浅析帧同步机的原理和应用

浅析帧同步机的原理和应用

摘要：本文主要讲述了中心系统的同步定时问题和帧同步机的原理、技术特点和应用关键词：同步定时帧同步

以前我台播出机房的信号源比较单一，以放像机的信号源为主，用于播出的外来信号只有一路，如转播中央台新闻。对于机房内部信号源的同步问题比较简单，只要同步机的黑场信号锁定放像机的信号源，就能达到信号源之间的同步。对于一路外来信号源的同步可用"台从锁相"解决，所谓"台从锁相"是让本台同步机的振荡频率和相位跟踪外地同步信号的一种锁相方式，即让外地信号锁定机房内同步机。

随着广播电视事业的发展，电视节目日益丰富，信号源也呈多样化，有机房内的信号也有多个外来信号。如直播体育赛事时，就需一路外来微波信号。有两路以上外来信号时，系统同步就成了问题，不可能再用台从锁相方式来解决同步，因为台从锁相只能用一路外来信号进行锁相，而另一路外来信号无法进行锁相，这时采用帧同步机是解决外来信号同步问题的最好方法，它不但可调延时量，而且可调超前量，是处理外来信号定时关系最为灵活的设备。帧同步机的原理类似于录像机中的时基校正器，但它的校正范围超过录像机中时基校正器的范围，如录像机的校正范围是十几行，而帧同步机是几场。

为什么要进行时基校正呢?我们知道录像机是一种磁带记录设备，从磁带上重放的信号不可避免地会产生时基误差。因为在录像机中，视频信号的记录过程是将随时间变化的电信号变换成随空间(沿磁迹方向上)变化的磁信号，重放时的过程与之相反。这种电磁转换过程是通过磁头与磁带的相对运动来实现的。若记录和重放时头带相对速度不一致，就会造成在一定时间内记录的信号不能在相同的时间里重放出来，于是产生了时基误差。它的存在对电视信号来说是非常不利的，严重时会造成信号的不同步，如台标没法加上去，它也会影响重放图像的质量。这时就需要时基校正器对信号进行校正，从而恢复原有的相位关系，成为时基稳定的信号。

对于外来信号，由于其时基误差比较大，必须经过帧同步机进行校正。

其原理如图1可见，它利用存储器将外来信号进行模数转换以数字信号写入帧存储器，然后以中心机房同步信号及彩色副载波信号的基准，逐步从存储器内读出，然后再进行数模转换，变成模拟的视频信号输出。

帧同步机由Ａ／Ｄ变换和Ｄ／Ａ变换，写入时钟发生器，读出时钟发生器以及存储部分几部分组成。未校正的重放视频信号经输入处理和Ａ／Ｄ变换后，成为数字信号，在写入时钟控制下被依次读出，经D／Ａ变换后成为模拟信号。其中，写入时钟锁定于离带基准信号(色同步或行同步)，因此与重放信号具有相同的时基抖动。在写入时钟控制下，数据存入存储器的节拍也和时基的节拍一致。

由于写入时钟相对于每行写入信号的相位，即取样点的相对相位是不变的。在读出端，读出时间锁定于基准信号，因此从存储器中读出的数据是稳定的、周期均匀的，不再有时基抖动。相当于给含有时基误差不同的信号以不同的延时，时基超前的信号多延时一些，时基滞后的信号少延时一些，使最后得到的信号与基准信号的时基一致。

其中，写入时钟发生器的作用是为时基校正器提供写入定时信号，包括Ａ／Ｄ转换用的取样脉冲和存储器用的写入时钟、写入开始脉冲等。写入时钟必须与重放信号严格同步，即必须精确跟踪重放信号的时基变化，跟踪的精度越高，它的校正精度也越高。从重放信号中提取定时脉冲，它反映重放信号的时基变化，然后根据这个定时脉冲导出写入时钟。

存储系统包括存储器和存储控制两部分，是帧同步机的核心。存储器用来存储数据，存储控制为数据按一定规律写入和读出提供逻辑选择控制。

帧同步机中采用的存储器通常为移位寄存器(SAM)和随机存取存储器(RAM)。

存储控制包括写入、读出和过载控制。写入和读出电路的作用是使数据按正确的地址写

入和读出。

存储器工作时，先由写入时钟将数字视频信号顺序存入存储器，经过一段时间后，再由读时钟读出。由于输入的图像信号有时基误差，所以写时钟的速度和读时钟的速度不一样。如果写入比读出快，则写时钟会追上读时钟，这时会发生旧的数据还未取出，新的数据又要存入的现象，称为写过载。如果写入比读出慢，则读时钟会追上写时钟，这时会发生新数据还未写入，读时钟又把旧的数据读一遍的错误，这称为读过载。过载现象会破坏帧同步机的正常工作，造成图像的闪烁或撕裂现象，这是不允许的，因此由过载电路来对其进行检测和控制。

同时，失落补偿也在帧同步机中进行。它利用电视信号的行间相关性。失落补偿也分为RAM失落补偿和SAM失落补偿两种。RAM失落补偿是以上一行(或两行)无失落的信息填补到本行对应的失落点上，达到失落补偿的目的。SAM式失落补偿中，采用一行或两行的延时移位寄存器，利用其延时作用进行补偿。

帧同步机能处理多种信号，如Ｓ－Ｖｉｄｅｏ，模拟分量、复合信号、ＡＥＳ／ＥＢＵＤＩＧＩＴＡＬＩ／Ｏ和ＳＤＩ信号等，可以模拟输入、数字输出，它是向数字化过渡的理想产品。高级一点的帧同步机还能处理音频信号，解决声音的时延问题。下面以帧同步机DPS470为例介绍一下它的性能及应用。

帧同步机的性能、特点有：

1)信号处理：是复合信号经８ｂｉｔ量化，带宽为7.73ＭＨｚ

2)同步窗口：可为8场或4场或2场(可任选)

3)增益误差：小于2%，调制后为1V峰－峰值信号

4)相位误差：小于2°

５）频率响应：当为同步模式时，０～５.５ＭＨｚ＋／－0.5ｄＢ当为ＴＢＣ模式时，０～３.３ＭＨｚ＋0.5／－３ｄＢ

6)K因子：同步模式为1%；ＴＣＢ模式为3%

7)信噪比：加权后可为58ｄＢ

它在系统的简图如下：

由图2可见：视频部分主要处理中央台信号；音频部分可处理两路信号，一路是中央台的信号，另一路是新闻的微波信号，输入输出一一对应；同步信号由同步机产生的黑场信号进行锁相。由于处理新闻微波信号的帧同步机只有视频功能，没有音频功能，所以用它既可处理本身中央台的视音信号，又可处理一路外来的新闻微波音频信号，使两路视频信号同步的同时，音频信号也得到了校正，使信号的图像与口形同步。

它是菜单式操作，数字调节，简单方便。能对以下参数进行实时处理：可调节亮度、黑场和色度的电平幅度大小，副载波、行相位的相位调整。调节完可对调好的系数进行存贮(Ｓｔｏｒｅ），也可恢复（Ｒｅｃａｌｌ）先前参数设置。此功能在记忆（ＭＥＭ）菜单内实现。可遥控也可本机操作，同时具有键锁功能，以防止其它人的误操作。

在同步模式中，有Ｐrocess、Ｂypass、ＴＳＧ（ＴｅｓｔＳｉｇｎａｌＧｅｎｅｒａｔｏｒ）3种可选。其中：Ｐｒｏｃｅｓｓ为正常模式，Ｂｙｐａｓｓ是复合输入信号直接从复合输出口1旁通出去，ＴＳＧ有多种测试信号可供输出。

通过近两年的使用，该同步机性能稳定，在播出中没出什么问题，随着电视技术的发展，设备的升级，而帧同步机无须升级，因它有数字输入输出接口，为以后我台的设备升级奠定了技术基础。