李鵬飛

內(nèi)蒙古廣播電視臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

在廣播播出系統(tǒng)中，安全播出至關重要，其中字時鐘同步對系統(tǒng)是否穩(wěn)定、信號傳輸是否正常起著關鍵的作用。作者根據(jù)在總控工作的經(jīng)驗和所遇到的問題，進行有關同步方面的介紹。

1 字時鐘同步基本原理

1.1 基本原理

如果數(shù)字音頻設備之間不同步，就可能使相應接收設備的信號產(chǎn)生跳變或失真，其結(jié)果就是咔嗒聲或噗噗聲。字時鐘（word clock）相當于一個樂團指揮，同時還擔任了“傳令兵”的角色。

同步包括位同步、幀同步、復幀同步和網(wǎng)同步。位同步的基本含義是收發(fā)兩端的時鐘必須同頻、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，即判決脈沖應該對準碼元的中心，此時對碼元的正確識別率最高。

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

字時鐘同步方式對現(xiàn)今總控音頻系統(tǒng)信號的安全穩(wěn)定傳輸提供了強有力的保障。

1.2 實現(xiàn)方式

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

目前多數(shù)電臺實現(xiàn)同步的方式有兩種：1.以數(shù)字調(diào)音臺為主機，系統(tǒng)中的其他設備和主機同步；2.使用專用的字時鐘發(fā)生器為主機，給系統(tǒng)中的所有設備送字時鐘信號以實現(xiàn)同步。

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

圖1 并聯(lián)結(jié)構(gòu)

1.3 字時鐘信號的分配方式

字時鐘信號（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）用單獨的線纜將主機產(chǎn)生的同步信號送到各從機，通常使用BNC接頭的同軸電纜來實現(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)是指同步信號由主機發(fā)出后通過專用的接口輸出，再經(jīng)過一臺信號放大分配器傳輸?shù)较到y(tǒng)中從機字時鐘的專用輸入接口（WC IN），這樣系統(tǒng)中的其他設備都達到了同步狀態(tài)，互不干涉，彼此獨立，也稱作星形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

串聯(lián)結(jié)構(gòu)同樣是同步信號由主機發(fā)出后通過專用的接口輸出，按照音頻信號傳輸流程傳輸給系統(tǒng)中的各個從機，第一臺從機的（WC OUT）傳輸給第二臺從機的（WC IN），同步信號在系統(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)在整個數(shù)字音頻系統(tǒng)中是有優(yōu)勢的。并聯(lián)結(jié)構(gòu)中字時鐘信號分開傳輸，相互獨立，如有設備出現(xiàn)故障也不會影響系統(tǒng)中其他設備的運行。而在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，從機的字時鐘信號是一級級傳輸相互關聯(lián)的，如其中一個設備出現(xiàn)故障，那么處在同一信號鏈上的其他設備都不能正常接收同步信號，并且音頻信號流上的所有設備都不能關機，這會大大影響到一些設備的使用壽命。

（2）音頻系統(tǒng)較為簡單，設備較少的情況下，使用專門的同步發(fā)生器顯得有點浪費。這時可用系統(tǒng)中的數(shù)字設備作為同步信號源，其他設備可從傳輸?shù)囊纛l信號中識別出同步信號。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/歐洲廣播聯(lián)盟），現(xiàn)在較為流行的專業(yè)數(shù)字音頻標準，是一種通過基于單根絞合線對用來傳輸數(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。當一個設備傳輸AES/EBU格式的信號時，相應這個設備的時鐘信息被按照雙相位標記方式編碼，而后內(nèi)嵌進了AES/EBU信號數(shù)據(jù)流的狀態(tài)位中。這樣AES/EBU信號傳輸?shù)降脑O備都可以從該信號中讀取到來自輸出設備的字時鐘信號，從而達到兩臺設備的同步，以此類推，系統(tǒng)中的設備都將同步。

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

在實際部署中總控系統(tǒng)的設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)則由自身的設備通過線纜傳輸?shù)囊纛l幀來識別同步信息。即使都采用數(shù)字同步發(fā)生器的同步信號也會出現(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)中只能有一個同步信號，要保證所有設備的同步信息相同，這樣整個數(shù)字音頻系統(tǒng)的工作狀態(tài)就達到了同步。

圖2 串聯(lián)結(jié)構(gòu)

2 字時鐘同步常用設置

內(nèi)蒙古廣播電視臺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際使用中該如何配置同步系統(tǒng)。

直播間調(diào)音臺配備的是瑞士STUDER公司的3000系列，主機箱為插卡式可擴展，實現(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。信號由主板卡控制處理，是目前大多省級臺主流使用的。

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箱的結(jié)構(gòu)，輸入輸出信號的調(diào)配都通過軟件來完成。所以在這樣的系統(tǒng)中信號同步與否就非常重要了。簡單的信號傳輸流程如圖3所示。

總控與各直播間、備播間的信號傳輸通過主備兩套矩陣來作調(diào)配，主矩陣主要采用AES/EBU格式的信號傳輸，備矩陣采用MADI格式信號傳輸。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)部一些設備還用到網(wǎng)絡信號。

2.1 字時鐘信號發(fā)生器提供系統(tǒng)中的同步信號

總控同步發(fā)生系統(tǒng)是由兩臺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，并將同步信號轉(zhuǎn)換為6路字時鐘、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。

當同步發(fā)生器是整個總控同步實現(xiàn)的主機時，把該同步發(fā)生器時鐘信號來源選為“內(nèi)部”，如選“外部”的話，該設備只能是從機不能作為主機。并且采用并聯(lián)（星形）結(jié)構(gòu)，AES同步信號通過線纜送到主備矩陣，以及各直播間和備播間調(diào)音臺的機箱板卡上。

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

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

通過介紹內(nèi)蒙古廣播電視臺廣播總控關于同步的實現(xiàn)方式，可以發(fā)現(xiàn)并聯(lián)串聯(lián)其實是混合使用的，為保證安全播出系統(tǒng)節(jié)點設備的同步信號是互不影響的，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)起來用一個同步信號就可以了，這樣就節(jié)省了大量硬件設備。仍能保證系統(tǒng)中設備的同步信號都是唯一的，那么整個系統(tǒng)就能保持同步狀態(tài)。另外該款同步發(fā)生器還有一個特點，就是為保證安全播出，采用雙電源設計，一路電源發(fā)生故障，可以無延時切到另一路電源上，因此在實際應用中，斷電停機的故障幾乎不存在。

2.2 數(shù)字調(diào)音臺作為主機

一些臺站頻率較少，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)音臺作為同步主機來用。就是從音頻信號中來識別同步信號。

下面具體以STUDER公司的1500系列數(shù)字調(diào)音臺為例進行相關介紹，菜單依次選擇ad-min—config—start就到了Configuration Tool界面，找到 Audio-Clock選項并展開，點擊Setting，在右側(cè)Sync Source中，把setup設置為Word clock，State選擇internal選項就可將該調(diào)音臺設置為系統(tǒng)字時鐘同步信號主機。

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

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

圖3 信號流程圖

圖4 同步流程示意圖

3 結(jié) 語

同步是播控系統(tǒng)的關鍵所在，同步出了問題會導致整個播控系統(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。