帧同步机工作原理及其新技术应用

帧同步机工作原理及其新技术应用

2005-4-18

【摘要】本文从应用角度论述了帧同步机的作用、工作原理以及帧同步机的应用方式，并对新型帧同步机的技术亮点进行详尽介绍。

【关键词】同步帧同步机数字模拟

帧同步机在电视台的应用现在越来越普遍。帧同步机也称帧同步器（Frame Synchronzier），简称FS。它是一种可将某一路与系统不同步的电视信号使之能与系统同步工作的数字设备，通俗讲，是一种同步变换设备。

一．为什么要用帧同步机

在电视直播和播出系统中，各路信号之间存在着“同步”与“不同步”情况，所谓“不同步”有下列两种情形：

（1）两个信号的同步信号时基（频率与相位）或扫描速率不相同，如两路由互不相干的同步机同步的信号源，它们之间的行同步（H）、场同步（V）、彩色副载波（SC）、PAL 识别脉冲（P）以及色同步门脉冲（K）完全是随机的关系，换句话说，这几种有关同步的信息脉冲之间是不同步的。图1示例中，在本地的演播室视频信号、录像机视频信号、硬盘信号等由于由本地同步机同步信号锁定，而转播信号则由转播车上的同步机信号锁定，卫星信号则由卫星信号源端的同步信号锁定，故它们三者之间的H、V、SC、K、P之间是随机的关系，不存在同步关系，就属于这种情况。这是一种外来信号源与本地信号源之间不同步的情况。

图1

（2）两路信号源虽然都锁相于同一部同步机，但由于它们的传输路径或传输路径不同，引入到达切换点的时间不一致。事实上，在实际的系统中，可能由于某些演播室地理位置离播出系统较远，尽管演播室信号同样锁定于本地同步机，但视频信号经长距离传输后到达切换台时，与其它的信号源，如录像机等信号时间关系不一致，就属于这种本地信号源之间不同步的情况。

众所周知，对两路不同步的信号源进行切换时，其输出信号会引起彩色失真，严重的话，则会引起图像跳动。

对于第一种“不同步”情况，使用帧同步机是最好的解决方案，以往在无帧同步机的情况下，采用了一种“台从锁相”的方式，即用外来的信号源去锁定本地的同步机，以达到本地信号源与外来信号源的同步，但这是一种不得已的方法，因为如果互相之间不同步的外来信号源多于1路时，使用这种方法就很别扭了，现在已不用这种方式了。现在都采用如图2方式，将卫星信号源和转播信号经帧同步机处理后送到切换台，帧同步机锁定于本地的同步机。

对于第二种“不同步”情况，多数情况下并不一定需要帧同步机，一般从系统安装和调试工艺上着眼，除非的确无法解决时，也需要采用帧同步机。

二．帧同步机的内部工作原理

帧同步机主要由大容量的数字存储器、写入与读出发生器和控制器等构成。模拟输入/输出帧同步机的基本原理框图如图3所示。输入的视频信号经A/D变换后，样值数据逐个存入数字存储器，各个样值的数据放在存储器的哪一单元则是由写入地址进行控制的。该地址每经一帧（或一场）循环一次，所以存储器中的数据每帧（或每场）更新一次，把已存入的数据置换成下一帧（或下一场）新的数据，这是帧同步机的写入过程。“写入”地址脉冲同步信息是与输入的信号源的同步信息一致的。

在一帧（或一场）视频数据写入后，由锁定于本地基准同步脉冲的读出地址依次读出视频数据，经A/D变换后，获得与本地基准同步信号同步的，而与输入信号源在时间关系上无关的模拟视频信号。

典型模拟输入/输出的帧同步机的内部工作原理如图4。输入的模拟视频信号经截止频率为5.5MHz（实际上我国由于采用PAL-D制式，应在帧同步机中采用6MHz，但国外厂家仍多采用低于5.5MHz的参数）前置低通滤波器后送到A/D转换器。同时输入的视频信号还经色同步控制振荡器（BCO）产生锁定于输入信号色同步的13.5MHz的信号，该信号送到A/D 转换器，按照ITU601标准，以13.5MHz为取样频率，10比特量化（早期也有用8比特）对送到A/D转换器的模拟视频信号进行数字化，以获得数字视频样值数据。同时该13.5MHz

的信号还加到写入地址发生器产主定入时钟脉冲。同时送入的模拟视频信号还经同步分离获得的行同步信号送到相位调制器，以产生每帧（或每场）正确定时的清零脉冲，经相位调制后供给写入清零脉冲发生器。写入清零脉冲是决定地址基准点即零号地址的定时脉冲，即它承担把写入地址发生器内的地址计数器每隔一帧（或一场）清零一次的任务。写入地址发生器由以产生写入时钟的地址计数器及外围电路构成，把计数器输出作为地址来使用，将一帧（或一场）的数字视频信号的各样值写入到存储器预定的位置中。读出时，由基准同步信号经同步信号再生器及副载波移相器分别进行相位控制后加到读清零脉冲发生器与BCO，再由它们产生的读出清零脉冲和13.5MHz读出时钟脉冲来控制读出地址发生器，以产生读出地址。读出的为数字视频样值经D/A转换器恢复成模拟信号，最后在视频处理器中混入消隐、色同步和同步信号后输出复合全电视信号。

其它输入/输出接口的帧同步机工作方式与此相仿。

三．帧同步机典型应用方式

帧同步机的应用根据使用场合和投入可以采用不同的形式。

图5中，将所有外来的信号源都通过帧同步机接入切换台，所有帧同步机和本地信号源都同步于本地同步机的同步信号。这种应用方式最简捷，当外来信号源较好时，所需的帧同