開始您的比賽—從開球到最后達(dá)陣的精確計(jì)時(shí)
來源：http://www.lbfp.com.cn 作者：億金電子 2024年12月13
如果您是足球迷，那么在正確的時(shí)間將正確的攝像機(jī)角度同步傳輸?shù)侥碾娨暀C(jī)上，對于您的比賽日觀看體驗(yàn)至關(guān)重要。無論是從鳥瞰無人機(jī)、現(xiàn)場手持設(shè)備還是其他角度，與音頻一起編排的視頻源都能為您提供實(shí)時(shí)事件序列和對比賽的連貫理解。也就是說，如果數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間正確并且廣播系統(tǒng)同步。
最佳的直播觀看體驗(yàn)需要大量的工程復(fù)雜性。大量數(shù)據(jù)必須通過具有不同帶寬、性能要求和接口的電子系統(tǒng)傳輸 - 從現(xiàn)場到生產(chǎn)設(shè)施，再到云和衛(wèi)星，最后從流到電視機(jī)。在廣播制作的動態(tài)世界中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_定時(shí)和同步是高效視頻處理和無縫過渡的支柱。
本博客深入探討了實(shí)時(shí)廣播中計(jì)時(shí)和同步挑戰(zhàn)的關(guān)鍵方面以及解決方案。從開球到最后達(dá)陣，一切都與精度有關(guān)。
Picture Perfect Stream：工作室中的精確計(jì)時(shí)
現(xiàn)代工作室配備了多個攝像頭、音頻輸入和視頻處理器，其復(fù)雜性要求采用細(xì)致的計(jì)時(shí)和同步方法。在工作室中使用多個攝像機(jī)或視頻源時(shí)，同步可確保在源源之間無縫切換。缺乏同步可能會導(dǎo)致過渡期間出現(xiàn)故障、延遲或視頻質(zhì)量下降，從而影響整體制作價(jià)值。
與參考時(shí)間的同步使開關(guān)設(shè)備能夠在視頻源之間無縫轉(zhuǎn)換，而無需緩沖或重新同步輸入信號。主同步發(fā)生器用作制作工作室中所有視頻設(shè)備的中央計(jì)時(shí)源。該發(fā)生器分配一個公共的主同步信號，稱為發(fā)生器鎖 （genlock）。復(fù)合視頻信號中的一個例子是黑色突發(fā)，這是一種具有黑色視頻幀的同步鎖相，包括用于同步的定時(shí)信息，用于所有連接的視頻源和處理器。
來自遠(yuǎn)程源的視頻信號會變得更加復(fù)雜，例如足球場中的外部廣播攝像機(jī)可能無法訪問主同步鎖相信號。這些信號通常不同步地到達(dá)制作工作室，這給集成到工作室工作流程帶來了挑戰(zhàn)。在這些情況下，幀同步器充當(dāng)中介，緩沖傳入的視頻信號，并將其計(jì)時(shí)與工作室的主同步源對齊。該過程包括重新定時(shí)遠(yuǎn)程視頻信號，以產(chǎn)生與其他演播室設(shè)備同步的同步鎖相 SDI 輸出。該功能對于將遠(yuǎn)程素材集成到直播中至關(guān)重要，可確保所有信號一致且同步，無論其來源如何。
這種編排可確保所有攝像機(jī)、混音器和處理器在時(shí)序方面 “說同一種語言”，避免視覺或聽覺錯位。精確同步消除了延遲并確保了一致的輸出。
廣播網(wǎng)絡(luò)通常采用各種傳輸設(shè)備類型，每種設(shè)備類型都需要特定的計(jì)時(shí)組件。這些組件可能包括用于通用時(shí)序的單端時(shí)鐘、串行器/解串器 （SERDES） 應(yīng)用所必需的低抖動差分時(shí)鐘，以及支持 IEEE 1588 或音頻視頻橋接/時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) （AVB/TSN） 等標(biāo)準(zhǔn)的專用同步設(shè)備。
專業(yè)攝像機(jī)同步
專業(yè)攝像機(jī)是工作室制作的核心，其性能依賴于精確的同步。以下是同步在典型攝像機(jī)設(shè)置中的級聯(lián)方式：
1、用于同步的 Genlock：攝像機(jī)通過同步鎖相將其視頻處理器采樣時(shí)鐘、同步脈沖和串行數(shù)字接口 （SDI） 時(shí)鐘與演播室的主同步信號同步。這可確保所有攝像機(jī)都與工作室的時(shí)序參考完美對齊。
2、低抖動時(shí)鐘：視頻處理器需要具有極低抖動 （不需要的時(shí)序變化） 的時(shí)鐘，因?yàn)槿魏螘r(shí)序不一致都會直接影響模數(shù) （A/D） 轉(zhuǎn)換器的性能。高抖動會降低信噪比，從而影響視頻質(zhì)量。
3、音視頻同步：麥克風(fēng)音頻信號使用音頻處理器進(jìn)行數(shù)字化處理。音頻采樣時(shí)鐘與視頻時(shí)鐘同步，以確保音頻和視頻流在嵌入到 SDI 流時(shí)完美對齊。
4、水平同步 （HSYNC）： 從主同步發(fā)生器生成的復(fù)合視頻信號中提取 HSYNC 信號。為此，復(fù)合視頻信號（包括黑場色同步參考）被饋送到同步分離器中。此 separator 刪除 signal 中不需要的部分并隔離 timing 數(shù)據(jù)。這個提取的 HSYNC 信號被鎖定到 timing generator 上。發(fā)生器過濾信號中的抖動并產(chǎn)生穩(wěn)定的視頻采樣時(shí)鐘。
SiTime 晶振是精密計(jì)時(shí)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，提供基于硅 MEMS 的解決方案，非常適合廣播設(shè)備。為直播提供了許多時(shí)序解決方案，包括 Cascade™ 時(shí)鐘片上系統(tǒng)系列。Cascade 系列包括網(wǎng)絡(luò)同步器、抖動消除器和時(shí)鐘發(fā)生器。這些器件克服了與傳統(tǒng) quartz 計(jì)時(shí)解決方案相關(guān)的質(zhì)量和可靠性問題。由于 Cascade 系列將 MEMS 諧振器集成到時(shí)鐘中，因此不需要石英參考器件。這提高了系統(tǒng)的彈性，并消除了石英晶體的固有弱點(diǎn)，例如活動下降以及對沖擊和振動的敏感性。此外，通過集成諧振器，它消除了電路板上的器件，最大限度地減少了分配給時(shí)序的空間并簡化了 PCB 板設(shè)計(jì)。
除了級聯(lián)時(shí)鐘系列之外，SiTime 還提供完整的基于硅 MEMS 的廣播振蕩器系列，包括低抖動差分端振蕩器、TCXO晶振 和 OCXO晶振，與傳統(tǒng)石英晶體替代品相比，它們具有更好的性能和更低的功耗，以及數(shù)字控制等重要功能，可輕松微調(diào)輸出頻率。
高精度計(jì)時(shí)硬件對于直播至關(guān)重要
從視頻和音頻信號的精確對齊到遠(yuǎn)程源的無縫集成，同步使廣播公司能夠向觀眾提供專業(yè)級內(nèi)容。使用主同步發(fā)生器、HSYNC 信號和幀同步器等高級工具可確保工作室的每個組件協(xié)調(diào)運(yùn)行。使用基于 MEMS 的硅精密計(jì)時(shí)芯片可提供卓越的穩(wěn)定性，可以減少高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用、新聞、娛樂和體育直播中對持續(xù)重新同步的需求，在這些應(yīng)用中，多個攝像頭將數(shù)據(jù)饋送到集中處理中心。精確的計(jì)時(shí)可確保所有這些流保持同步，因此當(dāng)廣播到達(dá)您家時(shí)，它看起來流暢且不間斷。
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