时钟系统是电视台、融媒体中心、发射台、IP制播网、超高清播出系统的基础底层支撑,作用是给所有摄像机、调音台、Dante音频设备、编码器、切换台、服务器、发射机提供统一的时间基准与时序频率基准,杜绝画面不同步、音频相位抵消、帧错位、单频网发射偏移、播出日志时间错乱等问题。
现在主流分为两大类:传统基带硬接线时码系统、IP网络PTP(IEEE1588)时钟系统(适配ST2110、4K/8K全IP广电网络)。
一、广电对时钟的硬性要求
时间同步精度:传统SDI系统要求微秒级;IP超高清ST2110标准要求±400ns以内(纳秒级)。
频率同步:锁相稳定的10MHz基准,保证所有设备帧率(25/50fps)完全一致,不能出现跑帧、抖帧。
安全播出(最高优先级):必须双机热备、具备守时能力;国内现行规范优先采用北斗GNSS授时,减少GPS依赖,搭配铷原子钟/恒温晶振(OCXO)做无源守时,卫星信号丢失后可连续稳定工作数天。
全链路可溯源:所有时间溯源至UTC世界协调时,满足播出安全审计、故障回溯要求 。
二、整套系统架构(三层标准架构)
1、第一层:一级母钟
整套系统的时间源头,部署在播出机房时统室:
信号源:北斗+GPS双模GNSS接收机,天线架设室外开阔位置;
内部基准:内置铷原子钟(Rb Clock)或者高稳恒温晶振,卫星断连自主守时;
输出信号类型:
1)硬接口:1PPS(每秒脉冲,对齐时刻)、10MHz标准频率、IRIG-B(B码,广电最常用串行时码)、EBU LTC时码;
2)网络接口:NTP/SNTP(毫秒级,用于电脑、数据库、监测系统)、PTP IEEE1588v2(SMPTE 2059标准,纳秒级,IP制播专用)。
冗余方式:双主时钟互为热备,BMC最佳主时钟算法自动择优切换,无间断切源。
2、第二层:二级分配/边界时钟
包含时码分配器、PTP边界时钟交换机:
传统架构:B码分配器,把一路母钟信号分成几十路,通过同轴电缆分发给各个演播室、机房设备;
IP全IP架构:支持PTP的专业广电交换机(边界时钟BC),修正网线传输延时,逐级向下分发精准时间,解决普通交换机造成的同步抖动问题。
3、第三层:终端从时钟(所有业务设备)
演播室内全部设备都锁定统一时钟:
视频设备:摄像机、SDI矩阵、画面切换台、编码器、IP网关(ST2110设备);
音频设备:Dante网络音频处理器、调音台、AES67音频接口(全部依靠PTP做时钟同步);
后台设备:播出服务器、数据库、监播系统、发射机、调频/电视单频网同步激励器;可视化子钟:演播室墙上数字子钟,显示标准北京时间与时码码值。