簡述同步信號和時間碼

文/[美]布倫特·胡佛 編譯/何青青

簡述同步信號和時間碼

文/[美]布倫特·胡佛 編譯/何青青

介紹同步信號和時間碼的概念、原理與使用等基礎知識。

時間碼；同步信號；SMPTE；MTC

什么是時間碼?

時間碼是和一段視頻或者與音頻一起錄制的一種簡單的“時間”記錄方式。比如：歌曲開始于0秒，而鈸在2分53秒敲擊。信號隨即就和音視頻媒體一起存儲起來，當信號從一臺設備轉(zhuǎn)移到另一臺設備時，時間碼保持不變。

最普遍的時間碼格式是SMPTE。它最早的開發(fā)目的是為電影做聲音的同步，此后用于音視頻。

另一種常用的時間碼格式就是Midi Time Code（MTC）。

同步信號如何工作?

想象一下在這個世界上你和你的朋友兩人只有兩只表，除了你自己這只，沒有其他時間參考標準。一天稍晚些的時候，你需要準時開會。沒有一只表是絕對準確的——可能你的那只稍微慢了點，你朋友那只又稍微快了些。 結(jié)果一天下來這兩只表的時間差為10 s。

你的表慢10 s也許生活中沒問題，但對打擊樂器鈸來說就太糟糕了。音頻中，甚至瞬間的延時都會出現(xiàn)重音現(xiàn)象（doubled vocals）。

第二天，為避免這種時間差，你選一人作為“主人”，選另一個作為“從屬”?！爸魅恕贝螂娫捊o“從屬”，每過幾秒就說明具體時間，這樣從屬者就可以重新將自己的手表設置成跟“主人”的同步。雖然，這種方式對于人類來說也許比較麻煩，但對于設備卻很有用。

同樣，每一個時間碼裝置都必須選定某一臺設備作為主設備（只能是一臺），選定一些設備為輔助設備。通常設備的限制性決定了哪一臺設備為主，哪些為輔。比如，模擬的多聲道往往不會作為輔助設備使用，因為它們中很多都不能追尋時間碼。

如何使用時間碼?

筆者提供兩種使用時間碼的情況，一種用于音頻同步，一種用于視頻同步。

只有音頻的情況——SMPTE時間碼經(jīng)常用于音頻設備，用于同步自動縮混或者將音序器同步到一臺模擬多軌錄音機?；旌锨鞍碨MPTE要求在磁帶某些點上做標記。

這就意味著時間碼是作為一種音頻信號在磁帶上的一軌被錄制的。通常使用外磁軌以減少串音。很多設備都有時間碼的功能，典型的做法就是將唱機的輸出端口接入調(diào)音臺面板。（如MOTU MicroExpress和Emagic Unitor8等設備。）

像任何其他音源一樣，時間以實時方式記錄，設置適當?shù)碾娖街?，不加EQ。

音頻設備的幀頻一般為30 fps（幀/秒），因為這樣正好跟實時匹配。

許多MIDI設備專為音頻設備設計，使用30 fps進行讀寫。（不使用30 fps時可查閱下面“視頻同步”部分。）這類SMPTE叫作LTC（用于線性或者縱向時間碼）。

時間碼是線性的，同樣磁帶也是線性的——這就如同音頻，如果磁帶停止播放，就不會產(chǎn)生時間碼，就像沒有了音頻信號一樣。SMPTE的另一種類型VITC不能用于音頻，因為它不能在音頻聲道上錄制。

鍵盤部分等可以在音序器里或調(diào)音臺上被記錄并進行自動縮混（如果調(diào)音臺本身支持自動縮混）。記錄之后時間碼被轉(zhuǎn)化成MIDI格式的時間碼（MTC）。（SMPTE可以通過不同的接口轉(zhuǎn)成MTC格式。）

時間碼允許模擬多聲道作為主機。而多聲道必須是主機，因其最不穩(wěn)定。由于是機械設備，因此容易“抖晃”（速度有些小的變化）。磁帶播放時，這些變化往往察覺不到，但是隨著時間的推移會導致音序器漂移脫離同步。

比如，第一次播放混音節(jié)目時，大鼓和鈸之間的間隔是0.98 s，第二次播放時就變成了1.01 s。這兩種情況下，時間碼只允許節(jié)目從0開始，23 s，22幀。（當然沒有視頻也要用到幀）。因此，鈸敲下之前就沒聲了。

要注意的是，盡管數(shù)字調(diào)音臺不易受漂移影響，但是時間碼仍然用于將它們跟其他設備同步。要同步多路相同的設備比如ADAT或DA-88，可以經(jīng)常使用一種專用的同步方式，那樣便于設置。

視頻同步——這種情況時間碼選擇變得更有意思，因為我們有好幾種SMPTE時間碼類型。

最簡單的視頻同步方法的使用類似上文提到的音頻設備同步：VHS錄像機將LTC時間碼錄在其中一軌音頻聲道上（作為主機）。

被同步的設備（輔助機）讀取該時間碼然后追尋它。棘手的是需要決定選用哪種類型的SMPTE。

若使用30 fps（幀/秒）的SMPTE，一秒對應一秒。那么NTSC彩色視頻在30 fps時不會運行，而是在29.97 fps時運行。為什么視頻會這樣呢？

這要從視頻說起：它就像人的生命，黑白兩色時很簡單。但介入顏色后，它們就會以0.03幀的間隔來填補顏色信息。

當幀頻為29.97 fps時，第二個節(jié)目不再是第二個節(jié)目，而是延長了。而這對電視從業(yè)者的影響很大。所以他們采取了“丟幀”的方法。

這就意味著必須丟掉幾幀才能使SMPTE時間與實際時間相匹配。

所以，SMPTE的幀頻就有30 fps，29.97“丟幀”和29.97“無丟幀”三個速率。事實上，所有這些問題的關鍵是需要一種可以處理所有不同幀頻的工具，而且必須準確知道所使用的需要同步的視頻幀頻是多少。

很多MIDI設備提供SMPTE，但是很少會提供所有必須的幀頻。其他SMPTE幀頻包括用于電影的24 fps以及用于PAL/SECAM視頻的25 fps EBU時間碼格式。

因此，需要一種像MOTU數(shù)字時間碼的設備，可以處理幀頻的范圍。如果同步到一個音序器程序或者多聲道軟件，那么軟件可能會處理同步問題。

一臺能處理所有幀頻的硬件就是DA-88八軌數(shù)字錄音機，通過加載一張SY-88卡；另外還可以選擇MOTU Midi Time Piece AV或DA-78HR。

膠片電影會如何?

處理視頻同步最后一個非常重要的細節(jié)來自電影。大多數(shù)專業(yè)的電影仍然用膠片播放。但當電影進行后期制作時，它通常被轉(zhuǎn)換成視頻格式。正如前文提到的那樣，電影的幀頻為24 fps，視頻則為29.97 fps。所以轉(zhuǎn)換時，電影的幀頻必須“延伸”到跟視頻相同。

為了能夠匹配，音頻必須也要延伸。這種延伸叫作“下拉”（pull-down）格式，它將音頻的長度增加了0.01%（當然音調(diào)會相應地降低）。

所以，當使用錄像磁帶時，必須使用pull-down格式的音頻以便能跟視頻保持同步。任何添加的音頻（如音樂或者來自DAT的音頻），也同樣要求pull-down格式。

當音頻被轉(zhuǎn)換回電影時，如果音頻格式已經(jīng)下拉過，就不能再下拉，或者接收到已經(jīng)下拉的音頻后可以將它“上拖”（pull-up）。如果遇到這種不尋常的情況，就需要軟件或者硬件來處理同步。

（本文編譯自 www.prosoundweb.com網(wǎng)站《Synchronization and Timecode Basics》一文。）

（編輯 張 翔）

Synchronization and Timecode Basics

Original/[USA]Brent Hoover Translate/HE Qing-qing

The paper introduced the concept, principle and use of synchronization and timecode.

timecode; synchronization; SMPTE；MTC

10.3969/j.issn.1674-8239.2010.11.007