林 翔

福建省廣播影視集團(tuán) 福建 福州 350000

時間在日常工作生活中與人們密切相關(guān)，它是一個基本的、重要的物理量。在絕大多數(shù)機(jī)房中，都要求有準(zhǔn)確的時間系統(tǒng)。在廣播電視臺播出機(jī)房中，對時間有著更高的需求，它要求有一套精確性與一致性的標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)。因?yàn)榭紤]到安全性，播出機(jī)房計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是不能接入互聯(lián)網(wǎng)的，所以不能使用互聯(lián)網(wǎng)的時鐘服務(wù)器，只能自建標(biāo)準(zhǔn)的時間系統(tǒng)。

一、模擬電視時代的標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)

在模擬電視信號時代，各地方電視臺機(jī)房普遍使用中央電視臺一套或二套電視信號第16行中傳送的標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行基準(zhǔn)校對的時間系統(tǒng)，這個時間稱為電視逆程標(biāo)準(zhǔn)時間。中央電視臺從1984年開始在電視信號中開始傳輸標(biāo)準(zhǔn)時間，傳輸標(biāo)準(zhǔn)是GB7402-87。它的原理是：在傳輸發(fā)送端利用彩色副載波傳遞標(biāo)準(zhǔn)頻率，在場逆程16行插入時刻信號，秒脈沖以及1MHz的頻率信號，在機(jī)房接收端經(jīng)過鎖相、解碼，就可以得到標(biāo)準(zhǔn)頻率、秒脈沖和時間信號，得到時間脈沖信號后再經(jīng)過時間授時器、串口分配器，把時間信號分配給各臺計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備，以此信號作為時間基準(zhǔn)校對，重要計(jì)算機(jī)本身安裝有BB卡用于守時，確保時間系統(tǒng)的精確。各地方電視臺利用類似技術(shù)保持時間的一致性。

二、GPS標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)

隨著模擬電視向數(shù)字電視的轉(zhuǎn)換，中央電視臺要停止傳送模擬方式的CCTV1信號，傳統(tǒng)的基于電視逆程的標(biāo)準(zhǔn)時間獲取方式將面臨著更新?lián)Q代的問題，隨之機(jī)房采用了GPS標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)。GPS的全稱為＂全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)＂(GlobalPositionSystem)，它向全球范圍內(nèi)提供時間和定位的功能，它的原理說起來其實(shí)并不復(fù)雜，主要是利用了三角形定位的立體數(shù)學(xué)模型。地球上任何地點(diǎn)的GPS用戶通過GPS接收機(jī)接受衛(wèi)星發(fā)出的信號，可以獲取準(zhǔn)確的所在空間位置信息和標(biāo)準(zhǔn)時間。為了實(shí)現(xiàn)全球定位，GPS系統(tǒng)最少需要24顆衛(wèi)星組成，24顆衛(wèi)星等間隔分布在6個互成60°的軌道面上，這樣的衛(wèi)星位置配置基本上保證了在地球上任何位置都能同時觀測到至少4顆GPS衛(wèi)星。GPS除了常用來定位外，它還能提供標(biāo)準(zhǔn)的時間信息，因?yàn)橐瓿啥ㄎ粚?dǎo)航“時間”是一個必須的基本參數(shù)。GPS要實(shí)時完成定位和授時功能，需要4個參數(shù)：經(jīng)度、緯度、高度和用戶時鐘與GPS主鐘標(biāo)準(zhǔn)時間的時刻偏差，理論上需要接收4顆衛(wèi)星的信息(三顆衛(wèi)星的定位沒有高度值)，但在實(shí)際衛(wèi)星校時應(yīng)用中如果我們知道自己的確切位置只要能接受1顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)也可以得到時間信息即日常所說的GPS具有單衛(wèi)星授時功能。GPS衛(wèi)星校時鐘設(shè)備由接收模塊，單片機(jī)，時鐘芯片，顯示驅(qū)動，控制電路等組成。如果是對原有的電視逆程標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)進(jìn)行改造，只需要把原來模擬時間信號接收機(jī)更換成GPS天線和帶信號轉(zhuǎn)換的GPS時鐘接收機(jī)，就可以完成升級改造。

三、GPS時鐘和網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器相結(jié)合的時間系統(tǒng)

隨著電視臺全臺網(wǎng)的建設(shè)，播出系統(tǒng)的更新?lián)Q代，同一套GPS時鐘系統(tǒng)需要給一個機(jī)房多頻道甚至多機(jī)房提供標(biāo)準(zhǔn)時間。而機(jī)房對標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)的精確度、安全性、冗余性要求更高了。原來的GPS時間系統(tǒng)存在串口分配器分配口不夠用、長距離串口信號不穩(wěn)定、設(shè)備單一串口授時出現(xiàn)故障時修復(fù)時間較長等問題。網(wǎng)絡(luò)授時是一種目前普遍采用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時間校準(zhǔn)技術(shù)，它使用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議NTP來實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)授時系統(tǒng)按照C/S模式設(shè)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)中，主備時鐘服務(wù)器(TimeServer)接入外部授時源(GPS)的信號，在全網(wǎng)實(shí)時發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)時間信息，各服務(wù)器、工控機(jī)會根據(jù)設(shè)定的時間間隔接收的標(biāo)準(zhǔn)時間信號并進(jìn)行校對，另外若接收標(biāo)準(zhǔn)時間信息失敗，客服端程序可以發(fā)出報(bào)警信號提醒工作人員處理故障。如下圖所示新的時間系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主備雙路GPS衛(wèi)星校時鐘，通過時碼倒換器和時碼分配器輸出多路標(biāo)準(zhǔn)時間信號，除了輸出給重要設(shè)備外，另有兩路信號輸出給兩臺計(jì)算機(jī)服務(wù)器，服務(wù)器中安裝有TimeServ6.1網(wǎng)絡(luò)時鐘程序并設(shè)置成服務(wù)端，它們作為網(wǎng)絡(luò)時鐘主備服務(wù)器。其他服務(wù)器、工控機(jī)安裝的TimeServ6.1程序設(shè)置成客戶端，通過網(wǎng)絡(luò)時鐘主備服務(wù)器來獲得正確的時間。因?yàn)镚PS時鐘有主備兩套，如果主GPS設(shè)備出現(xiàn)問題，可以通過時碼倒換器一鍵切換到備路。時鐘服務(wù)器同樣也有兩臺，可在一臺時鐘出現(xiàn)故障時，通過更改域指向或更改ip設(shè)置的方式，從另外一臺時鐘服務(wù)繼續(xù)獲得標(biāo)準(zhǔn)時間。另外由于是網(wǎng)絡(luò)時鐘，只要接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都可以獲得標(biāo)準(zhǔn)時間，解決了原來串口授時存在的問題。

四、小結(jié)

時間系統(tǒng)在電視臺播出機(jī)房十分重要，它關(guān)系到電視節(jié)目播出的準(zhǔn)點(diǎn)和節(jié)目長度的準(zhǔn)確。目前采用GPS授時和網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器相結(jié)合的時間系統(tǒng)在實(shí)際工作中很穩(wěn)定可靠，出現(xiàn)故障時有備路可以快速切換。希望對其他對時間要求精準(zhǔn)的機(jī)房建設(shè)工作有所參考。