電臺(tái)播控系統(tǒng)中同步的應(yīng)用

李鵬飛

內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

在廣播播出系統(tǒng)中，安全播出至關(guān)重要，其中字時(shí)鐘同步對(duì)系統(tǒng)是否穩(wěn)定、信號(hào)傳輸是否正常起著關(guān)鍵的作用。作者根據(jù)在總控工作的經(jīng)驗(yàn)和所遇到的問題，進(jìn)行有關(guān)同步方面的介紹。

1 字時(shí)鐘同步基本原理

1.1 基本原理

如果數(shù)字音頻設(shè)備之間不同步，就可能使相應(yīng)接收設(shè)備的信號(hào)產(chǎn)生跳變或失真，其結(jié)果就是咔嗒聲或噗噗聲。字時(shí)鐘（word clock）相當(dāng)于一個(gè)樂團(tuán)指揮，同時(shí)還擔(dān)任了“傳令兵”的角色。

同步包括位同步、幀同步、復(fù)幀同步和網(wǎng)同步。位同步的基本含義是收發(fā)兩端的時(shí)鐘必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收發(fā)送端送來的每一個(gè)碼元。所謂同頻，就是要求發(fā)送端發(fā)送了多少碼元，接收端必須產(chǎn)生同樣多的判決脈沖。所謂同相，即判決脈沖應(yīng)該對(duì)準(zhǔn)碼元的中心，此時(shí)對(duì)碼元的正確識(shí)別率最高。

數(shù)字音頻系統(tǒng)中，面對(duì)種類繁多的數(shù)字音頻設(shè)備，他們各自的采樣頻率不是完全相同的。這就導(dǎo)致數(shù)字音頻信號(hào)在傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生不同步問題。系統(tǒng)中的音頻設(shè)備要形成時(shí)鐘鎖定，相位同步，不能產(chǎn)生失鎖漂移。為了解決這一問題，就采用了字時(shí)鐘同步。字時(shí)鐘被認(rèn)為是脈沖信號(hào)的一種，可以將采樣頻率不同的信號(hào)同步后在一個(gè)音頻系統(tǒng)中傳輸。這樣就可以保證在整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，信號(hào)在兩個(gè)不同設(shè)備間采用同一個(gè)采樣頻率進(jìn)行傳輸。

字時(shí)鐘同步方式對(duì)現(xiàn)今總控音頻系統(tǒng)信號(hào)的安全穩(wěn)定傳輸提供了強(qiáng)有力的保障。

1.2 實(shí)現(xiàn)方式

每一臺(tái)數(shù)字音頻設(shè)備自身都有字時(shí)鐘信號(hào)，例如播出系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)備矩陣和調(diào)音臺(tái)。設(shè)備單獨(dú)使用時(shí)，不存在同步問題。但在整個(gè)播控中心中數(shù)字音頻設(shè)備種類多，生產(chǎn)廠家也不同，同步就成了信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵所在。如果不同步，各個(gè)設(shè)備采樣頻率不同，那么會(huì)大大影響音頻信號(hào)的質(zhì)量。例如字時(shí)鐘信號(hào)的傳輸發(fā)生錯(cuò)誤會(huì)使系統(tǒng)中突然產(chǎn)生很大的噪聲，導(dǎo)致無法滿足播出的要求。如果播出系統(tǒng)中的所有設(shè)備都能接收相同的字時(shí)鐘信號(hào)，那么整個(gè)系統(tǒng)的同步就實(shí)現(xiàn)了。

目前多數(shù)電臺(tái)實(shí)現(xiàn)同步的方式有兩種：1.以數(shù)字調(diào)音臺(tái)為主機(jī)，系統(tǒng)中的其他設(shè)備和主機(jī)同步；2.使用專用的字時(shí)鐘發(fā)生器為主機(jī)，給系統(tǒng)中的所有設(shè)備送字時(shí)鐘信號(hào)以實(shí)現(xiàn)同步。

以上兩種方式不管用哪種都將用作主機(jī)的設(shè)備的同步狀態(tài)選為“內(nèi)部”，那么另外設(shè)備的同步狀態(tài)必須選擇成“外部”。主機(jī)產(chǎn)生供播出系統(tǒng)使用的同步信號(hào)，系統(tǒng)中的其他設(shè)備作為從機(jī)按照所接收到的主機(jī)字時(shí)鐘信號(hào)來進(jìn)行同步。這樣系統(tǒng)中的設(shè)備就可以在統(tǒng)一的采樣頻率下工作。

圖1 并聯(lián)結(jié)構(gòu)

1.3 字時(shí)鐘信號(hào)的分配方式

字時(shí)鐘信號(hào)（Word Clock）在數(shù)字音頻系統(tǒng)中一般有兩種傳輸?shù)姆绞健?/p>

（1）用單獨(dú)的線纜將主機(jī)產(chǎn)生的同步信號(hào)送到各從機(jī)，通常使用BNC接頭的同軸電纜來實(shí)現(xiàn)。具體有兩種結(jié)構(gòu)：并聯(lián)結(jié)構(gòu)、串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

并聯(lián)結(jié)構(gòu)是指同步信號(hào)由主機(jī)發(fā)出后通過專用的接口輸出，再經(jīng)過一臺(tái)信號(hào)放大分配器傳輸?shù)较到y(tǒng)中從機(jī)字時(shí)鐘的專用輸入接口（WC IN），這樣系統(tǒng)中的其他設(shè)備都達(dá)到了同步狀態(tài)，互不干涉，彼此獨(dú)立，也稱作星形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

串聯(lián)結(jié)構(gòu)同樣是同步信號(hào)由主機(jī)發(fā)出后通過專用的接口輸出，按照音頻信號(hào)傳輸流程傳輸給系統(tǒng)中的各個(gè)從機(jī)，第一臺(tái)從機(jī)的（WC OUT）傳輸給第二臺(tái)從機(jī)的（WC IN），同步信號(hào)在系統(tǒng)中以串聯(lián)形式，按順序傳送，也稱作菊花鏈結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

很明顯并聯(lián)結(jié)構(gòu)相較于串聯(lián)結(jié)構(gòu)在整個(gè)數(shù)字音頻系統(tǒng)中是有優(yōu)勢(shì)的。并聯(lián)結(jié)構(gòu)中字時(shí)鐘信號(hào)分開傳輸，相互獨(dú)立，如有設(shè)備出現(xiàn)故障也不會(huì)影響系統(tǒng)中其他設(shè)備的運(yùn)行。而在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，從機(jī)的字時(shí)鐘信號(hào)是一級(jí)級(jí)傳輸相互關(guān)聯(lián)的，如其中一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，那么處在同一信號(hào)鏈上的其他設(shè)備都不能正常接收同步信號(hào)，并且音頻信號(hào)流上的所有設(shè)備都不能關(guān)機(jī)，這會(huì)大大影響到一些設(shè)備的使用壽命。

（2）音頻系統(tǒng)較為簡單，設(shè)備較少的情況下，使用專門的同步發(fā)生器顯得有點(diǎn)浪費(fèi)。這時(shí)可用系統(tǒng)中的數(shù)字設(shè)備作為同步信號(hào)源，其他設(shè)備可從傳輸?shù)囊纛l信號(hào)中識(shí)別出同步信號(hào)。目前較常用的格式有以下兩種：

AES/EBU的全稱是Audio Engineering Society/European Bro adcast Union（音頻工程師協(xié)會(huì)/歐洲廣播聯(lián)盟），現(xiàn)在較為流行的專業(yè)數(shù)字音頻標(biāo)準(zhǔn)，是一種通過基于單根絞合線對(duì)用來傳輸數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的串行位傳輸協(xié)議。它無須均衡即可在長達(dá)100m的距離上傳輸數(shù)據(jù)。通常情況下在輸入/輸出端AES的音頻信號(hào)使用XLR接頭的平衡傳輸方式，但也可以在輸入/輸出端采用BNC接頭的非平衡傳輸方式。當(dāng)一個(gè)設(shè)備傳輸AES/EBU格式的信號(hào)時(shí)，相應(yīng)這個(gè)設(shè)備的時(shí)鐘信息被按照雙相位標(biāo)記方式編碼，而后內(nèi)嵌進(jìn)了AES/EBU信號(hào)數(shù)據(jù)流的狀態(tài)位中。這樣AES/EBU信號(hào)傳輸?shù)降脑O(shè)備都可以從該信號(hào)中讀取到來自輸出設(shè)備的字時(shí)鐘信號(hào)，從而達(dá)到兩臺(tái)設(shè)備的同步，以此類推，系統(tǒng)中的設(shè)備都將同步。

MADI的全稱是serial multichannel audio digital interface（多通道音頻數(shù)字接口），按照標(biāo)準(zhǔn)，MADI的信號(hào)幀格式包含有同步位，通過光纖傳輸，線路上的設(shè)備都可以讀出同步信息。

在實(shí)際部署中總控系統(tǒng)的設(shè)備種類多且接口多樣，某一小系統(tǒng)用專用的數(shù)字同步發(fā)生器。而另一小系統(tǒng)則由自身的設(shè)備通過線纜傳輸?shù)囊纛l幀來識(shí)別同步信息。即使都采用數(shù)字同步發(fā)生器的同步信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)并存的情況（串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)）。但不管什么情況，系統(tǒng)中只能有一個(gè)同步信號(hào)，要保證所有設(shè)備的同步信息相同，這樣整個(gè)數(shù)字音頻系統(tǒng)的工作狀態(tài)就達(dá)到了同步。

圖2 串聯(lián)結(jié)構(gòu)

2 字時(shí)鐘同步常用設(shè)置

內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)廣播播控中心投入使用四年多來，音頻同步系統(tǒng)狀態(tài)良好。下面以此為例來介紹在實(shí)際使用中該如何配置同步系統(tǒng)。

直播間調(diào)音臺(tái)配備的是瑞士STUDER公司的3000系列，主機(jī)箱為插卡式可擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了輸入輸出的模塊化。各類型板卡可任意搭配，比如MADI、模擬、數(shù)字等。信號(hào)由主板卡控制處理，是目前大多省級(jí)臺(tái)主流使用的。

總控硬件部分，為確保安全播出矩陣部分采用雙矩陣加接口機(jī)箱的結(jié)構(gòu)，輸入輸出信號(hào)的調(diào)配都通過軟件來完成。所以在這樣的系統(tǒng)中信號(hào)同步與否就非常重要了。簡單的信號(hào)傳輸流程如圖3所示。

總控與各直播間、備播間的信號(hào)傳輸通過主備兩套矩陣來作調(diào)配，主矩陣主要采用AES/EBU格式的信號(hào)傳輸，備矩陣采用MADI格式信號(hào)傳輸。直播間和主矩陣通過AES數(shù)字音頻線連接，直播間和備矩陣通過MADI光纖連接，另外總控內(nèi)部一些設(shè)備還用到網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

2.1 字時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器提供系統(tǒng)中的同步信號(hào)

總控同步發(fā)生系統(tǒng)是由兩臺(tái)STUDER公司的Mastersync同步發(fā)生分配器組成的。這一同步分配發(fā)生器可接受視頻BB、字時(shí)鐘、AES音頻同步3種外同步輸入，或自己發(fā)生高穩(wěn)同步信號(hào)，并將同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為6路字時(shí)鐘、16路AES同步輸出。在本系統(tǒng)中用到的是16路AES輸出，采樣頻率選擇為48kHz。

當(dāng)同步發(fā)生器是整個(gè)總控同步實(shí)現(xiàn)的主機(jī)時(shí)，把該同步發(fā)生器時(shí)鐘信號(hào)來源選為“內(nèi)部”，如選“外部”的話，該設(shè)備只能是從機(jī)不能作為主機(jī)。并且采用并聯(lián)（星形）結(jié)構(gòu)，AES同步信號(hào)通過線纜送到主備矩陣，以及各直播間和備播間調(diào)音臺(tái)的機(jī)箱板卡上。

由于一臺(tái)同步發(fā)生器的輸出沒有那么多，不能滿足所有的設(shè)備，因此在直播間、備播間內(nèi)部的其他設(shè)備，是與調(diào)音臺(tái)同步的，比如通過數(shù)字調(diào)音臺(tái)傳輸給延時(shí)器等數(shù)字設(shè)備。

在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，同步發(fā)生器模式設(shè)置為“內(nèi)部”，意思是同步信號(hào)由自己產(chǎn)生，還要再把采樣頻率設(shè)置好，這樣主機(jī)的設(shè)置就完成了。接下來就開始配置從機(jī)，從機(jī)的同步模式都選擇成“外部”，即和外部的同步發(fā)生器進(jìn)行同步。這樣就可以使系統(tǒng)中和同步發(fā)生器所連接的所有設(shè)備的采樣頻率相同，進(jìn)而保證了整個(gè)系統(tǒng)一致而穩(wěn)定的工作狀態(tài)，如圖4所示。

通過介紹內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)廣播總控關(guān)于同步的實(shí)現(xiàn)方式，可以發(fā)現(xiàn)并聯(lián)串聯(lián)其實(shí)是混合使用的，為保證安全播出系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的同步信號(hào)是互不影響的，都是來自于同步發(fā)生器。但像直播間內(nèi)部就可以串聯(lián)起來用一個(gè)同步信號(hào)就可以了，這樣就節(jié)省了大量硬件設(shè)備。仍能保證系統(tǒng)中設(shè)備的同步信號(hào)都是唯一的，那么整個(gè)系統(tǒng)就能保持同步狀態(tài)。另外該款同步發(fā)生器還有一個(gè)特點(diǎn)，就是為保證安全播出，采用雙電源設(shè)計(jì)，一路電源發(fā)生故障，可以無延時(shí)切到另一路電源上，因此在實(shí)際應(yīng)用中，斷電停機(jī)的故障幾乎不存在。

2.2 數(shù)字調(diào)音臺(tái)作為主機(jī)

一些臺(tái)站頻率較少，規(guī)模較小，沒有必要在系統(tǒng)中采用專門的同步發(fā)生器，這種情況可以將數(shù)字調(diào)音臺(tái)作為同步主機(jī)來用。就是從音頻信號(hào)中來識(shí)別同步信號(hào)。

下面具體以STUDER公司的1500系列數(shù)字調(diào)音臺(tái)為例進(jìn)行相關(guān)介紹，菜單依次選擇ad-min—config—start就到了Configuration Tool界面，找到 Audio-Clock選項(xiàng)并展開，點(diǎn)擊Setting，在右側(cè)Sync Source中，把setup設(shè)置為Word clock，State選擇internal選項(xiàng)就可將該調(diào)音臺(tái)設(shè)置為系統(tǒng)字時(shí)鐘同步信號(hào)主機(jī)。

數(shù)字調(diào)音臺(tái)可以傳輸不同格式的信號(hào)，和它連接的各個(gè)設(shè)備可以根據(jù)自身情況來選擇一個(gè)相應(yīng)通道來確定同步信號(hào)的讀取源。如接收設(shè)備的同步設(shè)置為MADI則是傳輸MADI信號(hào)的設(shè)備，同理設(shè)置為AES/EBU也類似。

綜合考量，從播控系統(tǒng)來看，設(shè)備連接主要包括矩陣、各直播間、音頻選擇器、音分、補(bǔ)樂設(shè)備等，在這樣一個(gè)龐大的系統(tǒng)中，保證這些設(shè)備“同步”，是使其協(xié)同工作的重要條件。在安播任務(wù)非常重要的今天，單獨(dú)的同步發(fā)生器所產(chǎn)生的同步信號(hào)在總控系統(tǒng)中更加可靠和穩(wěn)定，所以有條件的臺(tái)站最好使用單獨(dú)的同步信號(hào)發(fā)生設(shè)備。

圖3 信號(hào)流程圖

圖4 同步流程示意圖

3 結(jié) 語

同步是播控系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，同步出了問題會(huì)導(dǎo)致整個(gè)播控系統(tǒng)的混亂。所以為了確保安全播出，我們一定要把它重視起來。