NTP授時服務器（北斗授時產品）在廣播電視系統里的應用
NTP授時服務器（北斗授時產品）在廣播電視系統里的應用
京準電子科技官微——ahjzsz
時間同步對于電視臺至關重要，是電視節目播出自動化、演播室、外來信號（包括衛星信號、轉播車信號等）間所有播出切換的基準，尤其對于數字電視播出系統來講，節目正常播出和準時切換都要基于時間同步高度統一的時間源，
在整個電視播出系統中，授時系統是整個播出系統協同作業的關鍵，如各頻道臺標機標準北京時間的顯示，各頻道電視節目的準點播出，硬碟播出系統的系統時間同步，DVB播出系統的系統時間同步,新聞直播時間同步，乃至全臺的標準時間同步都依賴于這個授時系統，
GPS授時系統在電視播出系統授時的應用如圖3， 在湖北電視臺全硬碟播出系統中，采用GPS授時系統取代了CCTV場逆程授時信號，為播出系統精確的時間基準，實時調整系統時鐘，定時精度優于1微秒，
1. 湖北臺播出系統基本授時作業流程
為保證系統的安全可靠，時鐘系統配置了兩套衛星接收天線和衛星校時鐘（HR-901GB），還經過時鐘切換器(HR-901GB)互為備份，如果GPS信號停止發射或者其他原因中斷時，衛星校時鐘仍然可以采用內部晶振產生時碼信號保證安全播出，時碼發生器接收時碼信號轉換為EBU時碼和RS232串行時碼，由于湖北臺時鐘服務器的子鐘卡是SZ時碼輸入，所以環串出一路SZ時碼分配到2臺時鐘服務器，RS232串行時碼輸出暫時閑置，
其中SZ碼送到時鐘服務器，SZ碼分別接入到主備時鐘服務器的PCI子鐘卡用于鎖定時鐘服務器系統時間，同時通過以太網向整個播出網路廣播時間資訊，各作業站接收到時間資訊后比對校正本機時間完成各作業站系統校時，主備時鐘服務器實作實時熱備，保證安全播出，EBU時碼通過時碼分配器分為多路后分別送到各頻道臺標機用于北京時間的顯示；送到各個機房子鐘，各演播室和新聞直播室用于播出控制和直播的時間基準；送到DVB播出系統再分配后用于DVB系統的播出，原理與硬碟播出系統相同，
2. RS232串行碼、SZ碼、EBU碼的決議
RS232輸出：介面型別：單向輸出（無需握手應答），資料格式：4800bps，8位資料，一個停止位，無奇偶校驗；每秒發送一次，共9個字，依次是同步字（16進制AA）、00、年、月、日、星期、時、分、秒，其中年、月、日、星期、時、分、秒為BCD碼，
SZ碼（串行BCD反碼的調寬碼）：共49位，碼元寬度64μs，其中首位0為秒脈沖，其后依次為年8位，月7位，日8位，星期4位，小時6位，分7位，秒7位，最后為一位結束位為0，每秒發送一次，
EBU碼是平衡輸出的，每秒25幀，每一幀40ms，共80位，包括32個用戶二進位備用位元，16個同步位元，31個分配地址，1個未分配地址，每個位元寬度為500微秒，如果時間碼中所有的位元都為“1”，相應的頻率為2KHz，如果所有的位元為“0”，頻率為1KHz，在任一幀率下，由0和1構成的實際時間碼信號大致在1和2千赫之間變化，正好在錄音通道平均頻率范圍的中間， 
具體位元定義如下：
* 0~3：幀個位；
* 4~7：第1二進制組；
* 8~9：幀十位；10：失落幀標志；
* 11：彩色幀標志；
* 12~15：第2二進制組；
* 16~19：秒各位；20~23：第3二進制組；
* 24~26：秒十位；27：雙向定標相位校正位元；
* 28~31：第4二進制組；
* 32~35：分個位；
* 36~39：第5二進制組；
* 40~42：分十位；
* 43：二進制組標志位元；
* 44~47：第6二進制組；
* 48~51：時個位；
* 52~55：第7二進制組；
* 56~57：時十位；
* 58：未分配地址；
* 59：二進制組標志位元；
* 60~63：第8二進制組；
* 64~79：“0011111100111111”（同步字），
三 各主要部分作業原理 在此GPS授時系統中核心設備就是衛星校時鐘、時碼發生器和網路授時系統，現對各部分作進一步分析，
1. 衛星校時鐘作業原理
衛星校時鐘采用專用的衛星接識訓GPS接收并解調AC碼得到時碼和秒脈沖，作為時間系統的參考標準，同步系統時鐘，具體原理如圖4，
圖4衛星校時鐘作業原理
通過高增益的接收天線和衛星接收主機模塊接收衛星發射的時鐘信號，與系統內鐘輸出的時碼信號同時送到秒脈沖控制模塊，由硬體電路進行時碼和秒脈沖的比較、判別和處理，以保證輸出秒脈沖和鐘面的清晰度和可靠性，當信號失效時秒脈沖控制器仍能用系統內鐘的時碼信號保證中高精度的時碼輸出，使系統正常運轉，時碼顯示主要用于鐘面的時間顯示，中心控制和處理單元，它能完成所有的時碼轉換、顯示及多種控制功能，
另一種方式是使用衛星校時鐘和時碼發生器與高穩時鐘配套使用，在時碼發生器前級加一級高穩時鐘，當時碼信號出現失效時高穩時鐘內鐘仍可以保證系統時鐘高精度的輸出，當高穩時鐘時碼信號輸入恢復時需要手動確認輸入，以防止錯誤時碼輸入造成錯誤時碼輸出，
2. 時碼發生器作業原理
時碼發生器作業原理如圖5，時碼發生器由多片單片機和轉換模塊構成，單片機Ⅰ讀取外部輸入的標準時碼，進行判斷，無誤后以并行碼格式傳輸給單機Ⅱ，由單片機Ⅱ產生與標準時碼同步的EBU碼，最后經非平衡/平衡格式轉換以平衡方式輸出，單片機Ⅲ讀入外部標準時碼，進行判斷無誤后，轉換成相應波特率的TTL電平串行碼，再經電平轉換輸出RS232及RS422時碼信號，用戶可以根據自己的實際需要來選擇時碼信號輸出，接駁多種設備，為之提供標準時間，
3. 網路授時作業原理
SZ碼接入時鐘服務器，時鐘服務器使用PCI子鐘卡安裝在時鐘服務器的PCI插槽內，安裝驅動軟體后即可以使用，程式執行時，在系統桌面任務欄的時間區域將出現一個黑色小表單，將系統時間蓋住，表單內的時間顯示為從外部授時源讀取的時間，此時系統時間亦被修改，表單中顯示的顏色為綠色時，說明外部有時間信號送入，如果變成紅色，說明外部沒有信號送入，子鐘卡鎖定時鐘服務器的系統時間，整個網路系統采用全網實時授時結構，資料庫服務器，播出控制機，上載控制機和延時播控制機通過網路統一和主時鐘服務器進行時間校準，備時鐘服務器實時熱備，這個程序中時鐘服務器安裝鎖時軟體服務端，通過TCPIP協議向整個以太網路廣播時間資訊，各作業站分別安裝鎖時軟體的客戶端，根據接收到的資訊比對本機時鐘，如有差別實時調整本機的時鐘，確保與外部授時源的時間同步精度，作業站發現時間差別的調整方式也不是采用跳躍方式，而是采用調整時間步進的方式，逐漸使時間跟上系統時鐘，這樣可以避免自動校時程序因為時間跳變引起系統不必要的邏輯混亂，
當然RS232串行時碼輸出也可以用于時鐘服務器的校時接入，只要將RS232串行時碼輸出連接到時鐘服務器的串口，并安裝相應的校時軟體即可校準時鐘服務器的系統時間，此方式不需要安裝PCI子鐘卡，各作業站的網路校時方式和SZ碼接入時相同，需要注意的是RS232輸出口至時鐘服務器的串口物理連線不可以大于10米的限制，否則電氣性能得不到保證，但仍然不失為一種比較經濟的時鐘服務器解決方案，
河南廣電局使用該授時系統運行至今兩年來，作業穩定可靠，授時精度達到系統技術要求，確保了系統的安全播出，取得了良好的社會效益，
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