Sincronizarea echipamentelor intr-un studio TV

Sincronizarea echipamentelor intr-un studio TV

1.1. Cuvantul de descriere a informatiei de timp (Time code)

Ampex a folosit o inregistrare longitudinala pentru informatia de timp (Time Code) cu frecventa de 2400 biti/sec. La o rata de 30 cadre/sec rezulta 80 de biti/cadru.

80 biti T 2­­⁸⁰ T10²⁴ combinatii ceea ce e mai mult decat suficient pentru inregistrarea pe banda a pozitiei exacte unde se afla capetele de redare. Pentru inregistrarea orelor, minutelor, secundelor si a semicadrelor avem nevoie de maxim 10⁶ sau 2²⁰. Pentru informatia de Time Code longitudinala sunt suficienti 26 biti pentru a inregistra pozitia cu o acuratete de 1 cadru (frame). Deci se pot inregistra si alte informatii suplimentare, permitand si o dezvoltare ulterioara.

Codurile ce se folosesc in general pentru transmiterea informatiilor digitale sunt NRZ, RZ si FSK.

Figura 8.1. Coduri ce se folosesc pentru transmiterea semnalelor digitale

RZ (Return to Zero) - informatia de tact ce poate extrage direct din semnal, nu necesita o transmitere separata a semnalului de tact. Dezavantajul ar fi determinat de transmiterea a trei nivele distincte.

NRZ (Non Return to Zero) - este mult mai robust decat RZ dar nu este posibila extragerea tactului.

FSK (Frequency Shift Keying) – necesita o banda de frecvente mult mai mare si nu este un cod nepolarizat.

FM- sau bi-phase mark code- este un cod ce permite extragerea informatiei de tact si este nepolarizat (nu are componenta continua). Acest cod se foloseste pentru inregistrarea informatiei de TC.

Avantajele acestui cod consta in

imunitatea la tranzitii parazite de mica valoare (tranzitiile de pe un nivel pe celalalt sunt foarte ferme);

informatia digitala care este data de sensul de crestere sau descrestere a semnalului;

informatia de tact care este continuta in semnalul (nu trebuie transmis un semnal repetat).

nivelul “0” (digital, Low) este reprezentat de absenta oricarei tranzitii la mijlocul spatiului dintre 2 tranzitii ale semnalului de tact.

nivelul “1” (logic, High) este reprezentat de prezenta unei tranzactii crescatoare sau descrescatoare.

Principala problema ce apare consta in faptul ca banda poate fi rulata cu viteza variabila. Decodoarele incorporate in echipamente trebuie sa ce permita citirea informatiei de TC precum si decodarea ei intr-un domeniu destul de larg al vitezei de derulare. Avantajul acestui cod bifazic de a avea o componenta continua ce variaza foarte putin, simplifica foarte mult complexitatea electronica a aparatelor. Abilitatea de a detecta fronturi drepte (acuratetea de pozitionare) implica o banda de frecventa care sa permita trecerea a cel putin armonicilor de ordinul al-III-lea a frecventei fundamentale. Exista astfel o relatie directa intre banda de frecvente a semnalului de TC si viteza minima de rulare a benzii pentru care inca se mai poate citi informatia de TC.

Modul de utilizare a bitilor

Marea capacitate de informatie ce poate fi inglobata in cei 80 de biti permite utilizatorului de TC inscrierea sub o forma digitala a informatiei, grupata in cuvinte de 4 biti. Aceste grupari binare sunt denumite uzual si biti utilizator. Ei pot fi utilizati in mai multe ramuri cum ar fi identificarea semnalului de lipituri, data calendaristica, un cont al clientului, etc. Limitarea depinde de ingeniozitatea utilizatorului. Au fost incercari in care spatiul disponibil a fost ocupat de informatii referitoare la numarul de autori, numele lor, cate scene sunt in film, etc.

1.2. Forma cuvantului de TC longitudinal LTC

Atunci cand o inregistrare video/audio incepe, codul este inregistrat continuu. Fiecare cuvant de cod incepe la fontul tactului, imediat dupa primul bit. Spatiul dintre biti este uniform si sunt in numar de 8/frame. Rezulta deci urmatoarele rate

1920 biti/sec. pentru aplicatii 24 f_ps

2400 biti/sec. pentru aplicatii 30 f_ps

Au aparut urmatoarele standarde:

1994 – apare standardul EBU N12 - din IEC

1987 – standardul BS 6865 1987 – in UK

1994 – standardul SMPTE 12M

1994 apar primele specificatii pentru HDTV

Aranjarea informatiei in cuvantul de cod inregistrat longitudinal pentru informatia de timp (LTC)

8-octeti – date + 2 octeti – sincronizare = 10 octeti

(64 biti)   (18 biti) (80 biti numerotati de la 0-79)

26 de biti sunt utilizati pentru a contoriza timpul din cadrul curent.

Aceasta informatie este distribuita pe toata lungimea intregului cuvant. Fiecare octet de date este impartit in doua parti de 4 biti – in prima parte se afla 2, 3, sau 4 biti despre informatia de timp, iar urmatorii 4 biti sunt pentru date utilizator. Octetii 2, 4, 6, 8 contin informatii aditionale in prima parte a fiecarui octet. Aceste informatii difera intre cele doua sisteme de TV 525/60 si 625/50.

Octetul :

1 – unitatile pentru cadre

2 – zecile de cadre

3 – unitatile de secunde

4 – zecile de secunde

5 – unitatile pentru minute

6 – zecile de minute

7 – unitatile pentru ore

8 – zecile de ore

9 - sincronizare

10 – sincronizare

Avantajele gruparii informatiei in octeti si plasarea informatiei utilizator in partea a doua a octetului permite o usoara implementare si un bun control al datelor de timp, simplificand foarte mult editorul precum si munca utilizatorului ce realizeaza post-productia.

Bitul 11 specifica relatia intre informatia de TC si faza purtatoarei de crominanta.

O problema importanta ce trebuia rezolvata a fost indicarea sensului de deplasare al benzii, pentru a stii in ce sens trebuie interpretati bitii din cuvantul LTC. Pentru rezolvarea acestei probleme s-a ales un cuvant de sincronizare asimetric care sa permita evidentierea sensului de deplasare a benzii.

Figura 8.2. a) Deplasarea inainte a benzii b) Deplasarea inapoi a benzii

La deplasarea intr-un sens exista o anumita succesiune a bitilor cuvantului de sincronizare, iar la schimbarea sensului vom avea o alta succesiune. In acest mod simplu prin folosirea unui cuvant de sincronizare asimetric se poate detecta sensul de deplasare al benzii.

Figura 8.3. Momentul inceperii cuvantului LTC

Sunt impuse anumite restrangeri asupra momentului inceperii cuvantului LTC pentru a avea o cat mai buna sincronizare. A fost impusa o limitare a intervalului in care poate incepe cuvantul la maxim 2-3 linii de la inceputul semicadrelor impare pentru standardul 625/50.

1.3. Transmiterea informatiei de timp pe impulsurile de sincronizare pe verticala - VITC

1.3.1.          Necesitatea introducerii informatiei de Time Code pe linia Tv

LTC-ul are cateva neajunsuri cand este folosit la editarea de videocasete. Cea mai importanta dintre acestea ar fi imposibilitatea de a citi atunci cand caseta stationeaza sau cand este in modul de rulare cadru cu cadru pentru gasirea punctul exact de editare.

Dintr-un cadru sunt cateva linii care nu se folosesc si este deci posibil sa le utilizam pentru transmisia informatiei TC. Unele mai sunt folosite si pentru alte genuri de informatii cum ar fi cele de teletext, semnale de test si de crominanta. Oricum mai raman linii ce pot fi utilizate pentru transportul informatiei de TC, dar trebuie cu grija alese. O line activa are durata de aproximativ 52 ms in ambele standarde 625/50 si 525/60 si este posibil sa incorporam 90 biti de code in una sau mai multe din aceste linii fara a creste banda de frecventa utilizata.

Figura 8.4. Cuvantul de cod de 90 de biti poate folosi intreaga durata a liniei active TV           

1.3.2.          Forma cuvantului VITC

Cuvantul VITC este de 90 de biti (0 89). Este format din 8 octeti pentru informatia timp si date utilizator, fiecare octet (inclusiv primul) incepand cu o pereche de impulsuri de sincronizare. Acesta este inscriptionat in intervalul de sincronizare pe verticala pentru fiecare semicadru cu o margine de cateva linii fata de cadru activ. Intre sistemele 625/50 si 525/60 exista mari diferente in comparatie cu varianta longitudinala de inregistrare a informatiei de TC. In mod obisnuit informatia VITC este repetata de doua ori in fiecare componenta pentru a asigura o protectie la drop-out-uri. Stiind ca un drop-out poate avea o durata mai mare decat durata unei linii, VITC este inregistrat in mod uzual pe 2  linii neadiacente cu o linie libera intre ele. Nu este standardizata linia pe care se scrie. Dezvoltarea tehnicii de lucru cu TC a impus permiterea inregistrarii de mai multe informatii, astfel se foloseste in mod curent 1 linie pentru fiecare semicadru iar VITC se poate repeta in bloc de mai multe ori pe linii consecutive. Prin inscrierea VITC-ului pe fiecare semicadru s-a reusit detectarea la nivel de semicadru a pozitiei unde ne aflam.

Fiecare cuvant VITC de 8 octeti de informatie despre timp si control contine un octet pentru corectia erorilor. Fiecare octet este precedat de 2 biti de sincronizare.

Pentru versiunea VITC nu avem nevoie de un cod care sa permita extragerea informatiei de tact, deoarece capetele video au o viteza constanta indiferent de viteza de deplasare a benzii. Codul folosit nu va mai fi bifazic ci NRZ. Aici nu mai este nevoie de cuvant de sincronizare, deoarece exista un sincronism intre capetele de citire si durata campurilor si a liniilor. Capetele se rotesc in aceeasi directie si deci nu va fi nevoie sa indicam sensul in care are loc deplasarea.

“1” logic este reprezentat de un nivel substantial mai mare decat nivelul de negru (exista diferente de nivel intre sistemele 625/50 si 525/60).

“0” logic este nivelul de negru .

Figura 8.5. Forma semnalului VITC – pentru standardul 625/50

Cuvantul de cod VITC ocupa aproximativ 50ms dintr-o linie video activa, obtinandu-se astfel o rata de date de 1.8Mb/s.

Daca bitii folositi sunt “0” secventa de 1 si 0, avem o frecventa fundamentala de 0.9 MHz. Pentru a pastra fronturile tranzitiilor cit mai bune este necesar ca si a treia armonica sa fie prezenta. Deci vom avea nevoie de o banda de frecventa de cel putin 2.7 MHz. Aparatele video casnice, nu suporta in general o asemenea frecventa. In ambele sisteme 625/50 si 525/60 pozitia informatiei de timp cea utilizator se pastreaza, difera doar semnificatia bitilor de “flag”.

Informatia redundanta de verificare este necesara deoarece pe videocasete pot aparea drop-out-uri. De aceea o simpla verificare a paritatii nu este suficienta. In plus, cum nu este necesara nici sincronizarea cuvantului, au fost introdusi 8 biti pentru protectie la erori sub forma unui octet de verificare ce realizeaza o codare ciclica redundanta. Polinomul generator este G(x)=X⁸+1. Aici nu au loc corectii de eroare ale cuvantului de TC fiind transmis de mai mult ori pe durata unui cadru, existand astfel o buna probabilitate ca aceasta sa fie citit fara erori.

1.3.3.          Detalii despre VITC 625/50

Pozitia intr-un semicadru

In versiunea 625/50, cuvantul VITC este plasat in intervalul liniilor 6-22 si 319-335. Exista urmatoarele constrangeri

pentru sistemul SECAM- linia (7 15,320 328) sunt ocupate de semnale de identificare campurilor;

nu este bine sa fie chiar pe margini deoarece ar putea ajunge in zona unde are loc comutarea capetelor video;

nu pot fi plaste pe liniile din margine ce contin informatia pentru “dynamic tracking” - DT sau AST.

uneori liniile 17 si 18 se folosesc pentru transmiterea semnal de tact.

In practica cuvantul VITC este plasat pe liniile 19 si 21 pentru sistemul 625/50, iar cele mai multe generatoare si cititoare de VITC setate ca valori implicite aceste linii .

Pozitia in linie

Cuvantul VITC ocupa 49.665ms si este generat pornind de la multiplicarea frecventei liniilor cu 115 T 115 x F_h ± 2% biti/sec.

In general, datorita inertiilor mecanice ce exista la magnetoscoape semnalul video sufera alterari cum ar fi-modificarea duratei liniilor, cadrelor, fluctuatii ale acestora.

Erorile temporale pot fi corectate de un TBC, iar impulsurile de sincronizare se pot inlocuii cu un nou semnal de sincronizare de mare precizie generat de TBC.

Figura 8.6. Refacerea semnalului VITC dupa corectia semnalului video cu un TBC

Inlocuirea semnalului de sincronizare va determina pierderea informatiei de TC si de aceea avem nevoie de un regenerator de VITC, care sa regenereze codul aprioric corectiei de timp. O data regenerat el va fi inserat dupa ce semnalul video a fost corectat de catre un corector al erorilor temporale (Time Base Corrector).

1.4. Utilizarea informatiei de pozitionare pe banda in practica

Atunci cand se lucreaza cu TC trebuie avute in vedere urmatoarele probleme ce pot sa apara:

intre cablurile de conexiune

Diafonia si interferente   

intre pistele pe care se inregistreaza informatia de TC

Distorsionarea formei semnalului de TC

In TBC-uri se prelucreaza numai semnalul video nu si informatia de TC.

Variatia nivelelor semnalului de TC poate fi foarte mare de la un echipament la altul.

Figura 8.7 Ordinograma ajustarii intarzierilor

Respectand ordinograma din figura 8.7. se pot reface unele intarzieri. Pentru aceasta este nevoie sa existe un semnal de referinta extern.

Figura 8.8.

a) Varianta economica de sincronizare prin folosirea unui singur generator de TC si legarea in bucla a echipamentelor

b) Legarea in paralel a echipamentelor la un generator de semnale de sincronizare si la   un generator de TC

Se poate folosii in practica o varianta simpla cu un generator de semnal de TC si o legare in cascada a echipamentelor pe baza relatie “master - slave” ce poate exista intre ele. Dezavantajul acestei metode este faptul ca trecerea semnalului dintr-un echipament in altul determina aparitia unor intarzieri. De aceea se recomanda folosirea celei de a doua metode, mai complexe, dar si mult mai precisa ce presupune o distribuire in paralel a unui semnal general de sincronizare la toate echipamentele precum si transmiterea tot paralel a semnalului de TC (figura 8.8).