Начало
 
 


НовостиОборудованиеСтатьиФорумФайлыОрганизацииСсылкиПрайс-листыРекламаСловарьПоиск

 
  Синхронизация

Антон БАЛАБАН
Музыкальное Оборудование
август 2001

Базовые принципы, основные форматы, примеры.

Синхронизация - тема очень сложная и многоликая. Все аспекты синхронизации звуковых систем рассмотреть практически невозможно, так как всегда найдется "особый случай", для которого общие правила не действуют. Форматов синхронизации также существует великое множество, зачастую формат синхросигналов создается под конкретный прибор. Цель данной статьи - рассмотрение базовых принципов систем синхронизации, краткое описание основных форматов передачи синхросигналов и раскрытие некоторых неочевидных возможностей различных протоколов на примерах. Эти примеры я призываю рассматривать не как готовые решения, а, скорее, как повод для размышления. Возможно, после такого размышления вы сможете сделать ваши системы более эффективными, надежными или удобными. Я также попытался давать переводы большинства использованных терминов на английский язык, так как инструкции к приборам на русском крайне редки, да и материалы на эту тему в настоящее время выходят, в основном, на английском. Последнее, на что хотелось бы обратить ваше внимание перед прочтением, это то, что многие вещи в данной статье упрощены, особенно в описании кино- и видеосинхронизации.

Синхронизация нужна для того, чтобы два или более устройства стартовали в одной и той же точке на временной сетке и в дальнейшем работали с одинаковой скоростью. Соответственно есть два типа синхронизационных сигналов: первые передают только временные метки (позиционная информация), а вторые - только информацию о скорости, вне зависимости от текущего временного положения программы. Впрочем, эти два разных вида синхронизационной информации могут объединяться в одном сигнале, но об этом позже.

В любой синхронизированной системе одно из устройств является ведущим (master), то есть задающим стартовую точку и/или скорость, а все остальные - ведомыми (slave). При этом ведущие устройства по разным типам синхронизационной информации могут быть разными.

Многие способы синхронизации используют временной код (timecode, тайм-код), передаваемый через равные промежутки времени одновременно со звуком или изображением и "помечающий" соответствующий участок уникальной временной меткой. Тайм-код представляет собой как бы линейку, накладываемую на временную ось.

Необходимо отметить принципиальную разницу между синхронизацией цифровых и аналоговых устройств. Аналоговый звук, как известно, непрерывен по своей природе, кроме того, магнитная лента не может двигаться абсолютно равномерно. Поэтому временной код (или идентификатор скорости, типа пилот-тона) для синхронизации обязательно должен быть физически прописан на ленту. При цифровой записи звук уже разбит на равные промежутки времени (44100 в секунду, например), то есть каждый семпл уже как бы несет на себе показатели позиции и скорости воспроизведения. Поэтому многие цифровые устройства (в особенности, рабочие станции на основе компьютера) временной код не прописывают, а вычисляют, исходя из заданных пользователем единиц измерения и стартовой точки. Если же тайм-код все-таки необходимо прописать, то он не занимает звуковую дорожку, а прописывается в специальное место (обычно это область субкода). Кроме того, можно считать, что цифровые устройства воспроизводят звук ровно, то есть после задания единой стартовой точки они не будут "расползаться" из-за флуктуаций скорости.

SMPTE/EBU и родственные ему форматы

Начнем, пожалуй, с самого распространенного на сегодняшний день формата синхронизации - SMPTE/EBU. Стандарт этот был принят в 1971 году Обществом Кино- и Видеоинженеров (Society of Motion Picture and Television Engineers, SMPTE) США, немного позже к нему присоединился Европейский Союз Вещателей (European Broadcast Union, EBU). Изначально SMPTE (читается как "симпти") был разработан для синхронизации видеомагнитофонов, отсюда и единицы измерения: часы (от 0 до 23), минуты (от 0 до 60), секунды (от 0 до 60), кадры (от 0 до 24, 25 или 30). До широкого распространения видеозаписи необходимости в тайм-коде не было, так как в производстве фонограмм для кинофильмов использовалась маг-лента - 35- или 16-миллиметровая кинопленка с нанесенной на нее магнитной дорожкой для записи звука. Так как на маг-ленте была такая же перфорация, как и на кинопленке, и воспроизводилось все с помощью одного мотора, то синхронизация звука и изображения происходила автоматически. Если же моторы были разные, то их скорости легко выравнивались до приемлемых результатов. Дело в том, что скорость моторов, применяемых в киноаппаратах, зависит от частоты переменного тока. Таким образом, если оба мотора подключены к одной электросети, их скорости сравнивались. Для синхронизации с ленточными магнитофонами использовался пилот-тон, о котором мы поговорим немного позже.

SMPTE содержит в себе одновременно и позиционную информацию (в формате часы:минуты:секунды:кадры) и информацию о скорости (синхронизатор вычисляет ее из частоты поступления кадров). Совершенно не обязательно использовать сразу обе составляющие из одного сигнала, но это возможно. Существуют две разновидности SMPTE: VITC (Vertical Interval Time Code, читается "витси") и LTC (Longitudinal Time Code). В аудиопроизводстве в основном применяется последний, он представляет собой аудиосигнал, состоящий из серии коротких "бипов", которые в цифровой форме кодируют временные метки. Эти бипы считываются синхронизатором и расшифровываются в часы, минуты, секунды и кадры. Блок данных SMPTE (кадр) состоит из 80 бит. В LTC каждый бит кодируется переворотом фазы на половине бипа, то есть частота сигнала увеличивается вдвое. Таким образом бип стандартной частоты воспринимается как "0", а "бип" удвоенной частоты - как "1" (рис. 1). Диапазон рабочих звуковых частот LTC составляет 1-3 кГц.

Рис. 1

80 бит кадра разбиты на 16 блоков по четыре бита плюс еще один 16-битный кусок. Восемь четырехбитных блоков отданы на запись собственно позиционной информации: часов, минут, секунд, кадров. Еще восемь - так называемые User Bits, пользовательские биты, в них может быть записана информация, заданная пользователем, например, номер ролика, дата и т. п. Последний 16-битный блок (называемый sync word) кодирует направление движения ленты (вперед/назад) и содержит последовательность битов, обозначающую конец кадра. Sync word также содержит несколько идущих подряд однобитовых сигналов, необходимых для автокалибровки синхронизатора. В VITC биты кодируются "квадратиками", которые мы иногда видим в верхней части изображения при плохо настроенном видеотракте (рис. 2). Еще одним отличием VITC является то, что каждый кадр содержит не 80, а 90 бит, оставшиеся 10 используются для коррекции ошибок.

Рис. 2

Аудиосигнал с LTC тайм-кодом прописывается на свободную дорожку многоканального магнитофона (или на специальную дорожку двухканального) и используется для синхронизации. VITC записывается непосредственно в видеосигнал, в строки, не содержащие изображения. Основными недостатками VITC можно считать то, что он записывается только одновременно с видеосигналом, и заменить тайм-код можно только вместе с видеоинформацией, а также то, что он не читается на высоких скоростях перемотки. Зато VITC может считываться с видеомагнитофона даже на очень низких скоростях и даже в паузе, что невозможно в случае LTC. Поэтому иногда в производстве фонограмм для видео используют одновременно два типа SMPTE на одной кассете, а синхронизатор автоматически выбирает лучший для данной ситуации (например, при высоких скоростях переключается на LTC, а при стоп-кадре - на VITC).

Существует несколько форматов SMPTE, связанных с различным количеством кадров в видеосигнале и на кинопленке в разных странах:
24 fps (frames per second, кадров в секунду) - такое количество кадров принято в кинопроизводстве в странах с частотой переменного тока 60 Гц;
25 fps - системы PAL и SECAM, кино в странах с частотой переменного тока 50 Гц;
30 fps - NTSC.

С системой NTSC связана еще одна сложность. Дело в том, что при цветном вещании в этом формате реальная частота кадров составляет не 30, а 29,97 fps. Если использовать обычный временной код с полными 30 кадрами в секунду, то вскоре накопится несоответствие между временем на счетчике тайм-кода и реально прошедшим временем программы (разница составляет 108 кадров в час). В ряде случаев такое положение дел неудобно (например, в вещании, где каждая секунда на счету), и для того, чтобы значения временного кода отражали реальную продолжительность программы, используются "выпадающие кадры" (drop frame или df). Первые два кадра (00 и 01) каждой минуты, за исключением нулевой, десятой, двадцатой, тридцатой, сороковой и пятидесятой, просто пропускаются (после 00:00:01:29 идет 00:00:02:02), и такими пропусками компенсируется возникающая разница. Этим головная боль с дробным числом кадров в секунду не исчерпывается, но здесь мы ее рассматривать не будем, так как живем в счастливой стране с системами SECAM в вещании и PAL в видеопроизводстве.

При синхронизации частота кадров на ведущем и всех ведомых устройствах обязательно должна быть выставлена одна и та же. И хотя в чисто звуковом производстве, в общем-то, не важно, какая именно частота кадров используется (теоретически самая точная синхронизация обеспечивается при 30 fps), я бы порекомендовал на всех приборах раз и навсегда установить частоту кадров 25 fps и никогда ее уже не менять, даже если вы не работаете с видео - поступив таким образом, вы сможете забыть про частоты кадров, даже если вдруг вам принесут видеомагнитофон и вам надо будет как-то его вписывать в свою систему. Это особенно важно, когда в студии посменно работают несколько человек, - если каждый будет выбирать частоту кадров по своему усмотрению, то проблемы неизбежны.

MIDI Time Code (MTC)
Еще одним очень распространенным форматом временного кода является MIDI Time Code (MTC). По сути, он является тем же SMPTE, но передаваемым по протоколу MIDI. В MTC принят такой же формат времени (часы:минуты:секунды:кадры) и частоты кадров, что и в SMPTE. Так как в стандарте MIDI передача происходит восьмибитными блоками, каждый кадр SMPTE разбивается на восемь частей: первые две несут информацию о часе, вторые - о секунде и т. д. Восемь блоков вместо необходимых четырех получаются потому, что, кроме собственно значений времени, как минимум половина данных приходится на сопроводительную информацию. Помимо этого, по MTC, в отличие от SMPTE, передается кадровый формат временного кода (24, 25 fps и т. д.). Блоки данных MTC передаются четыре раза за кадр (они так и называются: quarter frame, четверть кадра). Таким образом, на передачу всей информации об одном блоке SMPTE затрачивается время, равное двум кадрам (восемь четвертей кадра). Соответственно, при преобразовании из SMPTE в MTC только половина кадров (через один) попадает в MIDI тайм-код. С одной стороны, это несколько снижает скорость реакции ведомого устройства - для того, чтобы оно прочитало текущую позицию SMPTE, нужно получить восемь четверть-кадров, что в реальном времени может занять от двух до четырех кадров, в зависимости от того, в какой момент начался прием. С другой стороны, частота получения информации о скорости (она извлекается из поступающих четверть-кадров), по сравнению с SMPTE, выше в четыре раза, что способствует более качественной синхронизации. Для того, чтобы указать точку старта устройству еще до поступления временного кода, применяется MTC Full Frame Message - это сообщение SysEx (System Exclusive), в котором передается временная координата сразу и целиком. После получения такого сообщения прибор перематывает ленту (или ставит курсор) на требуемое место по шкале SMPTE. Такие полноформатные сообщения иногда используются при перемотке ленточных магнитофонов (если при этом не считывается временной код) - ведущий периодически посылает ведомому сообщения Full Frame, чтобы тот "не расслаблялся" и тоже перематывал ленту. В наше время с повсеместной записью на жесткий диск использование таких сообщений в большинстве случаев утратило актуальность. Передача пользовательской информации (user bits) поддерживается в MTC, здесь также используются специальные SysEx сообщения.

Отличительной особенностью формата MTC является то, что он сам по себе не может быть никуда записан, а только вычисляется, исходя из размера и темпа произведения, в секвенсоре или в цифровых магнитофонах и компьютерных рабочих станциях на основе частоты дискретизации и "порядкового номера" семпла. Еще одним источником MTC может быть преобразование SMPTE в MTC, которое могут производить многие современные MIDI-интерфейсы и синхронизаторы. Из-за того, что MIDI Time Code изначально передается в машинно-читаемом формате (а не в виде аудиосигнала, как LTC) и реализация приема-передачи этого временного кода в цифровых аппаратах обходится сравнительно недорого, MTC в настоящее время является главным форматом временного кода, использующегося для синхронизации компьютерных программ и значительной части цифровых звукозаписывающих устройств.

Работа с SMPTE и MTC
Итак, мы уже знакомы с двумя основными форматами временного кода, SMPTE и MTC, и готовы начать что-нибудь с чем-нибудь синхронизировать. Для начала надо убедиться, что временной код в том или ином виде существует на всех синхронизируемых устройствах. На аналоговую ленту его, как уже говорилось, надо сначала записать. Это не так просто, как кажется на первый взгляд. Дело в том, что SMPTE LTC код звучит довольно противно, в этом вы можете убедиться сами, подключив выход генератора SMPTE к своему микшерному пульту. А аналоговая лента имеет один недостаток - зачастую звук "просачивается" между двумя соседними дорожками. И если вокал, немного просочившийся на трек клавишного подклада, не представляет особой проблемы, то даже очень небольшая добавка звука временного кода в аранжировку звучит довольно дико. Для избежания подобных эксцессов SMPTE обычно прописывают на крайнюю дорожку многоканальной ленты (например, первую или двадцать четвертую на 24-дорожечном магнитофоне, тем более, что крайние дорожки обычно звучат хуже внутренних, и под тайм-код их не так жалко) с уровнем от -10 до -5 dB VU. Указанные уровни являются неким усреднением, и конкретные значения для своей системы лучше подбирать опытным путем - уровень должен быть минимальным (чтобы не просачивался), и при этом обеспечивать надежное считывание тайм-кода синхронизатором. Иногда соседнюю с тайм-кодом дорожку оставляют пустой, а если такой возможности нет, то записывают туда что-нибудь мощно звучащее с небольшим динамическим диапазоном, вроде ритм-гитары. Лучше всего подавать временной код на магнитофон прямой коммутацией генератора на записываемую дорожку. Если же сигнал не может быть подан напрямую, то проследите, чтобы он никаким образом не обрабатывался (например, эквалайзером и динамической обработкой пульта). На том канале магнитофона, куда записывается временной код, должна быть выключена система шумоподавления. Если на вашем магнитофоне шумоподавление включается одновременно на всех каналах, и вы, таким образом, не можете изолировать дорожку тайм-кода от работы "шумодава", тогда смиритесь с этим и попробуйте работать с включенным шумоподавлением. В большинстве случаев SMPTE все равно будет устойчиво считываться, но, возможно, придется повысить уровень записи тайм-кода. Если же не заработает, тогда придется выбирать: или синхронизация, или шумоподавление.

Записывать временной код надо обязательно "внахлест", то есть так, чтобы тайм-код начинался хотя бы на 15 секунд раньше музыки и немного позже заканчивался, в идеале же тайм-код должен быть прописан на всю длину ленты. Дело в том, что на синхронизацию ведомому устройству необходимо некоторое время, и если тайм-код будет начинаться одновременно с музыкой, то ведомый прибор просто не успеет к началу, а начнет играть только, допустим, с третьего такта. Имейте в виду, что названная мною величина в 15 секунд условна, время, необходимое для входа в режим синхронизации всей своей системы, вы должны определить опытным путем и с некоторым запасом установить значение "нахлеста". Опять-таки, рекомендую установить эту величину постоянной для любых работ в вашей студии. Даже когда вы не используете ленточный магнитофон (обычно самое медленно синхронизирующееся устройство), а только синхронизируете секвенсор (обычно "цепляется" быстрее всех), не стоит уменьшать время "нахлеста" - там, где сегодня достаточно секвенсора, завтра может понадобиться задействовать всю студию.

Во многих студиях (особенно связанных с видеопроизводством) принято начинать тайм-код не с нуля, а с точки 01:00:00:00 (один час). Это делается для того, чтобы была возможность добавить материал перед тем, над которым ведется работа в настоящий момент. Если возникает подобная необходимость, довольно просто добавить временной код до отметки 1 час и продолжить работу. Если же у нас стартовая точка - ноль, номер часа перед ним будет, соответственно, 23. А многие синхронизаторы довольно болезненно реагируют на переход от 23:59:59:24 к 00:00:00:00 и далее. Например, если магнитофон находится в точке с тайм-кодом, показывающим 23 часа с чем-то, и приходит команда перейти на нулевой час с чем-то, то синхронизатор дает команду мотать ленту назад (к 22-му, 21-му и т. д. часам до 0), а не вперед, где этот ноль на самом деле находится. В общем-то, с точки зрения синхронизатора все логично, но у вас может отнять довольно много времени. Так что если возможны подобные моменты (добавление материала "вперед"), то советую начинать с отметки в 1 час и сделать это стандартом для всей работы студии.

Если мы установили стартовую точку тайм-кода на 1 час, то нам нужно внести соответствующую поправку в те устройства, которые тайм-код рассчитывают, например, секвенсоры. Ведь по умолчанию в любой программе первая доля первого такта произведения соответствует 00:00:00:00 временной сетки, и если на секвенсор приходит тайм-код со значением 01:00:00:00, то он и начнет воспроизводить аранжировку с точки, отстоящей от первого такта на один час. Чтобы этого избежать, и существует параметр offset, или смещение. В нашем случае для правильной работы нужно в секвенсоре установить смещение, равное одному часу, и тогда точка 01:00:00:00 внешнего тайм-кода совпадет с 00:00:00:00 внутренней временной сетки программы. То же самое относится и к другим устройствам, которые не прописывают, а рассчитывают временной код.

Ну вот, временной код прописан, смещения выставлены, пора бы уже приступать к синхронизации. Самой простой и в то же время самой распространенной системой является связка магнитофон-секвенсор. В секвенсор нам ничего прописывать не надо, так как для синхронизации с внешним миром он пользуется MIDI тайм-кодом. Для начала нужно выбрать ведущего в системе. В данном случае самым простым и дешевым способом будет выбрать ведущим аналоговый магнитофон, а ведомым - секвенсор. Заранее прописанный SMPTE тайм-код с ленты подается на вход синхронизатора (роль которого могут исполнять некоторые MIDI-интерфейсы), и синхронизатор преобразует SMPTE в MTC (рис. 3). Последний считывается секвенсором, который стартует в нужной точке и затем подстраивает свою скорость под тайм-код. Для того, чтобы все именно так и произошло, нужно в настройках синхронизации секвенсора указать "следовать за входящим тайм-кодом" (что-то вроде "chase to incoming timecode" или "online"), указать MIDI-порт, по которому будет приходить этот код (MTC), и выставить правильную частоту кадров (хотя у вас она должна быть уже давно установлена во всей студии). Еще несколько лет назад этих действий было бы достаточно для надежной синхронизации магнитофона и секвенсора. Но сейчас многие секвенсоры могут сами выступать в качестве многодорожечного магнитофона, записывая звук на жесткий диск компьютера через звуковую плату. Поэтому в настройках синхронизации присутствует опция, предлагающая два варианта: воспроизведение MIDI со скоростью, определяемой входящим MTC, или скорость будет определяться проигрывающимся звуком с жесткого диска. В последнем случае секвенсор из приходящего тайм-кода берет только стартовую точку, а скорость воспроизведения MIDI-нот будет зависеть от частоты дискретизации звуковой платы (на тайм-код уже никто не смотрит), ведь именно ей пропорциональна скорость проигрывания аудиофайлов с диска компьютера. Если вы ничего не поняли из последней фразы, не отчаивайтесь, все это будет подробно рассмотрено немного позднее, а сейчас важно уяснить, что, если из секвенсора у нас идут только MIDI-ноты (без звука с жесткого диска), то нужно выбрать первый вариант (скорость постоянно подстраивается под входящий MTC).

Рис. 3

Если ведущим в подобной системе выступает цифровой магнитофон, то все может быть еще проще. На многих цифровых устройствах есть выход MIDI (как минимум в виде дополнения типа ADAT BRC), по которому напрямую, без конверсии, идет MTC. В этом случае обычно прописывать тайм-код не нужно, все выставляется в опциях. Если же у вашего цифрового магнитофона MIDI-выхода нет, только SMPTE (хотя это и редкость по нынешним временам), все происходит так же, как и с аналоговым магнитофоном.

Ведомый аналоговый магнитофон
А можно ли сделать ведомым аналоговый магнитофон? Конечно можно, хотя это довольно дорого (и сам аппарат с возможностью такой синхронизации стоит немало, да еще к нему нужен специальный недешевый синхронизатор, вроде Lynx-2 или Microlynx фирмы TimeLine). Мы конспективно (так как в наше время эта задача волнует не многих, да и слишком все зависит от конкретной модели устройства) рассмотрим этот вариант на примере синхронизации двух аналоговых магнитофонов (это - самый распространенный случай, когда аналоговый магнитофон должен быть ведомым). Для построения такой системы, кроме двух магнитофонов, необходим синхронизатор, который может управлять транспортом и скоростью мотора лентопротяжного механизма. К синхронизатору подключаются выходы с дорожек, на которых заранее был записан тайм-код, и кабели, по которым передаются управляющие магнитофоном (или магнитофонами) сигналы (рис. 4).

Рис. 4

При поступлении синхросигнала от ведущего устройства синхронизатор запускает ведомое и считывает с него значения тайм-кода. Затем синхронизатор по временному коду находит место на ленте ведомого магнитофона, чтобы точно совпасть с ведущим, и запускает воспроизведение ведомого. В процессе воспроизведения синхронизатор все время сравнивает приходящие тайм-коды и подстраивает скорость ведомого (через уменьшение/увеличение числа оборотов мотора ЛПМ) так, чтобы эти значения совпадали. Если диапазоны временного кода на ведущем и ведомом устройствах не совпадают, то в синхронизаторе может быть задано смещение (offset) временной сетки. Вот, собственно, и все. К сожалению, это только общая схема, так как у каждой модели аналогового магнитофона есть свои особенности. Например, при перемотке одна модель может посылать звук с дорожки SMPTE на синхронизатор, заглушая остальные каналы, а другая отводит блок головок от ленты, и тогда синхронизатор ориентируется во времени по количеству оборотов мотора лентопротяжного механизма. Естественно, в последнем случае позиционирование ленты может быть только приблизительным (хотя особо "продвинутые" синхронизаторы умеют адаптироваться к конкретному экземпляру магнитофона, повышая точность позиционирования ленты после некоторого "обучения"), и до точности оно доводится синхронизатором только после старта и считывания тайм-кода ленты. Иногда бывает, что датчик скорости при перемотке не работает, и приходится вручную осуществлять перемотку на нужное время. Так что возможности синхронизатора могут быть различными в зависимости от конкретного аппарата, к тому же отсутствует единый стандарт на управляющие сигналы (а также разъемы и кабели) для управления аналоговыми магнитофонами, поэтому универсальных решений в данном случае не бывает. И если вы собрались приобрести аналоговый магнитофон (кстати, спешите, почти все они уже сняты с производства) и предполагаете, что в вашей системе он будет работать ведомым, не откладывайте покупку синхронизатора и необходимых для этого опций на завтра. То же самое относится к покупке подержанных магнитофонов - шансы найти к ним опции и кабели для синхронизации в настоящее время практически равны нулю, так что покупайте уже законченную работающую систему с синхронизатором и всем необходимым.

Jam-синхронизация, Freewheel, регенерация тайм-кода
Результат монтажа аналоговой ленты (лезвием и скотчем) с записанной дорожкой временного кода обычно превращает последовательный тайм-код в ряд не связанных между собой по времени кусков, поэтому использовать этот тайм-код для синхронизации невозможно. Чтобы синхронизировать такие ленты, используют так называемую Jam-синхронизацию - в этом режиме синхронизатор считывает порезанный временной код с ленты, а выдает уже полностью восстановленный, то есть последовательный, без скачков и перерывов. При этом стартовую точку временного кода он берет с первого куска ленты (или значения, заданного пользователем внутри синхронизатора), и генерирует, начиная с этого значения, новый временной код, причем скорость генерации задается не внутренним генератором синхронизатора, а считываемым с ленты "порванным" тайм-кодом. Этот заново сгенерированный код может быть вновь записан на ту же смонтированную ленту или использоваться напрямую из синхронизатора (рис. 5).

 
Рис. 5. Смонтированная пленка: А - до Jam-синхронизации, Б - после.  
   

Еще один параметр в настройках синхронизации секвенсора (а также синхронизатора) называется Freewheel. Он измеряется в количестве кадров и показывает, сколько кадров ведомое устройство будет продолжать воспроизводить при пропадании тайм-кода. Если состояние временного кода на аналоговой ленте оставляет желать лучшего и некоторые кадры просто не могут быть считаны синхронизатором, то установка отличного от нуля значения параметра Freewheel помогает все-таки работать с такой лентой (количество кадров настраивается индивидуально, по умолчанию обычно 2-4 кадра). При выпадении временного кода синхронизатор (или секвенсор) генерирует недостающие значения, основываясь на скорости воспроизведения предыдущих кадров SMPTE. Если же стоит задача проверить целостность временного кода, тогда поставьте Freewheel на ноль, и при малейшем выпадении тайм-кода ведомое устройство остановится.

При повреждении временного кода на аналоговой ленте помогает регенерация: синхронизатор считывает имеющийся временной код с ленты, а на выходе выдает свежий, только что заново сгенерированный на основе входящего. Здесь при необходимости настраивается параметр Freewheel. Регенерировать тайм-код стоит также и при копировании аналоговых пленок. Если просто переписывать временной код с ленты на ленту, его качество будет ухудшаться, что выльется в проблемы при считывании, поэтому лучше выход SMPTE дорожки с одного магнитофона направить на синхронизатор, поставленный в режим регенерации, а на вход записывающего магнитофона подавать уже обновленный код.

Синхронизация цифровых устройств

Принципиальным отличием цифровых магнитофонов (к ним относятся также и компьютерные рабочие станции) от аналоговых является то, что цифровые в нормальных условиях воспроизводят звук равномерно (естественно, в разумных пределах). Это иногда помогает построить более дешевую и простую синхронизированную систему. Кроме того, скорость воспроизведения цифровых магнитофонов зависит исключительно от частоты дискретизации, задаваемой внутренним или внешним тактовым генератором, а устройство подстраивается под эту частоту, чтобы вовремя выдавать данные. Так как изготовить два абсолютно одинаковых кристалла для такого генератора не представляется возможным, два независимых цифровых устройства всегда будут работать с разной скоростью, и хотя обычно это расхождение измеряется в худшем случае десятыми долями процента, о нем всегда нужно помнить.

Для начала я опишу неправильные, хотя иногда и применяющиеся в экстремальных случаях способы синхронизации цифровых аппаратов, чтобы пойти, так сказать, от противного, после чего, я надеюсь, станут понятными преимущества единственно верного способа цифровой синхронизации.

Так как скорость цифрового магнитофона постоянна, то, в принципе, для синхронизации двух цифровых аппаратов можно обеспечить ведомому только информацию о старте воспроизведения (например, с помощью MTC), а дальше магнитофоны будут воспроизводить и записывать звук более-менее синхронно, и, несмотря на то, что их скорости отличаются, они постоянны, поэтому сильных расхождений не будет (но это справедливо только при записи и сведении на аналоговом пульте). Однако такой трюк проходит только в том случае, если место старта всегда одно и то же. Если вы вдруг решите начать воспроизведение с середины композиции, то из-за различия частот дискретизации, а, соответственно, и отношения внутренней временной сетки прибора к реальному времени, стартовые точки не совпадут, и дорожки одного магнитофона будут отставать (рис. 6 А).

Рис. 6

Второй неправильный способ возможен с некоторыми компьютерными программами для записи звука (например, Samplitude). Так как программа самостоятельно не может управлять частотой дискретизации звуковой платы, то стартовая точка берется из приходящего MIDI тайм-кода, а скорость воспроизведения регулируется внутренним пересчетом частоты дискретизации. Допустим, скорость приходящего тайм-кода выше скорости, основанной на частоте внутреннего генератора звуковой платы (пусть номинальная частота в нашем случае будет 48 кГц), на 0,1 %. Чтобы уравнять скорость воспроизведения с задаваемой тайм-кодом, надо было бы поднять частоту дискретизации звуковой платы на 0,1%, то есть до 48048 Гц. Но так как это невозможно, программа поступает другим способом. Внутри себя программа объявляет, что выходящий поток цифрового звука имеет частоту дискретизации, равную этим самым 48048 Гц, затем этот поток пересчитывается в частоту 48000 Гц (так же, как можно пересчитать частоту дискретизации звукового файла из 48 кГц в 44,1 в любом звуковом редакторе), и уже вот этот пересчитанный поток подается на выход. Недостаток такого подхода состоит, прежде всего, в самом преобразовании частоты дискретизации, которое вносит заметные искажения в звук. Кроме того, также невозможна одновременная работа обоих синхронизируемых таким образом магнитофонов с цифровым пультом (почему, я объясню далее).

Если в одном из цифровых магнитофонов есть встроенный синхронизатор с SMPTE-интерфейсом, то есть аппарат может подстраивать свою скорость под входящий тайм-код путем варьирования частоты дискретизации, то можно подать SMPTE с ведущего магнитофона на ведомый, и последний будет работать синхронно с первым (рис. 6 Б). При этом никакого преобразования частоты дискретизации не происходит, но мы опять-таки сталкиваемся с проблемами при работе с цифровым пультом. Дело в том, что любое цифровое устройство (в том числе и пульт) способно работать только на какой-нибудь одной частоте дискретизации. Она может задаваться внутренним генератором или входящими цифровыми сигналами. Обычно пользователь сам выбирает, из какого цифрового входа устройство должно брать рабочую частоту дискретизации (по-английски этот процесс называется "lock"). Если же на вход прибора подается цифровой сигнал с частотой, отличной от рабочей (даже на сотые доли процента), то через определенные промежутки времени в сигнале будут появляться пренеприятнейшие щелчки (если частота выше рабочей, то через некоторое количество отсчетов будут образовываться "лишние" семплы, которые отбрасываются прибором, в результате - щелчок; если частота ниже, то через какое-то время устройству будет недоставать приходящих семплов, и оно их добавит, результат - опять-таки щелчок). На некоторых приборах (например, на цифровых микшерных пультах) для избежания таких щелчков иногда используют так называемые асинхронные входы. Перед попаданием во внутреннюю шину устройства частота входящего цифрового сигнала принудительно пересчитывается на рабочую частоту прибора. Это позволяет избежать щелчков, но на качестве звука сказывается негативно.

В последнем "неправильном" примере ведомый магнитофон, подстраиваясь под временной код, имеет частоту дискретизации очень близкую к таковой у ведущего, но все же не идентичную, поэтому щелчки при работе в цифре неизбежны. Проблемы могут возникать не только при работе с цифровым пультом, но и с другими приборами. Например, нужно загрузить дорожки с обоих магнитофонов в компьютер для редактирования. При любом из "неправильных" способов синхронизации одновременно записать все дорожки по цифре не получится, будут щелчки. А если вы запишете сначала с одного, а потом с другого магнитофона независимо, то при значительной разнице частот дискретизации (как, например, в первом случае) дорожки с одного магнитофона в компьютере будут воспроизводиться медленнее, чем с другого.

В общем, для обеспечения правильной синхронизации двух цифровых устройств необходимо обеспечить абсолютную идентичность их частот дискретизации. Для этого придуман специальный интерфейс, названный Word Clock, с помощью которого от одного прибора к другому передаются только тактовые импульсы, без звуковой информации. В интерфейсе Word Clock используются разъемы BNC и 75-омный кабель (подходят хорошие видеокабели или кабели для SPDIF). В цифровой системе одно из устройств всегда является ведущим по цифровому клоку (clock master, прямой перевод слова "clock" на русский - "часы" - звучит несколько не по делу в данном случае, поэтому, в основном, говорят "клок"), а остальные являются ведомыми (clock slave). Ведущим лучше выбирать устройство, выдающее самый стабильный клок, соответственно, джиттер в системе будет минимальным (подробнее про джиттер см. врезку), еще лучше - специальный генератор (подробнее см. раздел про House Sync). Распределять Word Clock лучше не последовательно (от одного прибора к другому), а "звездой" - от ведущего (возможно, через специальный разветвитель) ко всем ведомым приборам (рис. 7).

Рис. 7. Разные способы распределения сигналов Word Clock: А - неправильный, последовательно; Б - правильный, звездой.

На некоторых устройствах можно встретить интерфейс под названием Super Clock или Digidesign 256x Clock. Он был придуман фирмой Digidesign и использует такие же разъемы и кабели, что и обычный Word Clock, но тактовая частота, передаваемая по ним, составляет рабочую частоту, умноженную на 256 (для 44,1 кГц это 44,1 х 256 = 11,2896 МГц). Считается (по крайней мере, самой компанией Digidesign), что Super Clock из-за такой избыточной передачи более качественен и надежен, однако он не является стандартным и в основном встречается в изделиях этой фирмы.

Многие цифровые устройства (например, недорогие приборы обработки) не имеют входа Word Clock, но это не мешает использовать их в цифровых системах. Обычно эти приборы могут брать рабочую частоту со своих цифровых входов (AES/EBU, SPDIF или ADAT), таким образом обеспечивая корректную работу в цифровой цепи. Однако считается, что с точки зрения минимальности привносимого джиттера наилучшим является интерфейс Word Clock, похуже - обычный цифровой вход без звукового сигнала (то есть звук по этому интерфейсу не передается, одни нули), наихудшим решением считается совмещение источника клока с музыкальным сигналом в одном интерфейсе. Поэтому если есть возможность, лучше пользоваться Word Clock, да и проблем с перекоммутацией в таком случае будет заметно меньше.

Джиттер
Джиттер возникает из-за нестабильности частоты дискретизации. То есть частота, в принципе, скажем, 48 кГц, но временные интервалы между отдельными семплами могут быть меньше или больше 1/48000 секунды. Чем больше временной разброс между семплами (нестабильнее частота), тем сильнее джиттер. На слух он выражается в легкой замутненности звука, "размытости", плохой локализации кажущихся источников звука и сужении стереобазы. Причем, джиттер негативно влияет на звук как в ЦАП, так и в АЦП, в последнем случае мы записываем уже искаженный джиттером сигнал, и в дальнейшем никак не сможем убрать эти искажения.

Нестабильность частоты дискретизации может возникнуть по ряду причин. Это может быть тактовый генератор, плохо изолированный от внешних помех, несогласованные линии передачи цифрового звука или клока, нестабильный источник синхросигнала, под который подстраивает свой клок ваша звуковая система, ну и просто некачественная система такой подстройки (хотя любая система подстройки частоты вносит джиттер, некачественная вносит его значительно больше). Минимальный джиттер в грамотно спроектированном преобразователе обеспечивается в том случае, если АЦП или ЦАП работают от внутреннего клока. В этом случае исключаются "джиттеровносящие" элементы - подстройка частоты дискретизации под внешнюю, кабели, приемники и передатчики клока, в общем, все, что может дестабилизировать клок. В таком режиме могут работать все аналого-цифровые преобразователи, но лишь очень немногие (как правило, при этом еще и дорогие) цифро-аналоговые. Во многих синхронизированных системах полностью перевести АЦП и ЦАП на внутренний клок невозможно технически, в этом случае необходимо по возможности уменьшить джиттер, используя высокостабильные внешние генераторы, качественные кабели и синхронизатор.

Но вернемся собственно к синхронизации и теперь рассмотрим "правильные" способы. Если стоит задача синхронизировать аналоговый и цифровой магнитофоны (аналоговый - ведущий, цифровой - ведомый), то заранее прописанный SMPTE тайм-код с аналогового подается на вход синхронизатора (рис. 8). Синхронизатор преобразует SMPTE в MTC (MIDI тайм-код служит в данной системе источником позиционной информации) и Word Clock (служит источником информации о скорости). При этом синхронизатор варьирует сигнал Word Clock вокруг базовой частоты (например, 44,1 кГц) в зависимости от скорости приходящего временного кода. Ведомый цифровой магнитофон стартует в точке, указанной MTC, а затем его скорость изменяется под воздействием Word Clock. Соответственно, нужно установить ведомый магнитофон на синхронизацию по MTC ("chase to MTC", или что-то в этом роде), а в качестве источника цифрового клока установить Word Clock. Если вы используете внешние АЦП/ЦАП, то указать источник клока (Word Clock) надо и на них, а магнитофон привязать уже к клоку от конвертеров (в данном случае распределение клока "звездой" не так критично, ведь магнитофон, в отличие от АЦП/ЦАП, сам по себе не чувствителен к джиттеру). В принципе, MIDI Time Code не является единственно возможным в данной конфигурации источником позиционной информации, им может быть, например, протокол Sony 9-pin (о нем подробнее далее), но чаще всего встречаются закрытые "фирменные" форматы, как, например, у комбинации Alesis BRC + ADAT или Digidesign Universal Slave Driver + Pro Tools. Word Clock также не единственный, и здесь встречаются закрытые форматы: в той же ADAT-синхронизации клок передается к магнитофону по специальному кабелю, ну или "полузакрытый" Super Clock от Digidesign.

Рис. 8

Следует помнить, что SMPTE с аналоговой ленты, в силу своей нестабильности, при перекодировании в Word Clock является мощным источником джиттера. Поэтому при синхронизированной перезаписи с аналогового магнитофона на цифровой лучшим с точки зрения качества звука решением будет сделать ведомым именно аналоговый магнитофон, чтобы конвертеры использовали свой внутренний стабильный клок. Однако это решение довольно дорогое и не всегда выполнимое, поэтому в качестве альтернативы можно предложить перезапись вообще без синхронизации, правда, это возможно только в том случае, если вам не нужно будет дальше в процессе работы возвращаться к аналогу и все дорожки можно переписать одновременно. Качество (стабильность) цифрового клока, выходящего из синхронизатора в ответ на приходящий SMPTE, напрямую зависит от самого синхронизатора, поэтому не стоит думать, будто этот прибор является второстепенным и на звук никак не влияет: он влияет, и качество выдаваемого им клока обычно пропорционально цене.

Синхронизировать два цифровых устройства обычно бывает проще, во многих случаях можно обойтись без синхронизатора. Нужно только соединить ведущего с ведомым по Word Clock и MTC (или подобным им, типа Super Clock или Sony 9-pin), выставить соответствующие настройки в ведомом, и вперед (рис. 9). Для некоторых модульных цифровых магнитофонов (типа ADAT) существуют свои способы синхронизации, о них мы поговорим в следующей части

Рис. 9

ADAT-синхронизация
Цифровые магнитофоны формата ADAT, благодаря невысокой цене и легкой масштабируемости (то есть можно сначала купить один восьмидорожечный аппарат, а затем приобрести еще один, и они без дополнительного оборудования будут синхронно работать как один 16-дорожечный магнитофон, и так до 16 машин) в свое время широко распространились по всему миру, в том числе и у нас в стране. Масштабируемость достигалась разработанным фирмой Alesis способом синхронизации - ADAT sync. В этом формате по одному кабелю (экранированный четырехжильный провод с девятиконтактными разъемами D-sub) передаются управляющие команды, в том числе указывающие точку старта, и тактовые импульсы частоты дискретизации (клок). Магнитофоны соединяются последовательно: с выхода первого на вход второго, с выхода второго на вход третьего и т. д. При этом вся система конфигурируется автоматически (при включении питания), аппарат, с которого начинается цепочка, становится ведущим, а все остальные - ведомыми. Всем магнитофонам при автоконфигурировании системы даются идентификационные номера (ID), сверху вниз - 1, 2 и т. д (рис. 10 А). Таким образом, управляя транспортом ведущего магнитофона, мы управляем всей системой сразу, причем, благодаря передаче по интерфейсу клок-сигналов достигается синхронизация с точностью до семпла.

Рис. 10

Однако ADAT-магнитофоны сами по себе не могут синхронизироваться ни с чем, кроме себе подобных, единственный вариант - прописать на одну из аудиодорожек SMPTE LTC и использовать ADAT-систему в качестве ведущей для других приборов (например, секвенсора). Для тех, кого такая ситуация не устраивает, Alesis выпустила пульт управления, совмещающий в себе функции синхронизатора - BRC (Big Remote Control, был еще и Little - LRC - без синхронизирующих функций). BRC подключается по ADAT sync в начале цепочки магнитофонов, и при автоконфигурировании становится ведущим устройством. С него можно управлять всеми функциями ADAT-магнитофонов, в том числе установкой дорожки на готовность к записи (track arming), а также производить монтаж звука. BRC содержит в себе разъемы и программные средства работы с SMPTE LTC и VITC, MIDI, Word Clock и другими синхронизационными стандартами, позволяя системе из ADAT-магнитофонов работать как ведущим устройством, так и ведомым в различных конфигурациях (рис. 10 Б). Кроме собственно магнитофонов этого формата, ADAT-синхронизация поддерживается также некоторыми многоканальными звуковыми платами и системами записи на диск - они имеют соответствующие разъемы и могут имитировать ADAT или BRC.

Фирма Tascam для своих магнитофонов стандарта DTRS (они тоже восьмиканальные, но работают не на S-VHS кассетах, как ADAT, а на Hi-8) разработала похожую систему синхронизации, она называется DTRS Sync.

Выбор частоты дискретизации
Заканчивая разговор о синхронизации цифровых звукозаписывающих систем, хотелось бы обратить ваше внимание на такой важный момент, как выбор частоты дискретизации в проектах. Часто именно из-за неправильного выбора рабочей частоты возникают рассинхронизация, замедление или ускорение звука при переносе на другую систему (например, из студии звукозаписи в видеомонтажную) и масса других неприятных моментов. Чтобы избежать пересчета частоты дискретизации (он, как минимум, не улучшает звук, а при применении дешевых программных или аппаратных решений может ощутимо его испортить) лучше всего выбирать ту же рабочую частоту, какую будет иметь выходной продукт. Для компакт-диска это 44,1 кГц, для работы с видео принято использовать 48 кГц. При работе со звуком для кино, чаще всего это тоже 48 кГц, хотя тут возможны варианты, например, система кодирования DTS имеет рабочую частоту дискретизации 44,1 кГц. При работе с видео в формате NTSC иногда применяются нестандартные частоты (подробнее - в разделе про синхронизацию с видео). Если вы работаете целиком в цифровой системе (многоканальный магнитофон, пульт, мастер-магнитофон), то рабочая частота должна быть выставлена правильно на всех приборах. Иногда может возникнуть ситуация, когда в меню прибора или программы стоит одна частота, но реально работа ведется на другой (прибор или интерфейс берут частоту по Word Clock). Такой режим чреват неадекватной работой оборудования и проблемами с записанными аудиофайлами, поэтому необходимо следить, чтобы установки и реальная рабочая частота совпадали. Если вы используете аналоговый пульт, то важна частота, выставленная на мастер-магнитофоне.

MIDI-синхронизация

При работе с MIDI-устройствами кроме MTC применяются еще несколько способов синхронизации.

MIDI Clock
MIDI Clock предназначен для синхронизации таких MIDI-устройств, как секвенсоры и ритм-машинки, то есть тех, чья внутренняя временная сетка выражена в тактах и долях с соответствующим темпом. Технология эта довольно старая, но все еще применяющаяся для некоторых задач, например, при использовании старых ритм-машинок (некоторые из которых весьма популярны в определенных музыкальных стилях) или секвенсоров, встроенных в электронные музыкальные инструменты. Необходимость синхронизировать две секвенсорные программы в одной студии возникает крайне редко, но в этом случае MIDI Clock предпочтительнее MTC, так как синхронизация происходит с помощью близких секвенсорным программам тактов и долей, а не абсолютного времени, которое им надо еще пересчитывать в собственные единицы. В принципе, можно использовать MIDI Clock и для приборов, не имеющих прямого отношения к MIDI (например, ADAT магнитофоны с BRC), но это сложно, неудобно и ненадежно, поэтому я бы рекомендовал использовать этот формат только в крайнем случае.

Как уже упоминалось, синхронизация MIDI Clock основана не на единицах времени (минуты, секунды, кадры, как в SMPTE и MTC) а на единицах, привычных для музыкантов и секвенсоров - тактах и долях. MIDI Clock можно сравнить с дирижером или метрономом - дирижер (ведущее устройство) отмахивает доли, а, глядя на него, все музыканты оркестра (ведомое устройство) играют вместе. Ведущее устройство передает 24 сигнала MIDI Clock на протяжение четверти (соответственно, 12 сигналов на восьмую или 6 на шестнадцатую долю) со скоростью, соответствующей заданному темпу, а ведомое устройство воспроизводит записанные в него ноты в соответствии с приходящим отсчетом. Понятно, что количество отсчетов MIDI Clock в секунду будет напрямую зависеть от темпа, установленного в ведущем устройстве - чем выше темп, тем больше отсчетов.

Для управления ведомым устройством применяются три команды: MIDI Start, MIDI Stop и MIDI Continue. Получив команду MIDI Start, ведомое устройство приходит в готовность и ждет сигналов MIDI Clock, а, получив их, начинает воспроизведение с начала композиции. Останавливает воспроизведение команда MIDI Stop, после получения которой ведомое устройство "замирает" и ждет дальнейших указаний, причем сигналы MIDI Clock могут продолжать поступать, но прибор на них уже не реагирует. По команде MIDI Continue ведомый начинает воспроизведение (при поступлении MIDI Clock) с того места, где он остановился в предыдущий раз, в отличие от команды MIDI Start, при которой воспроизведение всегда начинается с начала.

Хочу обратить ваше внимание на то, что отсчеты MIDI Clock не несут информации о положении, они только дают отсчет - так же, как и взмахи дирижера сами по себе не говорят о том, с какого места партитуры нужно играть, дирижер должен произнести "с третьей цифры, пожалуйста", и только тогда музыканты поймут, где им начинать. По умолчанию и ведущий, и ведомый приборы считают, что воспроизведение нужно начинать с самого начала композиции (то есть с первого такта), поэтому, в принципе, возможна синхронизация, использующая только отсчеты MIDI Clock, но тогда вы не сможете задать воспроизведение с середины или любой другой, отличной от начала, точки музыкального произведения. Для того, чтобы явно указать ведомому, с какого места начинать, существует команда Song Position Pointer (SPP). SPP - это просто число, показывающее с какого MIDI-удара (MIDI-beat, в данном случае - шестнадцатая доля) должно начаться воспроизведение. Таким образом, если ведомому пришла команда SPP, равная 72, то это означает, что воспроизведение начнется с 72-й по счету шестнадцатой доли, то есть со второй четверти четвертого такта (при размере 4/4). После указания точки воспроизведения идет команда MIDI Continue (напомню, что если послать MIDI Start, то устройство начнет играть с начала, невзирая на SPP), и после прихода первых сигналов MIDI Clock начинается синхронное воспроизведение с нужного места композиции.

В случае, если все-таки необходимо использовать MIDI Clock с не-MIDI устройством (например, системой записи на диск), то последнее обычно выбирается ведущим. В нем необходимо установить темп и размер композиции, а также указать, на каких тактах и долях происходят смены темпа (если они есть). Если этого не сделать, то ведомый (например, секвенсор) будет воспроизводить композицию с одной и той же скоростью, невзирая на то, что изменения темпа прописаны в проигрываемом файле. Вводить все изменения темпа необходимо вручную, что для некоторых композиций (особенно с плавным изменением темпа) может быть довольно утомительно и чревато ошибками, которые не сразу и заметишь. Если система записи на диск выбрана ведомой (в том случае, если она это позволяет), то темп и его изменения все равно надо в ней указывать, чтобы система "знала", какой скорости соответствуют приходящие сигналы MIDI Clock, и могла корректно переводить SPP в абсолютные единицы времени (минуты, кадры). Хочу отметить, что, в принципе, не рекомендуется делать не-MIDI устройство ведомым по MIDI Clock, так как такая синхронизация весьма ненадежна.

Естественно, MIDI Clock передается по обычным MIDI-кабелям, причем, вполне может передаваться по одному порту даже вместе с очень насыщенной аранжировкой. В этом, собственно, и состоит его главное преимущество перед MTC - MIDI Clock требует в несколько раз меньше MIDI-сообщений. Поэтому при работе с насыщенными аранжировками и однопортовым MIDI-интерфейсом (например, в компьютере Atari или в звуковой плате для PC) MIDI Clock предпочтительней MTC (напомню, что пропускная способность MIDI - около 32 Кбит/с, и ее несложно исчерпать даже без дополнительных временных сообщений). Также целесообразно использовать MIDI Clock, если вы переписываете MIDI-информацию с одного секвенсора на другой по кабелям (хотя в наши дни необходимость в этом возникает очень редко), это можно сделать даже с увеличенной скоростью, выставив в ведущем более высокий темп, а в ведомом (куда записывается) - нормальный.

Установки при синхронизации посредством MIDI Clock довольно простые: надо указать ведущему передавать MIDI Clock по определенному порту (если устройство или MIDI-интерфейс многопортовые), иногда требуется отдельно выставить передачу Song Position Pointer. На ведомом выбирается порт, по которому будет приходить сигнал, и указывается использование поступающих сообщений MIDI Clock вместо внутренних "часов".

Вместо сообщений MIDI Clock иногда могут использоваться так называемые "тики" (ticks). Скорость передачи тиков не зависит от темпа, они передаются один раз в 10 мс (100 тиков в секунду), а ведомое устройство рассчитывает, сколько тиков приходится на одну долю самостоятельно, базируясь на своих внутренних часах. Тики также не несут никакой позиционной информации, только о скорости. Честно говоря, мне не встречались (или я этого не замечал?) устройства, синхронизирующиеся по тикам, но в стандарте MIDI такой способ синхронизации имеется.

MIDI Machine Control (MMC)
MIDI Machine Control был разработан для управления различными звуковоспроизводящими устройствами по MIDI. MMC представляет собой несколько стандартизованных MIDI-сообщений SysEx, которые распознаются многими устройствами. Эти сообщения кодируют команды "play", "stop" и им подобные, а в ответ на них ведомое устройство выполняет соответствующие действия. Каждый из приборов, входящих в систему, контролируемую MMC, должен иметь свой идентификационный номер (Machine ID). Диапазон номеров от 0 до 127, а нужны они для того, чтобы вы могли посылать специфические команды для любого из устройств в системе, - команды, адресованные специфическому Machine ID, будут выполняться только тем устройством, которое имеет этот номер. Machine ID задается в настройках прибора (или программы), там же необходимо указать, что он должен отвечать на команды MMC. В принципе, можно иметь в системе два устройства с одним и тем же идентификационным номером, тогда они будут одновременно выполнять все команды, адресованные их ID. Также можно сделать так, что прибор будет иметь несколько Machine ID, или даже занимать все номера от 0 до 127. Тогда он будет отвечать на команды, адресованные любому из этих номеров. Существует специальный "всеобщий" идентификационный номер (127), называемый "Call All", команды с ID=127 выполняются всеми устройствами в системе (естественно, если они могут это сделать), вне зависимости от заданного номера.

С помощью MMC на ведомом устройстве можно задать точку начала записи или воспроизведения, эта команда называется GoTo и указывает прибору такую точку в формате SMPTE (часы, минуты, секунды, кадры). Благодаря этой команде можно строить удобные в управлении синхронизированные системы. Например, мы имеем секвенсор и цифровой магнитофон с возможностью управления по MMC и способностью выдавать MIDI тайм-код, которые надо синхронизировать. Работаем мы в основном с секвенсором, а магнитофон содержит, допустим, треки с вокалом и партии, сыгранные "живыми" инструментами. Если мы используем только MTC, то ведущим надо выбирать магнитофон (делать его ведомым к секвенсору с надежной синхронизацией, конечно, можно, но потребует привлечения дополнительного синхронизатора). Но тогда для выбора стартовой точки и начала воспроизведения необходимо каждый раз обращаться к магнитофону, что очень неудобно, если основная работа идет в секвенсоре. Тут на помощь приходит MIDI Machine Control. Мы даем магнитофону установку отвечать на MMC-команды, а при воспроизведении выдавать на выход MIDI Time Code. Секвенсор мы устанавливаем таким образом, чтобы он выдавал на выход MMC с соответствующим ID, и при этом был ведомым по входящему MTC. Таким образом, когда мы устанавливаем в секвенсоре точку воспроизведения, он посылает MMC команду GoTo с соответствующим значением тайм-кода (если задано смещение, то с нужной компенсацией) магнитофону, тот перемещается на заданное место, нажимаем в секвенсоре "play" (пошла соответствующая MMC-команда магнитофону), магнитофон начинает воспроизведение и передачу MTC, а секвенсор "цепляется" к входящему временному коду и работает синхронно с магнитофоном (рис. 11). Таким образом, мы всей системой управляем из секвенсора (про магнитофон, раз включив его и настроив, можно вообще забыть), притом что секвенсор у нас ведомый по MTC, и вполне обошлись без дорогого синхронизатора. Если вы работаете с ленточным (типа ADAT) магнитофоном, то MMC-команды стоит отключать, когда звук с магнитофона не нужен, так как, отвечая на команды GoTo, он будет постоянно перематывать ленту (с системами записи на диск таких проблем нет).

Рис. 11

Кроме MIDI Machine Control был разработан также и другой протокол с аналогичным MMC назначением (только более "продвинутым" функционально). Он называется MIDI Show Control, однако в звукозаписывающей технике он применения не нашел, и в настоящее время используется для управления световыми эффектами.

FSK
Заканчивая разговор о MIDI, хотелось бы упомянуть еще один способ синхронизации звукозаписывающих устройств с MIDI-секвенсорами. Этот уже давно устаревший и в настоящее время очень редко используемый способ называется FSK (Frequency Shift Key). По своей сути он является переведенными в аудиосигнал (который можно записать на ленту) сообщениями MIDI Clock. Кодируются синхросигналы с помощью изменения частоты (отсюда и название), начало импульса соответствует резкому повышению частоты сигнала, конец - понижению. Рабочий диапазон частот FSK составляет примерно 1-3 кГц. В современных синхронизаторах FSK не поддерживается (просто это никому не нужно, так как сейчас любой секвенсор может работать с MTC), раньше же выпускались специальные синхронизаторы, выполнявшие преобразование из MIDI Clock в FSK и обратно, также некоторые аппаратные секвенсоры, ритм-машинки и синтезаторные рабочие станции имели встроенный FSK-синхронизатор. FSK не несет никакой позиционной информации (в классическом FSK не поддерживаются Song Position Pointer), поэтому для синхронизации ленту обязательно нужно воспроизводить каждый раз сначала - секвенсор при поступлении начинает проигрывать аранжировку с первого такта, в соответствии с темпом, задаваемым FSK. Это очень неудобно, и, несмотря на свою дешевизну, такой способ синхронизации довольно быстро потерял популярность. Впоследствии появились модернизированные варианты FSK, которые уже содержали позиционную информацию (такие как SPP FSK или FSK Plus) и, соответственно, устраняли данное неудобство, но в связи с широким распространением и удешевлением более универсальной синхронизации SMPTE/MTC, эти форматы не нашли широкого применения.

Синхронизация с видео

Теперь мы перейдем к вопросам синхронизации видео и звука. В нашей стране, к сожалению, многие телевизионщики относятся к звуку как к чему-то второстепенному, поэтому звукозаписывающих студий, ориентированных на пост-производство (post-production) для видео у нас практически нет. В большинстве остальных стран отношение совсем другое, даже есть такая пословица: "звук без видео - это радио, а видео без звука - безработица". Поэтому там звуку уделяется не меньшее внимание, чем изображению, существует очень много независимых коммерческих студий, специализирующихся именно на этом виде деятельности, да и собственные студии телекомпаний оборудованы, как правило, по высшему классу.

При съемке материала на видеокамеру звук, как правило, записывается одновременно с видео, на ту же кассету. Поэтому вопросы синхронизации в данном случае отпадают - все происходит автоматически. Обычно на профессиональных видеокамерах доступны для записи как минимум два звуковых канала. Если же количество нужных каналов записи превышает доступные на камере или требуется более высокое качество записи, то используются внешние звукозаписывающие устройства. В принципе, можно использовать переносные цифровые магнитофоны и без какой-либо синхронизации (такой способ еще называется wild sync, "дикая" синхронизация). Так как цифровые системы записывают звук очень стабильно и можно считать, что колебаний скорости у них нет, то на сравнительно коротких фрагментах заметных расхождений видеоряда и звука быть не должно. Однако при съемке длительных планов (более 3-5 минут, может быть, и меньше, зависит от системы) при "дикой" синхронизации может возникнуть "расползание" видео и звука. Поэтому для надежной записи используют синхронизацию - почти на каждой камере есть выход тайм-кода (SMPTE LTC или VITC), к нему и привязывается звукозаписывающий прибор. Использование временного кода удобно еще и тем, что в дальнейшем, при пост-производстве, по тайм-кодам легко найти запись звука, соответствующую изображению. Если же вы готовы поступиться удобством в дальнейшем производстве и важно только то, чтобы скорости камеры и звукозаписывающей системы были идентичными, то можно использовать композитный видеовыход камеры в качестве референсного видеосигнала, под который подстраивается аудиомагнитофон (рис. 12).

Рис. 12

Референсный видеосигнал, черное поле
При синхронизации с видеоаппаратурой часто (точнее, практически всегда) используется референсный видеосигнал (video reference) - это композитный сигнал (то есть передающийся по одному кабелю), для его передачи применяются 75-омные коаксиальные кабели и разъемы BNC, реже RCA. Этот видеосигнал используется в качестве источника информации о скорости, он передается с некоторым количеством кадров в секунду (в зависимости от системы, для PAL - 25 fps), и эта скорость кадров используется в качестве референсной всеми ведомыми устройствами (на самом деле, для видеоустройств происходит построчная синхронизация, но в синхронизации со звуком используется только покадровая информация). В соответствии с поступающим видео синхронизатор выдает пропорциональный ему Word Clock для цифровых устройств, а позицию старта обычно задает SMPTE (как LTC, так и VITC), Sony 9-pin или другой последовательный протокол. Источником видеосигнала может быть видеомагнитофон, монитор, видеопульт или специальный генератор. Самым лучшим решением при построении синхронизированных систем для работы с видео является именно использование отдельного генератора, от которого будет брать частоту кадров видеомагнитофон (для такой системы необходим профессиональный видеоаппарат, так как бытовые способны использовать только их собственный внутренний генератор) и все остальные устройства. Преимущество отдельного генератора (также смотрите далее про House Sync) состоит в том, что он обеспечивает более стабильный по частоте кадров видеосигнал, и клок-сигнал, сгенерированный по нему, имеет меньший уровень джиттера. Для небольших систем (один-два видеомагнитофона и звуковая рабочая станция), в принципе, можно использовать сигнал с видеомагнитофона как референсный, но будьте готовы к повышенному уровню джиттера. С цифровыми видеоустройствами ситуация в смысле стабильности частоты кадров несколько лучше по сравнению с аналоговыми, но они все равно проигрывают решениям с отдельным генератором.

В принципе, идеальной с точки зрения звука (в смысле джиттера) была бы система, в которой АЦП/ЦАП работают на частоте, задаваемой их внутренним генератором (то есть, были бы ведущими), а референсный сигнал для видеотехники с помощью синхронизатора конвертировался бы из выдаваемого преобразователями Word Clock или AES/EBU (видео было бы ведомым по скорости). Однако устройств, способных надежно выполнять такую конверсию (из Word Clock в Video reference) в настоящее время не существует, поэтому если предстоит работа с видеоматериалом, приготовьтесь сделать ведомой всю вашу звукозаписывающую систему.

Здесь хотелось бы еще раз вспомнить про систему NTSC. Дело в том, что при разработке цифровых форматов записи звука частоты дискретизации выбирались с учетом их кратности частоте кадров в видеосигнале (48.000:25=1920, 48.000:30=1600, с 44,1 кГц то же самое). Это было сделано именно для более простой синхронизации видео с цифровыми аудиосистемами. Однако в цветном NTSC количество кадров в секунду составляет 29,97, и ни 48, ни 44,1 кГц не делятся на это число нацело. Для решения этой проблемы были приняты дополнительные, пониженные (pulled down) частоты дискретизации, которые делятся без остатка на 29,97 - 44.056 Гц и 47.952 Гц. Однако это не решило проблемы - очень многие цифровые приборы не могут работать на этих нестандартных частотах, а если им "навязать" одну из этих частот с помощью Word Clock, они иногда работают хуже, чем на стандартных (опять, в основном, повышается уровень джиттера). К тому же часто возникает путаница, на какой частоте был изначально записан звук, - пониженной или стандартной, - в результате чего возможно "расползание" аудио и видео. Поэтому большая часть американских и японских студий, связанных с производством звука для видео, работают на стандартных, а не на пониженных частотах, выкручиваясь из этой ситуации разнообразными способами. Эти способы мы рассматривать здесь не будем (как хорошо жить в стране с 25 fps!), но если вам вдруг придется работать с видео в стандарте NTSC, по крайней мере, вы уже знаете о существовании таких проблем. А кто предупрежден, тот вооружен.

Одной из разновидностей референсного видеосигнала является стандартный композитный сигнал черного поля (Black Burst, точнее, Black and Burst). В соответствии с названием он представляет собой черный видеосигнал, в котором содержатся строчные и кадровые синхроимпульсы (вспышки, bursts). Его использование совпадает с обычным референсным видеосигналом, но в силу отсутствия "мешающей" видеоинформации он считается более надежным источником синхросигнала.

Многие современные профессиональные ЦАП и АЦП имеют собственный вход video reference, и поэтому могут быть использованы без синхронизатора. Однако, как правило, качество преобразования видео во внутренние тактовые импульсы конвертеров бывает хуже (опять - джиттер), чем у специально для этого предназначенных синхронизирующих приборов, так что решайте сами, сэкономить ли на синхронизаторе или иметь лучшее качество звука. К тому же при использовании нескольких АЦП или ЦАП возможны проблемы при взаимодействии с цифровыми пультами и записывающими устройствами, возникающие из-за не идентичности генерируемых частот дискретизации. Напоследок хотелось бы отметить, что видеосигнал (особенно Black Burst) является очень стабильным источником синхроимпульсов, поэтому при прочих равных предпочтительнее SMPTE LTC в качестве информации о скорости.

House Sync
Термин House Sync (к сожалению, мне не известен адекватный русский перевод) обозначает единый источник синхросигнала для всей студии (рис. 13). Это может быть референсный видеосигнал, AES/EBU, Word Clock, Super Clock (последние появились с приходом цифрового аудио в звукозаписывающие студии, раньше House Sync генераторы выдавали только видео), или комбинация из этих четырех. Такие единые источники синхросигнала в настоящее время производятся фирмами Aardvark, Rosendahl и dCS (а также и другими, менее известными). Выгоды от использования HouseSync очевидны - в таких генераторах клок, как правило, очень стабилен, они имеют много параллельных выходов (решается проблема распределения клока "звездой"), для каждого устройства можно выбрать подходящий ему формат синхросигнала (например, если прибор не имеет входа Word Clock, использовать AES/EBU). К тому же снимается головная боль при выборе ведущего устройства в различных режимах работы студии - с House Sync ведущий всегда один. Генераторы могут иметь базовые функции синхронизатора, например, подстраивать Word Clock под входящий видеосигнал (может пригодиться, если вы используете непрофессиональный видеомагнитофон), при этом пропуская его неизмененным на видеовыход (выходы). Выход AES/EBU часто называют AES Black (по аналогии с Black Burst), так как на этот выход не подается никакой звуковой информации, одни нули, иногда встречается такой же электрический SPDIF.

Рис. 13

RS-422
На интерфейсе RS-422 основано целое семейство протоколов, использующихся для управления видео- и аудиотехникой. По своей функциональности они похожи на MIDI Machine Control, только более богаты функциями (кроме стандартных команд типа play, stop, указания стартовой точки и т. п., управлению по RS-422 поддаются практически все функции аппарата - от уровня записи до выброса кассеты) и намного надежнее. Здесь мы рассмотрим только основы RS-422 протоколов, так как в основном они применяются в видеопроизводстве, для использования же их в звукозаписывающей студии вполне достаточно базовых сведений. Наиболее часто встречающимся протоколом из этого семейства является Sony 9-pin, существуют и другие, например, Sony BVW Protocol, Remote-1 Protocol, P2, Videomedia V-LAN, ESCAM и, возможно, какие-то еще. Многие из них совместимы между собой, но, в принципе, любая фирма может написать свой уникальный протокол, использующий этот интерфейс (и реализующий уникальные возможности ее техники).

RS-422 представляет собой последовательный интерфейс передачи данных, с максимальной скоростью до 115 Кбит/с и дальностью до 400 метров. RS-422 - это, по сути, "улучшенный" RS-232 (а последний есть в любом PC - это обычный последовательный порт), только для повышения надежности (и дальности) передачи сигналы в нем передаются симметрично, также, как и в симметричных звуковых соединениях. Как правило, для соединения используется девятиконтактный разъем D-Sub, но RS-422 позволяет передавать сигнал различными способами, даже по линии ISDN, что делает возможным управление аппаратом, находящимся на другом конце города. В силу "родства" RS-422 с последовательным портом управление по нему с компьютера реализуется довольно легко и дешево с помощью специального преобразователя интерфейса и программы, поддерживающей нужный протокол.

Как управляющие команды от ведущего, так и ответные сообщения от ведомого, передаются по одному многожильному кабелю и поступают на один девятипиновый разъем (в схемах разъемов контакты обозначаются "Tx", от "Transmit" - передаваемые данные, и "Rx", от "Receive" - получаемые данные). Поэтому система на основе RS-422 строится, как правило, "звездой", то есть от ведущего устройства идет отдельный кабель к каждому ведомому. Некоторые протоколы (например, ESCAM) допускают последовательное соединение "цепочкой" от прибора к прибору, в этом случае каждому аппарату назначается свой идентификационный номер (как в MMC), но в практике студий звукозаписи, где используются максимум один-два видеомагнитофона, подобные протоколы применяются нечасто.

Надежность RS-422, кроме симметричного способа передачи сигналов, обеспечивает еще и то, что на каждую отдаваемую ведущим устройством команду приходит подтверждение о выполнении (или невыполнении) от ведомого. Возможны три варианта ответа ведомого: ошибка, простое подтверждение о выполнении, подтверждение с некими данными (если они были затребованы ведущим, например, текущее значение тайм-кода). Если ведущий не получает такого подтверждения, то дальнейшие команды данному устройству не отдаются, и система сообщает об ошибке. Надежность также повышает наличие в RS-422 системы обнаружения ошибок - контроля четности. Таким образом, даже если по какой-то причине ошибки и возникают, то легко отследить виновного, будь-то прибор или кабель.

Для управления видеомагнитофоном с компьютерной звуковой рабочей станции или другого звукозаписывающего устройства нужно, чтобы программа или прибор поддерживали один из протоколов RS-422 (обычно это Sony 9-Pin). Затем вы делаете в ведущем устройстве соответствующие установки на передачу команд, а ведомое переключаете в режим управления по RS-422. Следует уточнить детали поддержки этого протокола у производителя вашего программного и/или аппаратного обеспечения - дело в том, что все команды Sony 9-Pin, насколько мне известно, не поддерживает ни одна звукозаписывающая система (да это, собственно, и не нужно). Необходимыми являются команды транспорта (play, stop и т. п.) и команда Cue up with Data (установка ведомого на определенное значение временного кода). Используя эти команды, можно управлять магнитофоном с компьютера, при этом вся звуковая система будет ведомой по референсному видеосигналу от видеоустройства или отдельного генератора (примерно так же, как мы управляли с секвенсора цифровым магнитофоном по MMC). Остальные команды, такие, как track arming, управление jog/shuttle для замедленного просмотра, команды записи и редактирования видео- и аудиодорожек, и другие, безусловно, облегчают жизнь, но не являются уж очень важными, поэтому их поддержка сильно отличается у разных программ и приборов.

В протоколе Sony 9-Pin предусмотрена поддержка разных моделей видеомагнитофонов (все они - производства Sony), чтобы определить команды, которые устройство в состоянии выполнить. Определение конкретной модели происходит автоматически: ведущий посылает ведомому команду идентификации, а в ответ получает код модели. Если ваш магнитофон не Sony, уточните в инструкции, как он будет идентифицироваться, обычно поддерживается имитация одного из устройств Sony. В принципе, естественно, набор управляемых функций вовсе не ограничивается возможностями видеомагнитофонов (например, в классическом Sony 9-Pin поддерживается команда "track arming" только для восьми аудиодорожек), но для реализации нестандартных функций (например, расширение track arming до 48 дорожек) требуются нестандартные же команды. Чтобы выяснить возможности управления по RS-422 вашего звукозаписывающего оборудования, обращайтесь к соответствующему разделу инструкции, вы можете найти там много интересного.

Если вы хотите сделать ведомым по RS-422 звукозаписывающий прибор или программу, здесь примерно то же самое, только на звуковом аппарате вам необходимо задать конкретную модель имитируемого устройства (одну из моделей видеомагнитофонов Sony). Список поддерживаемых команд в режиме ведомого также сильно отличается у разных производителей.

Кроме собственно управляющих команд по RS-422 может передаваться и последовательный временной код, считываемый с VITC или LTC, записанного на видеокассете. Он обычно используется только как идентификатор текущего положения, а информация о скорости всегда берется с референсного видеосигнала. Передаваемый тайм-код может использоваться, например, следующим образом. Звуковая рабочая станция по RS-422 отдает управляющие команды видеомагнитофону. Получив "play", последний начинает воспроизведение и выдает по RS-422 временной код. Рабочая станция начинает воспроизведение с точки, указанной приходящим тайм-кодом, и проигрывает звук со скоростью, соответствующей скорости видеомагнитофона. Теоретически было бы достаточно указать магнитофону стартовую точку, а затем просто начать воспроизведение одновременно с ним. Однако в реальном мире время ответной реакции на команду у различных магнитофонов отличается, поэтому для точной синхронизации рабочей станции необходимо работать с реальным временным кодом, прописанным на ленту (рис. 14).

Рис. 14

Напоследок хотелось бы обратить ваше внимание на распиновку кабелей RS-422. Во-первых, распиновка кабеля для работы ведущим и ведомым может различаться (зеркально). Некоторые устройства способны автоматически определять, для какого режима подключен кабель, и, соответственно, менять свою внутреннюю коммутацию. Однако это происходит не всегда (особенно со звуковым оборудованием), поэтому будьте внимательны - смотрите в инструкцию и, во избежание проблем, покупайте фирменные кабели для вашей задачи (если не хотите сами возиться с паяльником и схемами). Во-вторых, пятый контакт на звуковых приборах может иметь разное назначение. По нему могут передаваться некие дополнительные данные (Aux), может идти постоянный ток +5 В, или он вообще может быть не задействован. Поэтому внимательно изучите распиновку для вашего прибора, для некоторых аппаратов (например, Studer A 827) рекомендуется пятый контакт не подключать совсем. Другие (например, приборы AMS/Neve) не используют первый и девятый контакты (обычно по ним идет "земля"), так что будьте бдительны.

Синхронизация систем линейного видеомонтажа
Здесь хотелось бы немного отвлечься и для того, чтобы вы могли ориентироваться в видеомонтажных системах (если вдруг придется взаимодействовать с ними), вкратце описать базовые принципы организации профессиональных видеокомплексов. В таких системах, в отличие от SMPTE, информация о скорости и позиции передаются раздельно - Black Burst и RS-422 соответственно. Сердце монтажной - видеопульт, который, как правило, является ведущим по обоим типам синхросигналов (часто ведущим является мастер-магнитофон, но это зависит от системы синхронизации). С этого пульта по RS-422 ведется управление всеми подключенными к нему видео- и аудиоприборами. Источник покадровой синхронизации (Black Burst) всегда один для всей студии. Отличительной особенностью работы с видео является то, что на видеокассете обязательно присутствует временной код (SMPTE VITC, обычно прописывается уже при первичной записи видеокамерой), передаваемый на пульт по протоколу Sony 9-pin, сам же пульт только задает стартовые точки, с которых магнитофоны начинают воспроизведение или запись, а также управляющие команды. Видеопульт, кроме монтажных операций и спецэффектов (в некоторых моделях), выполняет также и роль синхронизатора, на многих пультах, помимо Black Burst и Sony 9-pin, есть входы-выходы SMPTE LTC, и иногда других форматов.

Так как VITC тайм-код нельзя отделить от изображения и можно переписать только вместе с ним (что, как правило, нежелательно), во всех профессиональных видеомагнитофонах предусмотрена дополнительная дорожка временного кода. В аналоговых аппаратах (как Betacam SP) - это дорожка, на которую записывается SMPTE LTC, в цифровых тайм-код прописывается в область субкода. Этот дополнительный временной код можно перезаписывать, оставляя изображение неизменным, и в установках магнитофона задавать, какой из двух тайм-кодов сделать в данный момент основным и подавать на RS-422.

Наэкранный временной код
и применение бытовых видеомагнитофонов

Наэкранный временной код представляет собой цифры тайм-кода, отображаемые внизу или в углу видеокадра (рис. 15). Такое "прожигание" (по-английски эта процедура обычно называется "Burn-In Timecode" или "On-Screen Timecode") временного кода на экране может быть произведено с помощью профессионального видеомагнитофона (обычно цифры выводятся через мониторный выход аппарата) или синхронизатора (такую функцию имеют только достаточно "продвинутые" модели). Основное применение наэкранные коды находят в линейных системах видеомонтажа. Там, где много видеомагнитофонов с исходным материалом и каждая лента имеет свой тайм-код, намного проще взглянуть на экран монитора с нужным кадром и считать временную позицию, чем искать ее на монтажном пульте (сами видеомагнитофоны, которые тоже отображают текущую позицию, в больших монтажных обычно находятся вне поля зрения оператора или вообще в соседней комнате). Наэкранный тайм-код используется также и для чернового видеомонтажа, при этом используются "прожженные" копии оригинального материала, чтобы не изнашивать ленту на исходных кассетах. После такого чернового монтажа легко восстановить последовательность монтажных склеек и по наэкранным значениям временного кода сделать уже чистовой монтаж.

Рис. 15

В звуковом производстве также часто приходится иметь дело с такими лентами. Обычно из видеомонтажной передают именно такую ленту с черновым материалом, при этом реальные значения временного кода (VITC, например) особого значения не имеют, главное, чтобы система работала синхронно, а синхронизация с чистовым материалом (уже с реальными тайм-кодами, которые раньше были только на мониторе) производится введением соответствующих смещений (offset). Имея наэкранные значения, звукоинженер находится с режиссером или видеоинженером в одной системе координат, и при этом может использовать такую синхронизационную технику, которая лучше подходит именно для него. Поэтому я рекомендую всегда для пост-производства звука требовать от видеоинженеров кассету с "прожженным" тайм-кодом, это позволит избежать многих проблем и трений.

Еще один способ использования наэкранного временного кода - это применение его при работе с бытовыми видеомагнитофонами. Это может пригодиться, например, в работе композитора, который может взять VHS-кассету с фильмом домой и использовать ее при сочинении музыки на своем секвенсоре. А наэкранный тайм-код опять-таки поможет ему разговаривать с режиссером фильма на одном языке. При этом можно синхронизировать видео с кассеты и секвенсор, используя бытовой видеомагнитофон класса HiFi-Stereo.

В принципе, использование бытовой техники (неважно, видео или аудио) в условиях профессиональной студии обычно не оправдывает себя. Не говоря уже о качестве звука или изображения, которое у бытовых аппаратов обычно хромает, общая надежность у них тоже невысокая. В профессиональных условиях тот же видеомагнитофон используется весьма интенсивно (постоянные перемотки, поиск нужного кадра), а бытовой прибор просто не рассчитан на такие нагрузки. Кроме того, ни один бытовой прибор не способен работать в синхронизированных комплексах, и в лучшем случае может быть только ведущим. А делать ведущим самый ненадежный (и некачественный) прибор в студии вряд ли имеет смысл.

Однако синхронизация секвенсора с бытовым видеомагнитофоном для работы композитора в домашней студии является, в общем-то, допустимым компромиссом, так как в этом случае нагрузка на магнитофон небольшая. Делается же это так: на одну из HiFi-аудиодорожек магнитофона одновременно с видео записывается SMPTE LTC тайм-код. Одновременно потому, что HiFi дорожки могут быть перезаписаны только вместе с видеосигналом. Самый простой способ - взять LTC с соответствующего выхода профессионального видеомагнитофона или системы нелинейного видеомонтажа. В случае отсутствия такой возможности, или если есть желание сменить временной код, нужно воспользоваться синхронизатором. Вы подключаете выход LTC синхронизатора к аудиовходу магнитофона и записываете временной код. При этом ваш синхронизатор, который генерирует записываемый тайм-код, обязательно должен быть ведомым по референсному видеосигналу. Тогда (и только тогда) у генерируемого LTC будет точно такая же частота кадров, что и у записываемого видеосигнала. То есть при смене кадра в видеоряде одновременно происходит смена кадра SMPTE. Желательно, чтобы значения LTC и наэкранного тайм-кода совпадали, но это уже не принципиально (потом можно добиться совпадения посредством смещений), главное, чтобы частоты кадров видео и записанного на аудиодорожку временного кода соответствовали друг другу. Если частоты различаются, то у вас впоследствии возникнут проблемы при синхронизации написанной музыки и видеоряда. Если вы используете компьютерную систему нелинейного видеомонтажа, но обделены многофункциональным синхронизатором (который способен быть ведомым по video reference), есть еще один вариант точной синхронизации. Правда, этот способ работает только с платами видеозахвата, которые имеют также и собственные звуковые входы-выходы. SMPTE LTC генерируется программно в аудиофайл (такая функция есть у Cubase VST и ряда других программ), затем этот файл с тайм-кодом подставляется в видеоредактор и направляется на один из аудиовыходов. На бытовую кассету одновременно записываются и временной код, и видео. Если плата видеозахвата (а, точнее, сопряжение ее аудио- и видеочастей) построена правильно, то в этом случае скорости смены кадров SMPTE и реального видеосигнала должны совпадать. Рекомендую лишний раз проверить эту систему на вашем оборудовании, чтобы избежать проблем в разгар работы. Еще раз хочу обратить внимание, что LTC тайм-код обязательно должен быть сгенерирован программно, а не записан через аудиовход с внешнего генератора, так как при правильной программной генерации LTC каждый кадр временного кода будет длиться ровно 1920 семплов (при 25 fps и 48 кГц), при записи же с внешнего источника соблюсти такую пропорцию практически невозможно. Многие дешевые платы видеозахвата не имеют собственной аудиочасти и при вводе-выводе звука полагаются на отдельную звуковую плату; в этом случае приведенная методика не сработает, так как частота дискретизации платы никак не привязана к частоте кадров видео (да и вообще, у подобных систем нередки "расползания" видео и звука по той же причине).

Подготовив таким образом видеокассету (где вы будете генерировать наэкранный тайм-код не принципиально, главное, чтобы он совпадал с общепринятой временной сеткой проекта, над которым ведется работа), вы отдаете ее композитору. Он соединяет аудиовыход видеомагнитофона, с которого пойдет временной код (левый или правый канал, а лучше пропишите на оба) с входом SMPTE своего MIDI-интерфейса (а такие интерфейсы с возможностью преобразования SMPTE в MTC в настоящее время недороги и широко распространены), настраивает секвенсор для внешней синхронизации, выставляет необходимые смещения, и все (рис. 16). Стоит нажать кнопку "play" на видеомагнитофоне, как секвенсор начинает синхронно воспроизводить аранжировку. Имейте в виду, что этот фокус проходит только с MIDI, если в секвенсор записаны еще и аудиодорожки, то их стоит отключить, так как они не будут надежно синхронизироваться в данной системе. Синхронизация аудиочасти секвенсора или отдельного магнитофона потребует значительно более дорогого синхронизационного оборудования, и в этом случае я бы все-таки посоветовал использовать профессиональный видеомагнитофон. Написанная композитором музыка в виде MIDI-файла переносится в основную студию, загружается в секвенсор, и если все было сделано правильно, после выставления необходимых смещений музыка будет играть синхронно с картинкой, так же, как и у композитора дома. Опять-таки, рекомендую всю систему предварительно проверить (поскольку в нее вовлечена непрофессиональная техника, от которой можно ждать любых сюрпризов), чтобы потом не мучиться с подгонкой скорости музыки под видео, если они вдруг почему-то "расползаются". Рекомендую также сохранить отданную композитору видеокассету до конца производства фильма - если возникнут проблемы, то по этой кассете можно будет отследить как минимум причину их возникновения, а возможно, и избавиться от них.

Рис. 16

Синхронизация в кинопроизводстве

В принципе, с этого раздела стоило бы начать данную статью. Так как именно в области кино впервые возникла сама необходимость в синхронизации, родились многие идеи, впоследствии нашедшие применение в видео и звуковом производстве, именно благодаря кино были разработаны многие звуковые технологии. Одни из самых сложных звуковых систем работают именно на производстве фильмов, а сам процесс этого производства сложен и многостадиен, причем на всех этапах в настоящее время присутствует звук, поэтому четкая синхронизация в кинопроизводстве очень важна. Рассмотрение всех аспектов синхронизации на всех этапах производства фильма заняло бы, по меньшей мере, столько же места, что и предшествующее повествование, поэтому я постараюсь описать только некие основы синхронизации с кинопленкой, не сильно вдаваясь в детали.

Начать хочется с того, что в мире кино время измеряют не секундами и минутами, как мы с вами привыкли, а метрами или футами (кинопленки). Метрами принято измерять время в странах с метрической системой, в том числе и у нас, для 35-миллиметровой кинопленки одному метру соответствует 2,187 секунды или 52,48 кадра (при съемке со скоростью 25 fps - в Европе и у нас принято снимать кино с частотой кадров 25 fps, в США стандартом для киносъемки является 24 fps, хотя некоторые работы для телевидения снимаются и на 30 fps.). Но при монтаже метрами мерять неудобно, так как число кадров на метр получается дробным, поэтому стандартными единицами измерения времени в кино являются футы. На каждый фут приходится ровно 16 кадров. Футы отмечаются на кинопленке специальными отметками (еще при ее изготовлении), которые становятся видны после проявки. Так как при производстве фильма одним роликом с пленкой не обойтись, то в систему координат входит еще и номер ролика. Таким образом, принятый в кинопроизводстве формат записи позиции кадра таков: номер ролика, футы, кадры (reel number, feet, frames), вы можете найти такой формат временной сетки во многих звуковых программах (без номера ролика, естественно; просто "feet, frames").

Еще одной особенностью кинопленки является то, что при съемке на нее никак нельзя записать временной код. Поэтому для того, чтобы можно было легко совместить изображение с одновременно записанным звуком, применяется хлопушка. На хлопушке обычно пишут название фильма, номер ролика, номер сцены и номер дубля. Сразу после команды "мотор" ассистент режиссера помещает хлопушку в кадр, произносит вслух то, что на ней написано (кроме номера ролика, это не нужно), и громко этой хлопушкой хлопает. Потом, при монтаже, записанный на площадке звук по этому хлопку легко совмещается с изображением.

Однако единой стартовой точки для надежной синхронизации мало, необходимо еще, чтобы скорости магнитофона и киноаппарата совпадали. На заре звукового кино применялись магнитофоны, пишущие на перфорированную ленту с магнитным слоем - маг-ленту (magnetic film), которая из-за перфораций синхронизировалась автоматически. Однако такие аппараты были громоздки и неудобны, особенно на съемочной площадке (при монтаже фильма эти недостатки не играют большой роли, поэтому в этих условиях маг-лента применяется кое-где даже сейчас). Для того, чтобы синхронизировать скорости катушечного магнитофона и киноаппарата, применяется пилот-тон.

Пилот-тон
Пилот-тон (pilot-tone) можно назвать "дедушкой" всех тайм-кодов и вообще систем синхронизации. Он был разработан основателем легендарной фирмы Nagra Штефаном Кудельски, поляком, иммигрировавшим в Швейцарию, и в виде конечного продукта воплощен в портативном магнитофоне NAGRA III в 1958 году. Принцип его действия основан на том, что скорость мотора киноаппарата пропорциональна частоте переменного тока, от которого он питается. Идея Кудельски была записать этот сигнал переменного тока с камеры (естественно, с пониженным уровнем, частота 50 или 60 Гц, в зависимости от страны) на ленту одновременно со звуком, а затем, при воспроизведении, отслеживая флуктуации частоты варьировать скорость лентопротяжного механизма - если считываемая частота больше номинальной (она подавалась с кинопроектора), то мотор магнитофона замедляется, и наоборот. Таким образом, если при съемке скорость камеры немного варьировалась, то и скорость воспроизводимого звука повторяла эти флуктуации. При таком способе работы камера при съемке соединялась с магнитофоном при помощи кабеля, по которому и передавался пилот-тон. Для того, чтобы не занимать отдельную дорожку под пилот-тон (к тому же NAGRA III была монофонической), он записывался специальной двойной головкой - одна ее часть записывала пилот-тон, вторая - его же, но в противофазе (рис. 17). Таким образом, при считывании обычной широкой головкой, которая захватывала оба сигнала одновременно, противофазный пилот-тон складывался с основным, и в результате 50/60-герцовый шум не был слышен.

Рис. 17

Для того, чтобы избавиться от соединяющих камеру с магнитофоном кабелей, была придумана система Neopilot. В этой системе скорость мотора камеры зависит не от частоты переменного тока "из розетки", а от прецизионного кристалла, генерирующего нужную частоту (50 или 60 Гц). Такой же прецизионный кристалл установлен в магнитофоне. Отличия генерируемой частоты у этих двух кристаллов незначительны и начинаются только от третьего знака после запятой. При записи пилот-тон с внутреннего генератора магнитофона записывается на ленту. А при воспроизведении встроенный в Нагру синхронизатор сравнивает частоту считываемого пилот-тона с частотой внутреннего кристалла и соответственно варьирует скорость. Таким образом, без дополнительных кабелей с приемлемой точностью выравниваются скорости киноаппарата и магнитофона. Базовую частоту синхронизатор может брать не только с внутреннего генератора, но и с внешнего источника, например, с того же кинопроектора, так что даже в случае отсутствия прецизионного кристалла в нем возможно обеспечить синхронность. У стереомагнитофонов (NAGRA IV.S с дополнительной синхроплатой и головкой) пилот-тон пишется не двойной головкой в противофазе, а на специальную центральную дорожку.

Bi-Phase/Tach синхронизация
После записи звука на съемочной площадке и синхронного его переноса на основную звукозаписывающую систему в студии, необходимо синхронизировать этот студийный магнитофон (или компьютерную звуковую рабочую станцию, неважно) с кинопроектором для дальнейшего монтажа, записи и сведения материала. В настоящее время во многих студиях принято перегонять смонтированный киноматериал на видеопленку и работать уже в формате видео. Такой подход имеет ряд преимуществ: во-первых, это дешевле, так как нет нужды в дорогом кинопроекторе с возможностью синхронизации, большом экране и соответствующего размера аппаратной. К тому же на одну кассету влезает весь фильм, а на рулон кинопленки только 10 или 20 минут материала. Однако для того, чтобы увидеть фильм в том же масштабе и разрешении, что и в кинотеатре (а без этого сложно создать адекватную звуковую картину), необходимо работать с кинопленкой, проектором и большим экраном.

Некоторые современные модели кинопроекторов имеют встроенный выход SMPTE LTC (конкретные значения тайм-кода вычисляются по счетчику кадров с учетом смещений, выставленных оператором) - с такими аппаратами синхронизироваться несложно (смотрите раздел, посвященный SMPTE), но они довольно дороги.

Для синхронизации обычного кинопроектора со звуковыми системами используется сигнал с тахометра (счетчика оборотов) лентопротяжного механизма киноаппарата. Существуют два вида такого рода сигналов. Первый называется бифазным (Bi-Phase), он содержит два идентичных сигнала с тахометра (они представляют собой прямоугольные волны), но один из них повернут по фазе на 90 градусов относительно другого (передаются по разным проводам параллельно). По этой разнице фаз синхронизатор определяет направление движения киноленты. Второй тип называется тах-сигнал (Tach), в нем по одному проводу передаются сигналы с тахометра, а по другому - указатель направления движения (вперед-назад). Так как количество сигналов с тахометра, соответствующее перемещению одного кадра, у разных кинопроекторов отличается, в синхронизаторах предусмотрена настройка этого параметра (от 2 до 256 импульсов на кадр). Кроме того, индивидуально настраиваются и прочие параметры: например, какой из бифазных сигналов считать основным, а какой - добавочным (с повернутой фазой). Также индивидуальны разъемы и распиновки для каждого проектора.

Несмотря на то, что сам по себе бифазный сигнал не содержит позиционной информации, "умный" синхронизатор способен только по нему вычислять точные значения временного кода. Для этого в синхронизаторе задается стартовый кадр (обычно первый кадр ролика) и соответствующее ему значение SMPTE временного кода. Так как тахометр кинопроектора работает и при быстрых перемотках, а синхронизатор может определять направление движения кинопленки, то в любой момент синхронизатору известно, на каком конкретно месте от стартового кадра находится кинопленка. Поэтому после задания стартовой точки мы можем начинать воспроизведение с любого места киноленты, позиция вычисляется и передается звуковой системе автоматически.

Заключение

Вот мы и закончили рассмотрение основ синхронизации аудио-видео-киносистем. Многое, к сожалению, осталось за рамками статьи, но я надеюсь, что вы получили базовую информацию о синхронизации Напоследок хотелось бы преподнести читателю несколько основных правил синхронизации, которые действуют вне зависимости от используемых форматов.

1. Используйте тот формат, который наиболее "близок" синхронизируемому прибору. Например, не стоит делать цифровой (да и аналоговый) магнитофон ведомым по MIDI Clock, или добиваться от видеомагнитофона синхронизации по FSK. Может быть, вы и добьетесь синхронной работы, но такая система будет ненадежна и использует любой случай, чтобы выйти из строя.

2. Делайте синхронную систему максимально простой. Чем больше звеньев в системе, тем больше вероятность того, что какое-нибудь из них даст сбой. Здесь главное не переусердствовать и оставить себе поле для маневра, чтобы дополнительный звуковой модуль, принесенный аранжировщиком, не стал для вас головной болью.

3. Старайтесь как можно меньше изменять работающую синхронную систему (особенно опасно менять мастер-устройство). Старайтесь, по возможности, распределять синхросигналы "звездой", в этом случае выход из строя одного устройства не нарушит работы остальной системы. Еще помогает применение House Sync.

4. Не экономьте на кабелях и разъемах! Один оторвавшийся контакт может стоить многих часов потерянного времени. Кроме того, повторюсь, кабели для синхронизации тоже могут влиять на качество звука, иногда даже сильнее, чем кабели, по которым он (звук) непосредственно передается.

5. Это уже не правило, а предупреждение. Даже если вы сделали все так, как написано в этой статье и в инструкциях к вашим приборам, система может не заработать по неизвестным причинам. Не отчаивайтесь, сделайте перерыв и начните все сначала. Может быть, в следующий раз все получится!

  Оценка статьи

Посещений: 4630 | Проголосовавших: 3 | Средняя оценка: 5.0

   

  Комментарии

19.04.03 19:49
Олег В. Ермаков amt@mksat.net
Уважаемый Антон, к сожалению Вы, как впрочем и Д. Попов, в предыдущей статье, путаете МЕТОД записи сигнала на пленку со СТАНДАРТОМ синхронизации. FSK- не унифицированный (Cansas Tape Bulk Format) стандарт, описывающий именно принцип записи какой-либо цифровой последовательности на аналоговый носитель. Фактически, кодированный в FSK сигнал может нести цифровую информацию любого типа (синхронизации), вне зависимости от её первоначального источника. Ваши утверждения об отсутвии в кодированной в FSK позиционной информации неправильны. Что же касается формата ADAT, то в его протоколе, помимо отдельных совмещенных аудио- и синхро-каналов (он, разумеется, один- абсолютно адеквтный в программном смысле описанному Вами разъему ADAT Sync), предусмотрен обычный свободный MIDI канал, (или "М" бит в субфрейме)... Информация этого канала пишется напрямую на носитель в реальном (относительном) времени. Сами понимаете, что этот канал можо использовать, при наличии соответствующего конвертера, разумеется, для прописывания ЛЮБОЙ MIDI информации. В том числе и синхронизирующей. С уважением, Олег В. Ермаков, AMT, конструктор, (ex-CANCER, MC1012 Song Pointer Tape MIDI synchronizer, 1995) www.amt.mksat.net www.amt.mksat.net/mc2012.html

21.01.05 09:19
Артур arthur73@gmx.net
Если возможно, опишите как можно синхронизировать 2 Betacam SP 1200-й и 1800-й, не используя внешних синхронизаторов.Цель - использовать один из них как ведомый, чтобы скопировать один к одному кассеты.Спасибо.

20.08.08 01:09
Dimas tobedimas@gmail.com
спасибо!поделитесь опытом записи (накоплением)звука с синхронизацией на два разных ПК с разными цифровыми интерфейсами. интерфейсы объединить невозможно.

В связи с обилием спама размещение комментариев отключено. Пользуйтесь форумами.

РЕКЛАМА

 
       


Цены на рекламу


Музыкальное Оборудование
www.muzoborudovanie.ru
www.moline.ru
mail@muzoborudovanie.ru
© Агентство ДАТА