Вопрос 12. Синхронизация звука и изображения

1. Неотон (пилотон, неопилотон, рейнджер) – предназначен для синхронизации перфорированных и не перфорированных ленточных носителей с точки зрения одинаковой скорости.

Представляет собой нанесенные на носитель электрические метки, записанные на специальную дорожку с разной частотой.

2. Щелчковый код – звуковые отметки через равные промежутки времени. Используется в звуковом редакторе для монтажа музыки.

Необходимо устанавливать начала партии для каждого музыкального инструмента. На слух звучит как метроном.

3. АВК – адресно-временной код (ТК, SMPTE). Нет необходимости выставлять начальную точку отчета. Каждому часу, минуте, секунде, кадру и полю на одном носителе соответствуют те же характеристики на другом.

4. LTC – продольный временной код. Наносится на ленточные носители: либо на звуковую дорожку, либо на специальную дорожку обычным способом записи звука. В изображение вписывается физически, т.е. рабочая копия имеет синхронный код физически прописанный в звуковую дорожку и видеоряд.

Недостаток – в паузах срывается.

5. VITC – информация прописывается в межкадровую полосу видеоряда, т.е. физически в звуке и изображении код отсутствует. Для его работы необходим конвертер. В паузах не срывается, но должен писаться с кашетированным изображением.

6. MIDI Time Code (MTC) – SMPTE, но передаваемый по протоколу MIDI. В MTC принят такой же формат времени и частоты кадров, что и в SMPTE. Так как в стандарте MIDI передача происходит восьмибитными блоками, каждый кадр SMPTE разбивается на восемь частей: первые две несут информацию о часе, вторые – о секунде и т. д. Восемь блоков вместо необходимых четырех получаются потому, что, кроме собственно значений времени, как минимум половина данных приходится на сопроводительную информацию. По MTC еще передается кадровый формат временного кода (24, 25 и т. д.). Блоки данных MTC передаются четыре раза за кадр. Таким образом, на передачу всей информации об одном блоке SMPTE затрачивается время, равное двум кадрам. Соответственно, при преобразовании из SMPTE в MTC только половина кадров попадает в MIDI тайм-код.

7. Синхронизация по видео сигналу.

Вопрос 13. Синхронизация цифрового звукового оборудования

Цифровые устройства в отличие от аналоговых в нормальных условиях воспроизводят звук равномерно в разумных пределах. Это иногда помогает построить более дешевую и простую синхронизированную систему. Скорость воспроизведения цифровых магнитофонов зависит исключительно от частоты дискретизации, задаваемой внутренним или внешним тактовым генератором, а устройство подстраивается под эту частоту, чтобы вовремя выдавать данные. Так как изготовить два абсолютно одинаковых кристалла для такого генератора не представляется возможным, два независимых цифровых устройства всегда будут работать с разной скоростью, и хотя обычно это расхождение измеряется в худшем случае десятыми долями процента, о нем всегда нужно помнить.

Так как скорость цифрового магнитофона постоянна, то, в принципе, для синхронизации двух цифровых аппаратов можно обеспечить ведомому только информацию о старте воспроизведения (например, с помощью MTC), а дальше магнитофоны будут воспроизводить и записывать звук более-менее синхронно, и, несмотря на то, что их скорости отличаются, они постоянны, поэтому сильных расхождений не будет (но это справедливо только при записи и сведении на аналоговом пульте). Однако такой трюк проходит только в том случае, если место старта всегда одно и то же. Если вы вдруг решите начать воспроизведение с середины композиции, то из-за различия частот дискретизации, а, соответственно, и отношения внутренней временной сетки прибора к реальному времени, стартовые точки не совпадут, и дорожки одного магнитофона будут отставать.

В торой возможен с некоторыми компьютерными программами для записи звука (например, Samplitude). Так как программа самостоятельно не может управлять частотой дискретизации звуковой платы, то стартовая точка берется из приходящего MIDI тайм-кода, а скорость воспроизведения регулируется внутренним пересчетом частоты дискретизации. Допустим, скорость приходящего тайм-кода выше скорости, основанной на частоте внутреннего генератора звуковой платы (пусть номинальная частота в нашем случае будет 48 кГц), на 0,1 %. Чтобы уравнять скорость воспроизведения с задаваемой тайм-кодом, надо было бы поднять частоту дискретизации звуковой платы на 0,1%, то есть до 48048 Гц. Но так как это невозможно, программа поступает другим способом. Внутри себя программа объявляет, что выходящий поток цифрового звука имеет частоту дискретизации, равную этим самым 48048 Гц, затем этот поток пересчитывается в частоту 48000 Гц (так же, как можно пересчитать частоту дискретизации звукового файла из 48 кГц в 44,1 в любом звуковом редакторе), и уже вот этот пересчитанный поток подается на выход. Недостаток такого подхода состоит, прежде всего, в самом преобразовании частоты дискретизации, которое вносит заметные искажения в звук. Кроме того, также невозможна одновременная работа обоих синхронизируемых таким образом магнитофонов с цифровым пультом.

Если в одном из цифровых магнитофонов есть встроенный синхронизатор с SMPTE-интерфейсом, то есть аппарат может подстраивать свою скорость под входящий тайм-код путем варьирования частоты дискретизации, то можно подать SMPTE с ведущего магнитофона на ведомый, и последний будет работать синхронно с первым. При этом никакого преобразования частоты дискретизации не происходит, но мы опять-таки сталкиваемся с проблемами при работе с цифровым пультом. Дело в том, что любое цифровое устройство (в том числе и пульт) способно работать только на какой-нибудь одной частоте дискретизации. Она может задаваться внутренним генератором или входящими цифровыми сигналами. Обычно пользователь сам выбирает, из какого цифрового входа устройство должно брать рабочую частоту дискретизации (по-английски этот процесс называется "lock"). Если же на вход прибора подается цифровой сигнал с частотой, отличной от рабочей (даже на сотые доли процента), то через определенные промежутки времени в сигнале будут появляться пренеприятнейшие щелчки (если частота выше рабочей, то через некоторое количество отсчетов будут образовываться "лишние" семплы, которые отбрасываются прибором, в результате - щелчок; если частота ниже, то через какое-то время устройству будет недоставать приходящих семплов, и оно их добавит, результат - опять-таки щелчок). На некоторых приборах (например, на цифровых микшерных пультах) для избежания таких щелчков иногда используют так называемые асинхронные входы. Перед попаданием во внутреннюю шину устройства частота входящего цифрового сигнала принудительно пересчитывается на рабочую частоту прибора. Это позволяет избежать щелчков, но на качестве звука сказывается негативно.

Ведомый магнитофон, подстраивается под временной код, имеет частоту дискретизации очень близкую к таковой у ведущего, но все же не идентичную, поэтому щелчки при работе в цифре неизбежны. Проблемы могут возникать не только при работе с цифровым пультом, но и с другими приборами. Например, нужно загрузить дорожки с обоих магнитофонов в компьютер для редактирования. При любом из "неправильных" способов синхронизации одновременно записать все дорожки по цифре не получится, будут щелчки. А если вы запишете сначала с одного, а потом с другого магнитофона независимо, то при значительной разнице частот дискретизации (как, например, в первом случае) дорожки с одного магнитофона в компьютере будут воспроизводиться медленнее, чем с другого.

Для обеспечения правильной синхронизации двух цифровых устройств необходимо обеспечить абсолютную идентичность их частот дискретизации. Для этого придуман специальный интерфейс, названный Word Clock, с помощью которого от одного прибора к другому передаются только тактовые импульсы, без звуковой информации. В интерфейсе Word Clock используются разъемы BNC и 75-омный кабель (подходят хорошие видеокабели или кабели для SPDIF). В цифровой системе одно из устройств всегда является ведущим по цифровому клоку (clock master, прямой перевод слова "clock" на русский - "часы" - звучит несколько не по делу в данном случае, поэтому, в основном, говорят "клок"), а остальные являются ведомыми (clock slave). Ведущим лучше выбирать устройство, выдающее самый стабильный клок, соответственно, джиттер в системе будет минимальным (Джиттер возникает из-за нестабильности частоты дискретизации и что может дестабилизировать клок), еще лучше - специальный генератор (House Sync). Распределять Word Clock лучше не последовательно (от одного прибора к другому), а "звездой" - от ведущего (возможно, через специальный разветвитель) ко всем ведомым приборам.

На некоторых устройствах можно встретить интерфейс под названием Super Clock или Digidesign 256x Clock. Он был придуман фирмой Digidesign и использует такие же разъемы и кабели, что и обычный Word Clock, но тактовая частота, передаваемая по ним, составляет рабочую частоту, умноженную на 256 (для 44,1 кГц это 44,1 х 256 = 11,2896 МГц). Считается (по крайней мере, самой компанией Digidesign), что Super Clock из-за такой избыточной передачи более качественен и надежен, однако он не является стандартным и в основном встречается в изделиях этой фирмы.

Многие цифровые устройства (например, недорогие приборы обработки) не имеют входа Word Clock, но это не мешает использовать их в цифровых системах. Обычно эти приборы могут брать рабочую частоту со своих цифровых входов (AES/EBU, SPDIF или ADAT), таким образом обеспечивая корректную работу в цифровой цепи. Однако считается, что с точки зрения минимальности привносимого джиттера наилучшим является интерфейс Word Clock, похуже - обычный цифровой вход без звукового сигнала (то есть звук по этому интерфейсу не передается, одни нули), наихудшим решением считается совмещение источника клока с музыкальным сигналом в одном интерфейсе. Поэтому если есть возможность, лучше пользоваться Word Clock, да и проблем с перекоммутацией в таком случае будет заметно меньше.

Синхронизировать два цифровых устройства обычно бывает проще, во многих случаях можно обойтись без синхронизатора. Нужно только соединить ведущего с ведомым по Word Clock и MTC (или подобным им, типа Super Clock или Sony 9-pin), выставить соответствующие настройки в ведомом.