GPS校時系統(tǒng)分析探討

陳榮海

摘要：在采用全硬盤自動化播出的今天，校時系統(tǒng)在電視安全播出中的作用尤為重要，本文就通過一個電視播出中心校時系統(tǒng)的故障案例講述GPS校時系統(tǒng)。

關鍵詞：GPS；校時系統(tǒng)數(shù)字子母鐘；高穩(wěn)鐘；EBU RS-232；RS-485

中圖分類號P2 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0067-02

隨著人們對電視播出質量和要求不斷提高，電視臺對播出系統(tǒng)的軟硬件以及對從事播出的工作人員都提出了更高的要求。在播出中心的眾多軟硬件系統(tǒng)中校時系統(tǒng)在全自動數(shù)字電視播出系統(tǒng)中的作用是非常重要的，它貫穿了整個播出系統(tǒng)。我臺校時系統(tǒng)就出現(xiàn)過一次故障，現(xiàn)象為播出工作站時間走速變快，一段時間后速度恢復正常。這樣就導致了所有的播出工作站時間相對標準時間全部變快，如處理不好會導致當前在播的節(jié)目播出時長變短，從而造成播出事故。在故障分析之前先對我臺的GPS校時系統(tǒng)的架構及系統(tǒng)關鍵部分進行簡明的闡述。

1.全臺時鐘校時系統(tǒng)及其架構

建立全臺時鐘校時系統(tǒng)，為全臺節(jié)目制播系統(tǒng)提供統(tǒng)一時鐘信號，全臺時鐘信息是協(xié)調各系統(tǒng)工作的唯一時間基準，它為其他系統(tǒng)提供統(tǒng)一、標準、穩(wěn)定的時間信息，以確保全臺節(jié)目制播中各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調和銜接。該系統(tǒng)主要應用于總控、播出、制作機房、各演播室等。寧波廣播電視集團根據(jù)相關部門實際需求、分布等因素，充分考慮了接收天線、母鐘、關鍵鏈路的相互備份，所需轉接、適配等附加設備冗余的一些重要環(huán)節(jié)的基礎上設計了可靠性高、準確性高、穩(wěn)定性高的全臺時鐘校時系統(tǒng)，確保了全臺的安全播出。系統(tǒng)結構如圖1所示。

時鐘源設在播出中心的總控機房，我們配備主備2個GPS天線，另外又冷備2個北斗天線，天線后又配備2個防雷設備以應對雷電天氣，同時配備主備GPS/北斗校時母鐘（即接收天線和衛(wèi)星校時母鐘既可接收GPS信號，又可接收北斗信號）及主備高穩(wěn)時鐘，該系統(tǒng)采用熱備份方式，通過2選1時碼倒換器、多個時碼分配器將不同的時鐘信號分發(fā)到各子系統(tǒng)。主要分配到播出機房、各大演播室、制作機房等。

2.GPS校時系統(tǒng)

2.1GPS校時系統(tǒng)原理

它從GPS衛(wèi)星上獲取標準的時間信號，將這些信息通過各種接口類型（如EBU、RS232或RS485串口）來傳輸給播出系統(tǒng)中授時服務器實現(xiàn)精確授時，通過校時客戶端跟服務端的校準來保持整個系統(tǒng)的時間同步。

2.2GPS校時系統(tǒng)的特點

可以全球全天候工作、能為用戶提供高穩(wěn)定性、高精度的時間，有較強的保密性、抗干擾、智能化全自動運行，免維護免操作，適合無人值守。

3.GPS/北斗數(shù)字母鐘

母鐘輸出我們采用RS-485接口輸出時鐘信號，通過接口轉換后，各大演播室采用EBU接口，播出機房采用RS-232接口。播出機房的RS-232和RS-485輸出相同的時間格式：1）通訊同步字頭：0xAA，0xAA，0xAA；2）采用二進制的時間信息字節(jié)：秒，分，時，星期，日，月，年；3）鎖定狀態(tài)字節(jié)：0x30（31，32，33）四個狀態(tài)，分別代表未跟蹤、粗略跟蹤、精確鎖定；4）校驗和：前面所有字節(jié)相加，取低字節(jié)；5）結束碼：0xcc6、lpps秒脈沖輸出。Tt1信號。正向脈沖，寬度50毫秒。前沿與標準時刻對齊。

4.高精度本地高穩(wěn)鐘

為了防止整個衛(wèi)星授時信號接收端工作異?；蜉敵鰳藴蕰r間碼終端，本地授時信號接收端解碼輸出的標準時間碼會再經過一個高穩(wěn)定時鐘，才進入本地授時業(yè)務應用系統(tǒng)。高穩(wěn)鐘每半個小時跟GPS母鐘進行校準一次，如果GPS母鐘的標準時間信號中斷，高穩(wěn)鐘仍然根據(jù)經過最近一次標準時間校正后的時間碼給授時系統(tǒng)，并依靠內置的恒溫晶體振蕩器的精度以及穩(wěn)定性來保證時間輸出的穩(wěn)定及精確。

5.EBU、RS-232、RS-485接口

我臺送給演播室的主要采用EBU接口，由于有老設備的原因，播出機房的授時系統(tǒng)普遍使用RS232協(xié)議，這是一種單端標準，主要用于短距離、低速率傳輸。但RS232協(xié)議具有傳輸距離短、抗干擾性和抗噪聲性能差、傳輸速率不高、接口信號電平高等缺點。EBU（歐洲廣播聯(lián)盟）時間碼是被推薦用于625行、25幀、PAL和SECAM制電視系統(tǒng)使用的時間碼EBU時間碼格式。

6.數(shù)字于鐘

數(shù)字式子鐘脫離母鐘時能夠單獨運行，在調整時間時，子鐘會按母鐘發(fā)出的命令進行調整并立即顯示時間。數(shù)字式子鐘有12h和24h兩種轉換方式，顯示格式為：“年/月/日/星期”和“時/分/秒”兩種。

7.播出子網(wǎng)的服務端設計

播出子網(wǎng)的授時服務端是授時系統(tǒng)的二級時間源，也是播出子網(wǎng)的時間校正核心。播出授時服務端運行后，都會立即獲取授時信號并校正服務端本地時鐘，以后每隔30s與高穩(wěn)鐘進行一次通信校正。然后本地的校時服務器發(fā)起網(wǎng)絡廣播要求網(wǎng)內所有校時客戶端立即進行校正通信，并等待客戶端發(fā)起的校時要求。

8.故障分析及解決方法

首先應查看雙聯(lián)子鐘的時鐘信號是否準確，因為雙聯(lián)子鐘是時碼分配器直接分配出來的信號，并沒有與校時服務器校準，與手機簡單比對后基本可以確認雙聯(lián)子鐘多時間是準確的，播出工作站的時間是變快的，由于已經出了防跳變時間，所以不會自動較時，所以應在播出工作站的校時客戶端上修改防跳變時間，使防跳變時間長于客戶端和服務端的時間，然后主、備播控機將自動跟校時服務器的時間進行手動校準，校準之前應查看當前在播節(jié)的時長，盡量選擇時間較長多電視劇來校正本機系統(tǒng)時間。然后去查看校時服務器是否異常，防跳變參數(shù)設置是否正確。對校時服務器的校時軟件日志進行查詢確定校時服務器時間無異常，校時服務器軟件無異常。初步分析應該是GPS母鐘或者高穩(wěn)鐘出問題。主GPS母鐘輸出接至備高穩(wěn)鐘，備輸出至主高穩(wěn)鐘，進行交叉，查看主備高穩(wěn)鐘是否會出類似問題，測試確定為GPS母鐘問題，輸出模塊故障，更換輸出模塊后無類似故障發(fā)生?；剡^頭分析問題簡單明了，但在實際應用中，會因為發(fā)現(xiàn)問題的時間及其它各種因素的存在，并不能這么輕易的確定故障設備，分析過程僅供參考。

經實踐檢驗，本授時系統(tǒng)基于寧波廣電集團的實際需求，在播出中心作運行結果表明：該授時系統(tǒng)能夠提供準確、穩(wěn)定、可靠的時間，能夠應對各種播出情況，具有較強的集成式管理性和擴展性?？梢詽M足諸如重大播出、突發(fā)故障、日常工作等各種情況的需求，切實保證了全臺節(jié)目的安全播出。