信源故障的快速处理时间，降低了卫星地球站播出运行的监管效率。

SDI倒换器在自动倒换模式下，两路输入信号都出现故障时，倒换器会优先选择主路输入信号作为输出信号。当主路输入信号出现故障，倒换器此时会倒换到备路，一旦备路输入信号出现故障误报，比如新闻联播中经常出现的长时间人声播报但画面静止产生的“静帧”报警，由于倒换器没有故障分级功能，此时倒换器判断主备路输入信号都有故障，会自动选择音视频丢失的主路输入信号作为输出信号，如果不能通过人工干涉的方式实现信号强制锁定，会造成安全播出事故，给上星节目的安全优质播出带来了隐患。

为了实现SDI倒换器状态监测功能，解决设备误切换带来的安全播出问题，保障重要播出期优质安全播出、提高卫星地球站上行系统可靠性，卫星地球站需要一款满足业务需求的SDI倒换控制器。但是现有市场上的SDI倒换控制器只有工作状态指示，没有切换模式指示，不能满足卫星地球站业务需求。因此设计研发了具有自动倒换和强制锁定两种切换模式、模式状态提示和实时输出状态监测功能的基于GPI接口的SDI倒换控制器。

2. 设备技术设计

设备总体性能应满足国家新闻出版广电总局关于上星节目安全播出的相关技术要求。设备的功能及可靠性应能满足广播电视上星节目的安全优质播出要求。提供对多台imagine SDI倒换器集中控制和数据采集，在同一台设备终端远程控制不同倒换器输出信号源和实时显示不同倒换器当前输出信号状态等功能。

江苏卫星地球站上行系统使用的SDI倒换器是imagine SDI倒换器，该倒换器机箱可以插入一张网络板卡和多张倒换板卡。倒换器机箱型号为：imagine FR6822+，网络板卡型号为：6800+ETH，倒换板卡型号为：ACO6800+ISCST。网络板卡提供一个10/100M网络端口，通过该端口可以远程设置倒换器参数、监看信号状态、选择输出信号源。倒换板卡提供一个GPI端口，通过端口可以采集当前输出信号状态和控制输出信号源。

使用网络端口研发能采集倒换器参数和控制输出信号源的控制器，需要编写相应程序，并且需要成本较高的芯片、显示屏、按键等硬件支持，由于芯片、显示屏有源需要电源供电，一旦电源中断设备则无法工作，可靠性不如无源器件。

图1是imagine SDI倒换器GPI端口针脚说明，针脚1强制倒换器输出信号源为IN1，针脚2强制倒换器输出信号源为IN2，针脚3强制倒换器输出信号源为IN3，针脚6指示倒换器输出信号源为IN1，针脚8指示倒换器输出信号源为IN2，针脚10指示倒换器输出信号源为IN3，针脚2、4、7、8为接地。只需要将相应针脚连接也完成控制输出源和输出状态显示，并且GPI端口为电平触发，不需要外接电源，硬件成本低，可靠性较强。

所以本项目选择基于GPI接口的硬件设备来控制倒换器输出信号源，通过图1可知，针脚1和针脚2连接，倒换器锁定IN1为输出信号源;针脚3和针脚2连接，倒换器锁定IN2为输出信号源;针脚6和针脚2连接，指示倒换器输出信号源为IN1;针脚8和针脚7连接，指示倒换器输出信号源为IN2。通过双刀三掷开关控制倒换模式，红绿三脚二极管指示输出信号状态。

图2是基于GPI接口的SDI倒换控制器原理图。“K”表示雙刀三掷开关，有“上、中、下”三档，“D1”表示双色二极管1，代表输出信号源为IN1;“D2”表示双色二极管2，代表输出信号源为IN2。红色表示强制模式，绿色表示自动模式。开关打到上档，强制倒换器输出源为IN1，D1亮红色;开关打到中档，倒换器自动模式，D1或D2亮绿色;开关打到下档，强制倒换器输出源为IN2，D2亮红色。

3. 设备制作

图3是机箱前面板实物图，SDI倒换控制器机箱为1U高度标准机箱，每台机箱内安装2个双刀三掷开关，分别控制倒换器机箱里的两张倒换板卡。机箱前面板安装开关摇杆，在摇杆上方和下方各安装一个指示灯。上指示灯为“主指示灯”代表倒换板卡输出信号为输入信号源IN1，下指示灯为“备指示灯”代表倒换板卡输出信号为输入信号源IN2。

倒换控制器使用的双刀三掷开关是NKK品牌M系列DP3T银触点开关，该开关触点电阻：银触点最大10毫欧;绝缘电阻：1，000兆欧以上在500V DC;绝缘强度：触点间最低1，000V AC至少1分钟;机械寿命：100，000次操作以上;电气寿命：银触点25，000次操作以上。该开关具有防旋转、抗干扰、高性能绝缘等特点，高扭矩衬套结构可防止安装时摇杆转动或从框架上脱落。图4是NKK双刀三掷开关端口表。在现场安装时必须进行外部连接，端口3和5连接，端口9和11连接。端口2和8是公共端口，开关打到上档，端口2和1、8和7接通;开关打到中档，端口2和4、8和10接通;开关打到下档，端口2和6、8和12接通。

图5是基于GPI接口的SDI倒换控制器接线图。“K1”表示双刀三掷开关，有“上中下”三档，“K1-1”和“K1-7”表示双刀三掷开关端口1和端口7，为开关上档，“K1-4”和“K1-10”表示双刀三掷开关端口4和端口10，为开关中档，“K1-6”和“K1-12”表示双刀三掷开关端口6和端口12，为开关下档;“D1”表示双色二极管1，“D2”表示双色二极管2;“DB9M-1”表示DB9公头针脚1，“DB9M-2”表示DB9公头针脚2，依此类推。

当开关拨到“上”档，手动锁定倒换板卡输出信号为输入信号源IN1，“主指示灯”变成红色，“备指示灯”不亮。开关拨到“中”档，倒换板卡处于自动倒换模式，输出信号为哪一路输入信号源，则对应的指示灯亮绿色，另一个指示灯不亮。开关拨到“下”档，手动锁定倒换板卡输出信号为输入信号源IN2，“备指示灯”变成红色，“主指示灯”不亮。

图6是机箱后面板实物图，机箱后尾板用BD9公头与GPI转接线连接。GPI转接线用BD9母头连接GPI凤凰头。具体针脚连接为：BD9母头针脚1连接GPI针脚1;BD9母头针脚2连接GPI针脚2;BD9母头针脚3连接GPI针脚3;BD9母头针脚6连接GPI针脚6;BD9母头针脚7连接GPI针脚7;BD9母头针脚8连接GPI针脚8。

4. 结束语

SDI倒换控制器研发设计制作上线后，可以达到如下效果：可对倒换器输出信号源进行手动控制，丰富了应急处置手段，降低了因信号源同时故障造成的播出事故影响，并且该设备一键操作，简单易行，降低了值班人员操作难度，有力提高了安全播出保障力度。可以实时显示倒换器当前输出信号状态，增加了倒换器监测手段，提高了卫星地球站播出运行的监管效率。可以控制多台倒换器，减少了控制多台倒换器的设备使用，降低了设备使用成本和值班人员工作强度。

采用无源设计，降低了因电源故障带来的风险。SDI倒换控制器为卫星地球站上行系统的多套节目的SDI倒换器，提供了当前输出信号状态显示、手动控制输出信号源等功能，系统运行稳定可靠，丰富了播出系统故障应急处置手段。在江苏卫星地球站得到应用，为提高安全播出保障水平提供了有效的技术手段。