计算机控制在数字化播控中心的应用

[作者：湖北电视台刘羿 孙继业]

现在电视台硬盘播出系统得到广泛运用，计算机 自动控制成为播控的主流。视频设备的控制接口，以及状态监控接口有必要进行一下归纳，以下将对湖北电视台硬盘播出系统中的使用情况进行探讨。计算机控制主 要有串口、并口、USB、IEEE1394、以太网接口等，在数字化电视播控中心主要采用串口、以太网接口进行控制。     一 串口控制     通常我们对于视频服务器、录像机、切换台等直接播出、切换控制主要使用串口进行，主要使用到RS-232、RS-422与RS-485三种接口控制。下面就串口的接口标准以及使用和外部插件和电缆进行探讨。     RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建 立自己的高层通信协议。例如：视频服务器都带有多个RS422串行通讯接口，每个接口均可通过RS422通讯线由外部计算机控制实现记录与播放。 视频服务器除提供各种控制硬件接口外，还提供协议接口，如RS422接口除支持RS422的Profile协议外，还支持 Louth、Odetics 、BVW等通过RS422控制的协议。          RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在 1962年发布。RS-422由RS-232发展而来，为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提 高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100Kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发 送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS- 485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为 TIA/EIA-485-A标准。     1. S-232串行接口标准     目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单 端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据 时，发送端驱动器输出正电平在+5~+15V，负电平在-5~-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平 到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共 模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20Kbps。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设 计的，其驱动器负载为3kΩ~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。     2. RS-422与RS-485串行接口标准     （1）平衡传输     RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定 义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2V~6V，是另一个逻辑状态。另有一个 信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端 起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。     （2）RS-422电气规定     由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节 点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。RS-422四线接口由于 采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞 线）实现。RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mbps。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在 100Kbps速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mbps。RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接 电阻接在传输电缆的最远端。     （3）RS-485电气规定     由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、 都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485总线，在要求通信距离为几十米到上千 米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号 能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉 许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间;RS- 485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为 1219米，最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距 离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。     （4）RS-422与RS-485的网络安装注意要点     RS-422可支持10个节点，RS-485支持32个节点，因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意如下几点：     * 采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。     * 应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。     总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。     二 串口插口种类及转换     串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，简单说只是物理层的一个标准。没有规定接口插件电缆以及使用的协议，所以只要我们使用的接口插件电缆符合串口标准就可以在实际中灵活使用，在串口接口标准上使用各种协议进行通讯及设备控制。     以上我们了解了串口的协议，而我们日常工作中接触最多的是实际的一些设备的外部接口，我们如何从外形上就知道它是那种接口呢？制 作线缆各针脚如何定义？上面我们知道了串口RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此 基础上用户可以建立自己的高层通信协议。从我们实际工作中碰到的使用最多的插口有三种DB9 DB25 RJ45，上面三种插口插件都可以用作串口插口插件，也可以通过线缆进行插口之间的转换。下面我们就三种插口的针脚定义分别说明，三个插口之间的转换也只 要按照插口定义的线缆跳接即可。     * DB9（9脚插口插座），如图2。9针串口功能如表1。          * DB25（25脚插口插座），如图3。25针串口功能如表2。               * 还有一种插口是RJ45，比如湖北台使用的品尼高mss1600、mss700视频服务器的编解码板控制口都为串口，插口是RJ45的，而播控机的串口插口是DB9，因此我们就需要使用转换线缆。转换线缆的针脚定义如图4。          RS485 半双工接法为：RX+ 和TX+ 并联为Data+；RX- 和TX- 并联为Data-。RS485 全双工/RS422 接法为：FULL 和GND 短接；信号线为RX+，TX+，RX-，TX-，可根据需要连接GND。     三 串口的扩展     串口的扩展，我们知道一般一台计算机有两个串口，而对于一台播控计算机需要控制的设备远远不止两台设备，我们需要同时控制视频服 务器，录像机、切换台、字幕机等各种设备。所以我们就需要对串口进行扩展，我们可以使用串口扩展卡对串口进行扩展，比如我们在播控系统中使用的串口扩展卡 MOXA CI-134。     MOXA CI-134是专为工业环境通信应用设计的 RS-422/485 四串口卡。它支持4个独立的RS-422/485串口，在一对多点的通信应用下，最多可控制128 个设备。为使RS-485 2线半双工操作变得更加简单，每片 CI-134 卡都具有数据流向自动控制（ADDC），不需软件操作。因此，在Windows应用下不需额外的编码就能控制RS-485半双工协议。为达到工业环境对高 可靠性产品的要求，本系列产品提供可选择的光电隔离（2 KV）和浪涌保护（25 KV ESD）功能。     该产品特点包括：可选择光电隔离（2KV）和浪涌保护（25KV ESD）功能；提供数据流向自动控制ADDC （Automatic Data Direction Control）功能；RS-485 数据控制l: ADDC 或通过 RTS控制；内建终端电阻；采用芯片硬件流量控制，保证数据不流失；采用先进 ASIC 设计，返修率低；支持众多常见的操作系统。     四 串口在播出控制系统中的应用     我们知道串口RS232有效传输距离为15米， RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mbps。我们播控中使用的录像机如DVCPRO、IMX控制接口有 RS232、RS422多个接口供选择，如果使用pin9则为RS422接口，视频服务器编解码口控制都是RS422接口，只是插口为RJ45不是DB9 的，需要转换线缆进行转换。因此我们在控制中根据以上特性可以灵活使用，我们由于主备控制切换的需要，以及距离的考虑统一选用RS422倒换开关进行倒 换，控制RS422倒换开关的为RS232控制接口，这个直接由播控机本身的COM口来控制倒换开关进行倒换，其他控制录像机、切换台、视频服务器编解码 卡使用MOXA卡扩展的RS422接口进入RS422倒换开关进行倒换。控制图如图5。          整个系统中只有RS422倒换开口控制是播控机的COM（RS232）口控制，其他都是MOXA卡扩展的RS422接口，由于应 急开关需要RS232所以在应急开关前面加了一个RS422转RS232的转换器。通过控制线播控机可以及时发出播控指令，也可以随时读取录像机、切换 台、还有视频服务器的状态。以上只是播控机房的系统控制图。上载、总控机房的系统控制大致和这相同。     RS422总线、RS485和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。差动工作是同速率条件 下传输距离远的根本原因，这正是二者与RS232的根本区别，因为RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线、发送线和接受线三条线（异步传 输），还可以加其它控制线完成同步等功能。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只 需要一对双绞线。以上三种接口各有缺点，在实际工作中可以根据需要灵活选用。     计算机控制在广电播控系统中运用会越来越广泛，而且随着计算机技术的不断发展，智能化也会不断提高，系统也会更加庞大，这就要求我们能更深入了解计算机的基础理论，这样才能更深入的了解系统，维护系统，保证系统的安全稳定运行，更好的保障安全播出。     摘自《现代电视技术》