數(shù)字音頻系統(tǒng)中的字時鐘同步理論

1 字時鐘同步方式的基本理論

　　為了應(yīng)對高清時代所帶來的挑戰(zhàn)，滿足環(huán)繞立體聲的制作條件，國內(nèi)各大電視臺都在陸續(xù)投入使用的高清電視演播室及轉(zhuǎn)播車中采用了全數(shù)字化的音頻系統(tǒng)。因此，有必要明確一些關(guān)于字時鐘同步方式的基本理論。

　　1.1 字時鐘同步方式

　　從模擬時代開始最常見的同步方式是時間碼(Time Code，即TC 碼) 同步方式，即在一個音頻系統(tǒng)中，確定一個統(tǒng)一的時間碼，所有的設(shè)備都以這個時間碼為基準(zhǔn)，從相同的時間點(diǎn)開始進(jìn)行重放或錄制。在整個過程中，所有設(shè)備上顯示的時間碼刻度是完全一致的。這種同步方式至今也運(yùn)用在數(shù)字音頻系統(tǒng)之中。

　　字時鐘同步方式只能用于數(shù)字音頻系統(tǒng)。字時鐘(Word Clock) 被看作是一種脈沖信號，用于將不同采樣頻率的數(shù)字音頻信號協(xié)調(diào)后在同一系統(tǒng)中進(jìn)行交流。

　　字時鐘信號具有精確而穩(wěn)定的采樣頻率，可以確保在數(shù)字音頻系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中，信號的發(fā)送端和接收端采用相同的采樣頻率進(jìn)行工作，并且發(fā)送和接收信號中的比特同時開始。在字時鐘信號的作用下，系統(tǒng)中的各個設(shè)備即達(dá)到頻率上的同步，又達(dá)到相位上的同步，可以在穩(wěn)定的條件下持續(xù)進(jìn)行正常工作。

　　字時鐘同步方式為穩(wěn)定系統(tǒng)中數(shù)字信號的傳輸質(zhì)量起到了極大的作用。但當(dāng)系統(tǒng)的字時鐘同步狀態(tài)出現(xiàn)問題，而導(dǎo)致信號質(zhì)量嚴(yán)重降低( 例如字時鐘信號的傳輸發(fā)生錯誤而導(dǎo)致系統(tǒng)中突然產(chǎn)生極大的噪聲)時，有時常常會被忽視而從字時鐘的方向去解決問題。這是由于這種同步方式在實(shí)際操作中所產(chǎn)生的效果并沒有時間碼同步方式那么直觀。

　　1.2 設(shè)置系統(tǒng)的字時鐘同步狀態(tài)

　　要實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻系統(tǒng)的字時鐘同步狀態(tài)，必須要在系統(tǒng)中設(shè)置一個( 也是唯一的一個) 字時鐘信號發(fā)生源。實(shí)際上數(shù)字調(diào)音臺、數(shù)字音頻工作站等數(shù)字音頻設(shè)備內(nèi)部都可以自行產(chǎn)生字時鐘信號，但是每一個數(shù)字音頻系統(tǒng)中只能設(shè)置一個字時鐘信號發(fā)生源，這是因?yàn)槊總€設(shè)備中的字時鐘信號決定著這個設(shè)備中的采樣頻率，如果在一個系統(tǒng)中出現(xiàn)了不同的字時鐘信號，也就表示這個系統(tǒng)中的采樣頻率并不統(tǒng)一，就達(dá)不到同步工作狀態(tài)，會產(chǎn)生噪聲等問題。因此在使用一個數(shù)字音頻系統(tǒng)時，第一步就應(yīng)該選擇其中一個設(shè)備，將其設(shè)置為這個系統(tǒng)中的字時鐘信號發(fā)生源，即同步主機(jī)。同步主機(jī)中產(chǎn)生的字時鐘信號被稱為這個音頻系統(tǒng)的主時鐘。

　　在實(shí)際工作中，通常選擇專用的字時鐘信號發(fā)生器或數(shù)字音頻調(diào)音臺、數(shù)字音頻工作站作為系統(tǒng)中的同步主機(jī)(MaSTer)。將被選為主機(jī)的設(shè)備的同步方式設(shè)置為“內(nèi)部”，此時主機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的字時鐘信號會作為整個系統(tǒng)的主時鐘被傳輸?shù)叫枰M(jìn)行同步的各個從屬設(shè)備(Slave) 中去。系統(tǒng)中每個從屬設(shè)備的同步方式都要被設(shè)置為“外部”，并且要確保每個從屬設(shè)備都可以穩(wěn)定地接收來自主機(jī)的字時鐘信號。當(dāng)整個系統(tǒng)達(dá)到同步狀態(tài)之后，系統(tǒng)中所有的從機(jī)都將按照主機(jī)的主時鐘所決定的采樣頻率進(jìn)行工作。

　　1.3 字時鐘信號在系統(tǒng)中的傳輸方式

　　字時鐘信號可以通過兩種方式進(jìn)行傳輸。

　　(1) 使用BNC 接頭的同軸電纜直接將同步主機(jī)中的字時鐘信號傳輸?shù)綇臋C(jī)

　　按照這種方式，數(shù)字音頻系統(tǒng)中的字時鐘信號傳輸結(jié)構(gòu)可以采用星形結(jié)構(gòu)或菊花鏈結(jié)構(gòu)。

　　在圖1 所示的星形結(jié)構(gòu)中，主機(jī)的字時鐘信號由主機(jī)的字時鐘信號專用輸出接口WC Out 輸出后，通過一個信號分配放大器被傳輸?shù)礁鱾€從機(jī)的字時鐘信號專用輸入接口WC In。此時系統(tǒng)中的各個從機(jī)獨(dú)立地接收來自主機(jī)的字時鐘信號，互不干涉。

　　圖1　星形結(jié)構(gòu)。

　　在圖2 所示的菊花鏈結(jié)構(gòu)中，主機(jī)的字時鐘信號由主機(jī)的字時鐘信號專用輸出接口WC Out 輸出后，直接輸入至從機(jī)A 的字時鐘信號專用輸入接口WCIn，再依此規(guī)律不斷向下級傳輸，直到字時鐘信號輸入系統(tǒng)中最后一個從機(jī)的WC In 中。

　　菊花鏈結(jié)構(gòu)與星形結(jié)構(gòu)相比具有一定的缺點(diǎn)，因?yàn)樵谶@種信號傳輸結(jié)構(gòu)中，各個從機(jī)之間是相互依賴的關(guān)系，一旦其中一個從機(jī)發(fā)生了故障，字時鐘信號將無法傳輸?shù)竭@臺從機(jī)下級的所有的從機(jī)中。而且在正常工作中，系統(tǒng)中所有采用菊花鏈結(jié)構(gòu)連接的設(shè)備無論是否使用都必須開機(jī)，并且設(shè)置為正常的字時鐘同步狀態(tài)，否則會導(dǎo)致下級設(shè)備得不到字時鐘信號的輸入。

　　圖2　菊花鏈結(jié)構(gòu)。