数字直播演播室同步信号的检测与故障排除..

技术论文

数字直播演播室同步信号的检测与故障排除

制作部特技组邝景雄靳晓雨

一、前言

根据09年广电总局的工作要求，本年度将继续以数字化为龙头，运用高新技术提升传统媒体，努力推进广播影视数字化、网络化、现代化，加快构建传输快捷、覆盖广泛、安全可靠的广播影视传播体系。

在广播电视数字化过程中，同时强调要进一步完善安全播出运行质量管理和保障体系，提高安全播出水平。而在保障安全播出的一系列检测指标中，信号的同步状态是影响技术质量的最重要指标之一，下面将以我台其中一个数字直播演播室为例，对同步信号的原理、检测和故障的产生及排除进行分析。

二、同步信号

数字直播演播室在直播前检查的视频技术指标一般有：信号的同步，视频信号的幅度、色度是否达标等。而对直播效果影响最大的当数信号的同步。如果信号不同步，在画面切换时将会产生抖动，台标不能叠加等。

1、同步概念

GYT数字分量演播室的同步基准信号Synchronizing reference signals for thecomponent digital studio发布实施，中华人民共和国广播电影电视行业标准国家广播电影电视总局发布本标准，规定了数字分量演播室及设备视频信号的同步方法。在电视节目制作和电视广播系统中、同步信号是系统的基准信号，它保证了信号切换时画面不出现滚动，跳动和彩色失真等现象。因此，它在电视节目制作和电视广播系统中是必不可少的。

2、同步方法

（1）、输入同步

输入同步是指数字分量演播室或设备由输入信号所同步。当同步至输入信号上时，设备必须从输入视频信号中获取时钟和定时基准信息。

（2）、输出同步

输出同步是指两个或更多信号源的同步。其输出信号需要独立基准的设备，或者使用符合GBT 17953的数字信号，需要这样基准的设备应备有模拟和数字信号供选择。

（3）、在实用中，为了能提供一个在规定容差内的基准信号，可能需要一个用于本地区的定时基准发生器或同步脉冲发生器。

（4）、对于全数字环境、可以采用符合GBT 17953的数字信号作为同步基准。

（5）、研究表明，为适合模拟数字相混合的环境、采用对建立时间和抖动容限稍加修改的模拟黑场信号可以保证系统的性能，具有灵活性和通用性。其中、色同步信号可加可不加。

（6）、不用具有较高恒定平均图像电平(APL)的基准信号，因为会引起在消隐期和信号其它部分之间APL变化所关联的性能下降。此外，也不用APL有变化的基准信号，如活动视频或被切换的测试信号，因为可能会对以此为基准的设备正在处理的视频信号造成干扰。信号幅度和极性同步脉冲幅度标称值为300mV。可选色同步信号峰-峰幅度标称值为300mV。同步脉冲的极性应为负极性。行同步脉冲建立时间行同步脉冲前沿(基准沿)的建立时间不应超过210ns，在10%和90%幅度值之间测量。抖动行同步脉冲各个前沿的定时在至少一场时间上应在前沿平均定时的±2.5ns范围之内。

（7）、阻抗基准信号应工作在75Ω阻抗下。接插件应符合标准的BNC型。

三、同步的检测方法

确定演播室的时基包括调整去往不同信号源的基准，使在他们到达公共点（例如制作交换器）时，其输出具有同样的时基。对于数字系统，确定时基一般仅需要接近即可，因为多数交换器能够容忍时基错误。对于模拟复合系统，时基可能需要在少部分副载波周期内进行匹配，以防止在信号源之间切换时发生色调位移。

下面以泰克WVR610A和WVR611A示波器为例，说明信号的同步检测。WVR610A和WVR611A支持确定演播室时基的多种方法和技术。所有这些方法都需要波形多功能监测仪的外部基准。

这些方法和技术是：

（1）用“Waveform Displays”（波形显示）比较水平时基和垂直时基。

（2）使用“Vector”（矢量）以便精确确定复合信号的时基。

（3）使用新的Tektronix “Timing”（时基）显示。

1、使用传统方法

使用传统方法确定演播室的时基：

（1）按EXT（外部）选择“External Reference”（外部基准）模式。

（2）将第一个输入应用到波形多功能监测仪的当前通道。

（3）按LINE（行）将当前区域置于行模式中，并选择适当的波形模式。

（4）使用HORIZONTAL（水平）旋钮将同步边沿或SAV脉冲置于中心。

（5）按MAG（放大）增加时基分辨率。

（6）选择其他区域并按FIELD（场）将区域置于场模式，并选择适当的波形模式。

（7）使用HORIZONTAL（水平）旋钮将垂直间隔置于中心。

（8）按MAG（放大）增加时基分辨率。

（9）在刻度基线出调整波形。

（10）应用一个需要与第一个输入进行时基匹配的输入。

（11）调整黑色发生器的时基配置，使该时基与所保存的基线匹配。

（12）对于任何其他需要进行匹配的信号，重复步骤（10）和（11）。

在此过程中，可以使用其它区域在复合信号上设置精确时基并检查彩色帧对齐情况。或者，可以使用其它两个区域显示行频和场频，而不必放大当前区域以显示严重时基误差信号的位置。

2、使用时基显示

WVR610A和WVR611A时基测量方法在其显示矩形的中间画一个十字准线。该十字代表基准信号的时基。输入信号被绘成一个圆圈。当两个信号同时发生时，十字准线和圆圈将被校准。

关于垂直延迟的行数和水平延迟的微秒数，也有延迟的数字读数。这些读数允许对两个信号之间的时基偏置进行精确测量。

对于两个模拟信号，两个信号何时一致的定义容易理解，但当基准是模拟复合信号而输入是串行数字信号时该定义则难以理解。

在数字输入情况下，关于哪种时基关系被认为具有“零时基偏置”并没有标准。SMPTE168

提供了一些用于垂直校准的指导，但水平校准没有说明。

为了定义时基显示，串行数字信号被转换为模拟信号，然后数字信号时基被调整为使结果模拟信号与基准信号一致。使用的串行道模拟转换器有大约3us的转换延迟。

数字输入和基准之间的时基关系也与波形模式兼容。即，如果您从内部基准更改到外部基准，显示的波形将不会移动位置。

使用时基显示确定演播室的时基：

（1）按EXT（外部）选择“External Reference”（外部基准）模式。

（2）将第一个输入应用于波形多功能监测仪的当前通道。

（3）按MEAS（测量）选择时基显示。

（4）调整黑色发生器的时基偏置，使时基与外部基准相匹配。

对于任何其他需要进行时基匹配的信号，重复步骤（4）。

注意：当您调整时基时，代表输入时基的圆圈可能偶尔发生跳跃。这是因为当信号偏移时，色帧检测电路可能暂时中断。跳跃通常是场时间的倍数。该圆圈将在大约一秒钟后回到正确的位置。

四、系统同步故障及排除

在电视台，为了使信号通道流畅，整个台共用同一同步信号源，所有设备均以此同步信号为标准进行调整。

在使用WVR610A和WVR611A检测信号时，与同步有关的一个报警信号是EDH信号。

广播电影电视行业标准中，在规定的可供附属数据应用的任意区域中，即除了已指配给

其他应用的数字行和场消隐期间的那些区域之外，可以插入一个或多个附属数据包。

附属数据包必须紧随在指明可应用区域开始的EAV或SAV定时基准信号之后。如果可应用区域的前三个字序列不是附属数据标志，则可以认为，不存在附属数据包，整个区域可应用于插入数据包。但一定不要重写定时基准信号。在可应用的区域中，附属数据包必须相互邻接。

附属数据包不应在表中列出的附属空间内传输，因为切换干扰可能会影响任何存在的附属数据。

取样频率行数标准受影响的附属数据空间

（MHz）

13.5 625 6/319行，字0~1439

7/320行，字1444~1723

18 625 6/319行，字0~1919

7/320行，字1924~2299

74.25 1125（1125/50/2：

1）

7/569行，字0~1919 8/570行，字1928/2635

和0~1919

EDH就是其中的一个数据包。

1、EDH概念

EDH(Err0r Detection and Hdndling)称为错误检测与处理信号。是由泰克公司Tektronix专为数字电视系统检错而开发的。其原理是将每一场数字信号进行循环冗余码(CRC)计算，包括两个计算值(也称误差校验字)。一个是全场数据校捡字；另－个是场有效图像数据校捡字。该校验字值用16比特表示。其计算方法采用CCITT(国际电报电话咨询委员会)的CRC生成多项式：

16比特校验字＝X16＋X12 ＋X6＋1

将这些数据插入场消隐辅助数据区第一场第5行内与视频信号一起传送。在接收端重新计算CRC值并与传送值进行比较，如有差异则说明传送过程中产生误码，以误差秒(即发生一个误差所经过的秒数)显示错误检测数据并告警，同时将一错误标志插入辅助数据中。下一级接收端检出此错误标志后便可得知前端已发生的某－类错误。

2、EDH报警及故障排除

以下图为例，说明EDH信号报警后如何排查同步故障。

数字直播演播室系统中，WVR611A检测输出信号的EDH一直处于无效或者报错状态，经过系统测试发现EDH位从第5行跳到了第7行，而第7行是切换行，说明同步信号相位相差2行，切换干扰可能会影响任何存在的附属数据，有极大的安全隐患。

通过调整同步机相位，数字直播演播室系统的主通道同步信号相位已经达到标准，EDH信号报警消失。但切换到应急通道时，EDH信号报警，说明系统主备通道相位不一样。通过对系统的信号源，切换台等进行相位调整，仍不能使主备通道相位达成一致。由于系统的信号源比较复杂，其中包括：演播室摄象机信号，录象机信号，非编系统信号，字幕机信号及卫星信号等。如果通过调整输入信号源相位来使主备通道相位接近的方法来解决的话，困难比较大，其中卫星信号由总控提供，每换一次卫星信号相位均需总控配合调整，比较麻烦，如果两场直播间隔时间很短的话，根本就没有时间调整相位。所以，根本的解决方法是在系统内部通过相应设备的相位调整，从而将主备通道相位调整一致。

通过测试发现2X1转换开关主备路切换时，PGM图像会发生垂直移位，初步怀疑是Microvideo的视频转换卡ESW201-S设置不对。

（1）2ESW201-S 介绍

ESW201-S是一个具有掉电继电器旁路的电子2X1连续数字视频转换卡。它简单方便的转换功能，替换了使用大的SDV路由器成本昂贵且有可能不能满足需求的情况。

此外，ESW201-S线形同步的特性，使得SDV输入端的信号能够和参考信号相匹配。而且这样也可以消除2路输入信号的不同。

使用外部参考信号确保了如果输入信号消失或者无效的时候，也能有一个稳定的输出。

ESW201-S同时满足PAL625和NTSC525两种SDV标准。

ESW201-S提供两个SDV输入（A和B），一个模拟参考输入（REF）以及一个SDV节目输出（PGM）和一个SDV辅助输出（AUX）。

两个SDV输入在进入各自的2行同步缓冲区和转换台之前都会被补偿和重新锁定，如下图所示：

图：ESW201-S功能模块图

转换发生在A&B输入和PGM输出之间。辅助输出是和PGM输出有效的相同信号，不过是由单独的输出电路输出。

ESW201-S的转换过程发生在垂直间隔中，详情请参看SMPTERP168。转换点发生在PAL625行SDV信号的第6/319行，NTSC525行SDV信号的10/273行。提供的2路输入是同时通过线性同步器，转换不会造成视频信号的中断。此功能允许直播中使用。

转换过程可以由外部GPI触点闭合控制，然而，ESW201-S紧急转换功能可以在A输入信号损失的情况下自动转换。在此模式下，如果A输入信号恢复，ESW201-S将自动转换回去。

发生电力故障时，主要信号通道由一个电源故障旁路中继。这确保了输入A到PGM输出是直通的。在这种情况下，辅助输出不再有效。

ESW201-S的典型应用是广播系统中主路和备路或者备用节目频道之间的切换。

ESW201-S不会产生EDH位或校验位。

（2）对ESW201-S进行测试

我们以其中的一个信号源CAM1的信号分别对主备通道在输出端进行测试。

测试信号cam1，切换台Phase：769 Horz：-39.4us

2x1不延时

Input A——REF 26.629us Delayed

Input B——REF 1.222us Delayed

Cam1——REF 1.185us Delayed

2x1Output 6.259us Delayed

视分8931 6.296us Delayed

延时状态

（3）问题解决方法

通过试验发现，调整REF延时量，当延时1/2行或者1行时，系统正常。

通过上图可以看出，外部参考信号确保了如果输入信号消失或者无效的时候，也能有一个稳定的输出。参考信号要在A，B前输入。由参考信号产生的同步信号，时序要位于A，B后。通过测试数据可以看出REF提前Input B 1.222us，提前Input A 26.629us。延时1/2行后，产生的同步信号比Input B延后30.778us，比Input A延后5.371us。延时1行后，产生的同步信号比Input B延后62.778us，比Input A延后37.371us。所以延时1/2或者1行后系统正常。

延时1/4行时，产生的同步信号位于A前。提前1/4或者1/2行时，同步信号位于A、B前。延时2行时，同步信号与A、B的时差超过了2行。所以系统出现异常。

将2x1的ESW201-S板设置为延时1/2行后，通过泰克WVR611A示波器检查系统，同步状态正常。

五、总结

对于2x1的ESW201-S板设置，因为参考信号不必和输入A或者B同时输入，它可以从其它的信号源经过一系列的变化而来。为了确保ESW201-S正常运转，必须调整好参考信号的延时量。SDV输出信号要按照参考信号在输出信号中重新插入同步字节，因此，如果参考信号的延时量调整不当，图像画面有可能会上下移动几行。这种情况一般发生在输入的参考信号场标志位和SDV输入信号场标志位不匹配的时候。参考信号应比输入信号早，延时后产生的同步信号要滞后于输入信号。

通过EDH信号的检测和调整，使我们了解到，虽然演播室系统数字化改造以后，很多设备对输入信号相位偏差的宽容度比模拟系统大了很多，但有些设备还是不具备相位调整的功能，所以在系统的检查中，一定要注意各种报错信号，细心分析，对各设备性能深入了解，才能排除安全隐患，为安全播出保驾护航。