电台播控系统中同步的应用

2020-10-14李鹏飞

数字传媒研究 2020年9期

关键词：数字音频调音台时钟

李鹏飞

内蒙古广播电视台内蒙古呼和浩特市 010050

在广播播出系统中，安全播出至关重要，其中字时钟同步对系统是否稳定、信号传输是否正常起着关键的作用。作者根据在总控工作的经验和所遇到的问题，进行有关同步方面的介绍。

1 字时钟同步基本原理

1.1 基本原理

如果数字音频设备之间不同步，就可能使相应接收设备的信号产生跳变或失真，其结果就是咔嗒声或噗噗声。字时钟（word clock）相当于一个乐团指挥，同时还担任了“传令兵”的角色。

同步包括位同步、帧同步、复帧同步和网同步。位同步的基本含义是收发两端的时钟必须同频、同相，这样接收端才能正确接收发送端送来的每一个码元。所谓同频，就是要求发送端发送了多少码元，接收端必须产生同样多的判决脉冲。所谓同相，即判决脉冲应该对准码元的中心，此时对码元的正确识别率最高。

数字音频系统中，面对种类繁多的数字音频设备，他们各自的采样频率不是完全相同的。这就导致数字音频信号在传输过程中会产生不同步问题。系统中的音频设备要形成时钟锁定，相位同步，不能产生失锁漂移。为了解决这一问题，就采用了字时钟同步。字时钟被认为是脉冲信号的一种，可以将采样频率不同的信号同步后在一个音频系统中传输。这样就可以保证在整个系统的各个节点，信号在两个不同设备间采用同一个采样频率进行传输。

字时钟同步方式对现今总控音频系统信号的安全稳定传输提供了强有力的保障。

1.2 实现方式

每一台数字音频设备自身都有字时钟信号，例如播出系统中的节点设备矩阵和调音台。设备单独使用时，不存在同步问题。但在整个播控中心中数字音频设备种类多，生产厂家也不同，同步就成了信号传输的关键所在。如果不同步，各个设备采样频率不同，那么会大大影响音频信号的质量。例如字时钟信号的传输发生错误会使系统中突然产生很大的噪声，导致无法满足播出的要求。如果播出系统中的所有设备都能接收相同的字时钟信号，那么整个系统的同步就实现了。

目前多数电台实现同步的方式有两种：1.以数字调音台为主机，系统中的其他设备和主机同步；2.使用专用的字时钟发生器为主机，给系统中的所有设备送字时钟信号以实现同步。

以上两种方式不管用哪种都将用作主机的设备的同步状态选为“内部”，那么另外设备的同步状态必须选择成“外部”。主机产生供播出系统使用的同步信号，系统中的其他设备作为从机按照所接收到的主机字时钟信号来进行同步。这样系统中的设备就可以在统一的采样频率下工作。

图1 并联结构

1.3 字时钟信号的分配方式

字时钟信号（Word Clock）在数字音频系统中一般有两种传输的方式。

（1）用单独的线缆将主机产生的同步信号送到各从机，通常使用BNC接头的同轴电缆来实现。具体有两种结构：并联结构、串联结构。

并联结构是指同步信号由主机发出后通过专用的接口输出，再经过一台信号放大分配器传输到系统中从机字时钟的专用输入接口（WC IN），这样系统中的其他设备都达到了同步状态，互不干涉，彼此独立，也称作星形结构，如图1所示。

串联结构同样是同步信号由主机发出后通过专用的接口输出，按照音频信号传输流程传输给系统中的各个从机，第一台从机的（WC OUT）传输给第二台从机的（WC IN），同步信号在系统中以串联形式，按顺序传送，也称作菊花链结构，如图2所示。

很明显并联结构相较于串联结构在整个数字音频系统中是有优势的。并联结构中字时钟信号分开传输，相互独立，如有设备出现故障也不会影响系统中其他设备的运行。而在串联结构中，从机的字时钟信号是一级级传输相互关联的，如其中一个设备出现故障，那么处在同一信号链上的其他设备都不能正常接收同步信号，并且音频信号流上的所有设备都不能关机，这会大大影响到一些设备的使用寿命。

（2）音频系统较为简单，设备较少的情况下，使用专门的同步发生器显得有点浪费。这时可用系统中的数字设备作为同步信号源，其他设备可从传输的音频信号中识别出同步信号。目前较常用的格式有以下两种：

AES/EBU的全称是Audio Engineering Society/European Bro adcast Union（音频工程师协会/欧洲广播联盟），现在较为流行的专业数字音频标准，是一种通过基于单根绞合线对用来传输数字音频数据的串行位传输协议。它无须均衡即可在长达100m的距离上传输数据。通常情况下在输入/输出端AES的音频信号使用XLR接头的平衡传输方式，但也可以在输入/输出端采用BNC接头的非平衡传输方式。当一个设备传输AES/EBU格式的信号时，相应这个设备的时钟信息被按照双相位标记方式编码，而后内嵌进了AES/EBU信号数据流的状态位中。这样AES/EBU信号传输到的设备都可以从该信号中读取到来自输出设备的字时钟信号，从而达到两台设备的同步，以此类推，系统中的设备都将同步。

MADI的全称是serial multichannel audio digital interface（多通道音频数字接口），按照标准，MADI的信号帧格式包含有同步位，通过光纤传输，线路上的设备都可以读出同步信息。

在实际部署中总控系统的设备种类多且接口多样，某一小系统用专用的数字同步发生器。而另一小系统则由自身的设备通过线缆传输的音频帧来识别同步信息。即使都采用数字同步发生器的同步信号也会出现两种结构并存的情况（串联结构、并联结构）。但不管什么情况，系统中只能有一个同步信号，要保证所有设备的同步信息相同，这样整个数字音频系统的工作状态就达到了同步。

图2 串联结构

2 字时钟同步常用设置

内蒙古广播电视台广播播控中心投入使用四年多来，音频同步系统状态良好。下面以此为例来介绍在实际使用中该如何配置同步系统。

直播间调音台配备的是瑞士STUDER公司的3000系列，主机箱为插卡式可扩展，实现了输入输出的模块化。各类型板卡可任意搭配，比如MADI、模拟、数字等。信号由主板卡控制处理，是目前大多省级台主流使用的。

总控硬件部分，为确保安全播出矩阵部分采用双矩阵加接口机箱的结构，输入输出信号的调配都通过软件来完成。所以在这样的系统中信号同步与否就非常重要了。简单的信号传输流程如图3所示。

总控与各直播间、备播间的信号传输通过主备两套矩阵来作调配，主矩阵主要采用AES/EBU格式的信号传输，备矩阵采用MADI格式信号传输。直播间和主矩阵通过AES数字音频线连接，直播间和备矩阵通过MADI光纤连接，另外总控内部一些设备还用到网络信号。

2.1 字时钟信号发生器提供系统中的同步信号

总控同步发生系统是由两台STUDER公司的Mastersync同步发生分配器组成的。这一同步分配发生器可接受视频BB、字时钟、AES音频同步3种外同步输入，或自己发生高稳同步信号，并将同步信号转换为6路字时钟、16路AES同步输出。在本系统中用到的是16路AES输出，采样频率选择为48kHz。

当同步发生器是整个总控同步实现的主机时，把该同步发生器时钟信号来源选为“内部”，如选“外部”的话，该设备只能是从机不能作为主机。并且采用并联（星形）结构，AES同步信号通过线缆送到主备矩阵，以及各直播间和备播间调音台的机箱板卡上。

由于一台同步发生器的输出没有那么多，不能满足所有的设备，因此在直播间、备播间内部的其他设备，是与调音台同步的，比如通过数字调音台传输给延时器等数字设备。

在现实场景中，同步发生器模式设置为“内部”，意思是同步信号由自己产生，还要再把采样频率设置好，这样主机的设置就完成了。接下来就开始配置从机，从机的同步模式都选择成“外部”，即和外部的同步发生器进行同步。这样就可以使系统中和同步发生器所连接的所有设备的采样频率相同，进而保证了整个系统一致而稳定的工作状态，如图4所示。

通过介绍内蒙古广播电视台广播总控关于同步的实现方式，可以发现并联串联其实是混合使用的，为保证安全播出系统节点设备的同步信号是互不影响的，都是来自于同步发生器。但像直播间内部就可以串联起来用一个同步信号就可以了，这样就节省了大量硬件设备。仍能保证系统中设备的同步信号都是唯一的，那么整个系统就能保持同步状态。另外该款同步发生器还有一个特点，就是为保证安全播出，采用双电源设计，一路电源发生故障，可以无延时切到另一路电源上，因此在实际应用中，断电停机的故障几乎不存在。

2.2 数字调音台作为主机

一些台站频率较少，规模较小，没有必要在系统中采用专门的同步发生器，这种情况可以将数字调音台作为同步主机来用。就是从音频信号中来识别同步信号。

下面具体以STUDER公司的1500系列数字调音台为例进行相关介绍，菜单依次选择ad-min—config—start就到了Configuration Tool界面，找到 Audio-Clock选项并展开，点击Setting，在右侧Sync Source中，把setup设置为Word clock，State选择internal选项就可将该调音台设置为系统字时钟同步信号主机。

数字调音台可以传输不同格式的信号，和它连接的各个设备可以根据自身情况来选择一个相应通道来确定同步信号的读取源。如接收设备的同步设置为MADI则是传输MADI信号的设备，同理设置为AES/EBU也类似。

综合考量，从播控系统来看，设备连接主要包括矩阵、各直播间、音频选择器、音分、补乐设备等，在这样一个庞大的系统中，保证这些设备“同步”，是使其协同工作的重要条件。在安播任务非常重要的今天，单独的同步发生器所产生的同步信号在总控系统中更加可靠和稳定，所以有条件的台站最好使用单独的同步信号发生设备。