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淺談幀同步機(jī)原理及在電視播出中的應(yīng)用作者： 江蘇省揚(yáng)州廣播電視局 崔冬明在電視播出中，就視頻而言全電視信號(hào)的形成，在不同制式的電視，雖然形成視頻全電視信號(hào)的編碼器的結(jié)構(gòu)不同，但它基本上都包括矩陣電路、亮度信號(hào)通道、色度信號(hào)通道、同步信號(hào)電路和混合電路等幾部分。電視臺(tái)通常設(shè)置有兩臺(tái)同步機(jī)（其中一臺(tái)備用），產(chǎn)生各種所需的同步信號(hào)。比如：PAL制彩色電視同步機(jī)產(chǎn)生七種同步信號(hào)：行推動(dòng)信號(hào)H、場推動(dòng)信號(hào)V、復(fù)合同步信號(hào)S、復(fù)合稍隱信號(hào)A、副載波F、色同步旗形脈沖K和PAL識(shí)別脈沖P。這些信號(hào)在頻率和相位方面有著嚴(yán)格的關(guān)系，可由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定時(shí)信號(hào)通過一定的處理和變換來產(chǎn)生。 統(tǒng)一的同步基準(zhǔn)由電視臺(tái)的總控系統(tǒng)發(fā)送。 電視臺(tái)在切換臺(tái)輸入接收的外地信號(hào)或轉(zhuǎn)播車信號(hào)時(shí)，都須保證本臺(tái)的同步與外來的同步一致，否則將會(huì)造成圖像翻滾，甚至丟失圖像。解決這些問題有三種辦法，分別是幀同步器法、臺(tái)從鎖相法和臺(tái)主鎖相。本文著重論述幀同步機(jī)工作原理及在電視播出中的應(yīng)用。 一 幀同步機(jī)原理簡述 幀同步機(jī)也稱幀同步器（Frame Synchronizier），簡稱FS。它是一種可將某一路與系統(tǒng)不同步的電視信號(hào)使之能與系統(tǒng)同步工作的數(shù)字設(shè)備，通俗講，是一種同步變換設(shè)備。 1. 幀同步機(jī)工作原理 這是一種基于數(shù)字處理的開環(huán)鎖相法。它是將外來視頻信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后存儲(chǔ)延時(shí)。讀出時(shí)鐘的基準(zhǔn)用本臺(tái)信號(hào)同步，從而達(dá)到外來信號(hào)與本臺(tái)信號(hào)同步鎖相的目的，如圖1所示。 2. 幀同步機(jī)工作原理分析 其原理如圖1可見，它利用存儲(chǔ)器將外來信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以數(shù)字信號(hào)寫入幀存儲(chǔ)器，然后以中心機(jī)房同步信號(hào)為基準(zhǔn)，逐步從存儲(chǔ)器內(nèi)讀出，然后再進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，變成模擬的視頻信號(hào)輸出。 幀同步機(jī)由A/D變換和D/A變換，寫入時(shí)鐘發(fā)生器，讀出時(shí)鐘發(fā)生器以及存儲(chǔ)部分幾部分組成。未校正的重放視頻信號(hào)經(jīng)輸入處理和A/D變換后，成為數(shù)字信號(hào)，在寫入時(shí)鐘控制下被依次讀出，經(jīng)D/變換后成為模擬信號(hào)。在寫入時(shí)鐘控制下，數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器的節(jié)拍和輸入時(shí)基的節(jié)拍一致。 由于寫入時(shí)鐘相對(duì)于每行寫入信號(hào)的相位，即取樣點(diǎn)的相對(duì)相位是不變的。在讀出端，讀出時(shí)間鎖定于基準(zhǔn)信號(hào)，因此從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的、周期均勻的，不再有時(shí)基抖動(dòng)。相當(dāng)于給含有時(shí)基誤差不同的信號(hào)以不同的延時(shí)，時(shí)基超前的信號(hào)多延時(shí)一些，時(shí)基滯后的信號(hào)少延時(shí)一些，使最后得到的信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)基一致。 3. 幀同步機(jī)的核心 存儲(chǔ)系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)控制兩部分，是幀同步機(jī)的核心。 幀同步機(jī)中采用的存儲(chǔ)器通常為移位寄存器（SAM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）。 存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)控制為數(shù)據(jù)按一定規(guī)律寫入和讀出提供邏輯選擇控制。存儲(chǔ)控制包括寫入、讀出和過載控制。 寫入和讀出電路的作用是使數(shù)據(jù)按正確的地址寫入和讀出。其中，寫入時(shí)鐘發(fā)生器的作用是為時(shí)基校正器提供寫入定時(shí)信號(hào)，包括A/D轉(zhuǎn)換用的取樣脈沖和存儲(chǔ)器用的寫入時(shí)鐘、寫入開始脈沖等。寫入時(shí)鐘必須與重放信號(hào)嚴(yán)格同步，即必須精確跟蹤重放信號(hào)的時(shí)基變化，跟蹤的精度越高，它的校正精度也越高。 存儲(chǔ)器工作時(shí)，先由寫入時(shí)鐘將數(shù)字視頻信號(hào)順序存入存儲(chǔ)器，經(jīng)過一段時(shí)間后，再由讀時(shí)鐘讀出。由于時(shí)基誤差，所以寫和讀的時(shí)鐘速度不一樣，這種現(xiàn)象會(huì)破壞幀同步機(jī)的正常工作，稱為過載現(xiàn)象。過載，造成圖像的閃爍或撕裂現(xiàn)象，這是不允許的，因此由過載電路來對(duì)其進(jìn)行檢測和控制。 同時(shí)，失落補(bǔ)償也在幀同步機(jī)中使用，它利用電視信號(hào)的行間相關(guān)性進(jìn)行工作。 二 幀同步機(jī)典型應(yīng)用方式 幀同步機(jī)的應(yīng)用根據(jù)使用場合和投入可以采用不同的形式。如：在播出系統(tǒng)中的應(yīng)用。 采用如圖2的兩級(jí)切換應(yīng)用方式，所有外來的信號(hào)源都送到一個(gè)小型矩陣上，在矩陣的輸出端接入兩臺(tái)幀同步機(jī)一主一備，將需要送往切換臺(tái)的信號(hào)預(yù)先在矩陣上切換到接入了幀同步機(jī)的目標(biāo)端，經(jīng)幀同步機(jī)后送到切換臺(tái)，由于存在前后連續(xù)使用不同的外來信號(hào)源的可能性，所以一般采用這種應(yīng)用方式，至少需兩臺(tái)的幀同步機(jī)。同樣的，在這種應(yīng)用場合下，幀同步機(jī)與本地信號(hào)源都鎖定于本地同步機(jī)。 幀同步機(jī)能處理多種信號(hào)，如S-Video，模擬分量、復(fù)合信號(hào)、AES/EBU DIGITAL I/O和SDI信號(hào)等，可以模擬輸入、數(shù)字輸出，它是向數(shù)字化過渡的理想產(chǎn)品。高級(jí)一點(diǎn)的幀同步機(jī)還能處理音頻信號(hào)，解決聲音的時(shí)延問題。 就揚(yáng)州電視臺(tái)城市頻道現(xiàn)場直播為例，節(jié)目安排在臺(tái)外的其他地點(diǎn)，比如潤揚(yáng)大橋開通儀式，揚(yáng)州煙花三月經(jīng)貿(mào)旅游節(jié)開幕。轉(zhuǎn)播車與演播室相結(jié)合，采用兩級(jí)切換的方式（如圖2），將轉(zhuǎn)播車的輸出信號(hào)作為后方主演播室的一路外來信號(hào)，使用幀同步機(jī)和視音頻隔離變壓器等設(shè)備。通過光纖傳輸手段，將電視信號(hào)從現(xiàn)場傳送回臺(tái)內(nèi)的中心機(jī)房。 城市頻道采用英國Pro-bell自動(dòng)播控系統(tǒng)，其控制核心是2412切換矩陣，接受來自總控系統(tǒng)經(jīng)幀同步機(jī)處理的現(xiàn)場直播信號(hào)，調(diào)度播出。如圖3，總控系統(tǒng)裝備了DPS575和TB2000等型號(hào)的幀同步機(jī)。 三 幀同步機(jī)的技術(shù)特點(diǎn) 由于現(xiàn)在大多數(shù)應(yīng)用場合是處于數(shù)?；旌系沫h(huán)境下，所以許多幀同步機(jī)都具有多種輸入/輸出格式的接口，適應(yīng)面廣。如DPS575多功能數(shù)字/模擬音頻/視頻幀同步裝置就具有4種輸入端子，5種輸出端子由于DPS-575集中反映了當(dāng)今幀同步機(jī)的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢，下面就以該機(jī)型為藍(lán)本，論述幀同步機(jī)的技術(shù)應(yīng)用。 1. DPS575多功能數(shù)字/模擬音頻/視頻幀同步裝置的功能 * 12-Bit視頻編碼器/解碼器； * 多模式自適應(yīng)梳妝濾波解碼器； * Digiduplex支持雙向處理； * 視頻幀存儲(chǔ)器帶線性鍵控器； * 數(shù)字圖形發(fā)生器； * 內(nèi)置音頻測試信號(hào)發(fā)生器； * 可選的空間和時(shí)域數(shù)字降噪加數(shù)字帶寬濾波。 具有SDI輸入/輸出、模擬分量（CAV）輸入/輸出、S-Video輸入/輸出、復(fù)合輸入/輸出和RGS-S輸出。輸入信號(hào)源由前面板選擇，應(yīng)用上，類似于4種格式的4選1切換開關(guān)。 任何一種輸入格式，在其所有的輸出端子上都有對(duì)應(yīng)信號(hào)的輸出。比如，當(dāng)輸入選擇模擬復(fù)合信號(hào)時(shí)，在其SDI和模擬輸出端均有相應(yīng)的信號(hào)輸出，反之，當(dāng)輸入選擇SDI信號(hào)時(shí)也是如此。所以在應(yīng)用上，該幀同步機(jī)還具備了A/D和D/A的功能。 具有獨(dú)到的“DigiDuplex”功能。當(dāng)打開幀同步機(jī)的“DigiDuplex”后，該機(jī)所有模擬輸入端的信號(hào)，從數(shù)字輸出端輸出；同時(shí)，接在其數(shù)字輸入端的信號(hào)，則從模擬輸出端輸出。 但值得一提的是，在“DigiDuplex”工作方式時(shí)，只有模擬輸入信號(hào)才經(jīng)過機(jī)內(nèi)的幀同步處理電路（即圖中的“Synchronizer”）處理，而SDI信號(hào)則直接經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。而在正常工作方式（即關(guān)閉“DigiDuplex”功能）時(shí)，選擇任何一路格式的信號(hào)都要經(jīng)過幀同步電路處理。當(dāng)“DigiDuplex”功能打開時(shí)，音頻通路也具有視頻這樣的相似特性。 Audio指的就是SDI嵌入音頻。同樣的，當(dāng)在正常工作方式（即關(guān)閉“DigiDuplex”功能）時(shí)，選擇任何一路格式時(shí)，其音頻信號(hào)都要經(jīng)過幀同步電路處理。 四 終述 隨著數(shù)字技術(shù)和電視技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字器件和數(shù)字存儲(chǔ)器價(jià)格的大幅度下降，在新型幀同步機(jī)還附加了許多的功能如，可輸出多種測試信號(hào)。另外，也可以根據(jù)需要延時(shí)音頻信號(hào)，以與視頻同步；再者，除了帶有傳統(tǒng)的RS232控制接口