文/[美]布倫特·胡佛 編譯/何青青

簡述同步信號(hào)和時(shí)間碼

文/[美]布倫特·胡佛 編譯/何青青

介紹同步信號(hào)和時(shí)間碼的概念、原理與使用等基礎(chǔ)知識(shí)。

時(shí)間碼；同步信號(hào)；SMPTE；MTC

什么是時(shí)間碼?

時(shí)間碼是和一段視頻或者與音頻一起錄制的一種簡單的“時(shí)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(hào)隨即就和音視頻媒體一起存儲(chǔ)起來，當(dāng)信號(hào)從一臺(tái)設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)設(shè)備時(shí)，時(shí)間碼保持不變。

最普遍的時(shí)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(shí)間碼格式就是Midi Time Code（MTC）。

同步信號(hào)如何工作?

想象一下在這個(gè)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(shí)間參考標(biāo)準(zhǔn)。一天稍晚些的時(shí)候，你需要準(zhǔn)時(shí)開會(huì)。沒有一只表是絕對準(zhǔn)確的——可能你的那只稍微慢了點(diǎn)，你朋友那只又稍微快了些。 結(jié)果一天下來這兩只表的時(shí)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(shí)都會(huì)出現(xiàn)重音現(xiàn)象（doubled vocals）。

第二天，為避免這種時(shí)間差，你選一人作為“主人”，選另一個(gè)作為“從屬”?！爸魅恕贝螂娫捊o“從屬”，每過幾秒就說明具體時(shí)間，這樣從屬者就可以重新將自己的手表設(shè)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(shè)備卻很有用。

同樣，每一個(gè)時(shí)間碼裝置都必須選定某一臺(tái)設(shè)備作為主設(shè)備（只能是一臺(tái)），選定一些設(shè)備為輔助設(shè)備。通常設(shè)備的限制性決定了哪一臺(tái)設(shè)備為主，哪些為輔。比如，模擬的多聲道往往不會(huì)作為輔助設(shè)備使用，因?yàn)樗鼈冎泻芏喽疾荒茏穼r(shí)間碼。

如何使用時(shí)間碼?

筆者提供兩種使用時(shí)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(shí)間碼經(jīng)常用于音頻設(shè)備，用于同步自動(dòng)縮混或者將音序器同步到一臺(tái)模擬多軌錄音機(jī)?；旌锨鞍碨MPTE要求在磁帶某些點(diǎn)上做標(biāo)記。

這就意味著時(shí)間碼是作為一種音頻信號(hào)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(shè)備都有時(shí)間碼的功能，典型的做法就是將唱機(jī)的輸出端口接入調(diào)音臺(tái)面板。（如MOTU MicroExpress和Emagic Unitor8等設(shè)備。）

像任何其他音源一樣，時(shí)間以實(shí)時(shí)方式記錄，設(shè)置適當(dāng)?shù)碾娖街?，不加EQ。

音頻設(shè)備的幀頻一般為30 fps（幀/秒），因?yàn)檫@樣正好跟實(shí)時(shí)匹配。

許多MIDI設(shè)備專為音頻設(shè)備設(shè)計(jì)，使用30 fps進(jìn)行讀寫。（不使用30 fps時(shí)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(shí)間碼）。

時(shí)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(huì)產(chǎn)生時(shí)間碼，就像沒有了音頻信號(hào)一樣。SMPTE的另一種類型VITC不能用于音頻，因?yàn)樗荒茉谝纛l聲道上錄制。

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

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

比如，第一次播放混音節(jié)目時(shí)，大鼓和鈸之間的間隔是0.98 s，第二次播放時(shí)就變成了1.01 s。這兩種情況下，時(shí)間碼只允許節(jié)目從0開始，23 s，22幀。（當(dāng)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(tái)不易受漂移影響，但是時(shí)間碼仍然用于將它們跟其他設(shè)備同步。要同步多路相同的設(shè)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(shè)置。

視頻同步——這種情況時(shí)間碼選擇變得更有意思，因?yàn)槲覀冇泻脦追NSMPTE時(shí)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(shè)備同步：VHS錄像機(jī)將LTC時(shí)間碼錄在其中一軌音頻聲道上（作為主機(jī)）。

被同步的設(shè)備（輔助機(jī)）讀取該時(shí)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(yīng)一秒。那么NTSC彩色視頻在30 fps時(shí)不會(huì)運(yùn)行，而是在29.97 fps時(shí)運(yùn)行。為什么視頻會(huì)這樣呢？

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

當(dāng)幀頻為29.97 fps時(shí)，第二個(gè)節(jié)目不再是第二個(gè)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(shí)間與實(shí)際時(shí)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(gè)速率。事實(shí)上，所有這些問題的關(guān)鍵是需要一種可以處理所有不同幀頻的工具，而且必須準(zhǔn)確知道所使用的需要同步的視頻幀頻是多少。

很多MIDI設(shè)備提供SMPTE，但是很少會(huì)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(shí)間碼格式。

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

一臺(tái)能處理所有幀頻的硬件就是DA-88八軌數(shù)字錄音機(jī)，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(huì)如何?

處理視頻同步最后一個(gè)非常重要的細(xì)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(dāng)電影進(jìn)行后期制作時(shí)，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(shí)，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(dāng)然音調(diào)會(huì)相應(yīng)地降低）。

所以，當(dāng)使用錄像磁帶時(shí)，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(dāng)音頻被轉(zhuǎn)換回電影時(shí)，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