Roma Robot - Sync a New Level of Show

SMPTE – это время, которое начинается с нуля. Так же, как и в обычной жизни, в SMPTE есть часы, минуты и секунды. Максимальное значение SMPTE – 24 часа, как и в сутках. Но есть и отличие от привычного для нас измерения времени – это кадры. Терминология пришла из кино. Так как одна секунда видео содержит в себе определенное количество кадров, то и временной код определяется видеокадрами. Но количество кадров может быть различным в зависимости от формата видео. Это применимо также для SMPTE, поэтому он может быть разным.

Есть несколько форматов SMPTE: 24fps (frames per second – кадров в секунду), 25fps, 30fps, 29.97fps (он же 30fps drop). Все эти значения, кроме 24 fps, были обусловлены форматом телевещания в конкретной стране – PAL, SECAM, NTSC – которые, в свою очередь, были обусловлены частотой электросети (50 Гц, 60 Гц) и стандартами передачи цветного изображения. 24 fps – это киноформат, так как кино снимается на пленку, где одна секунда содержит в себе 24 кадра.

В самом начале мы с вами договаривались, что в этой книге будет минимум лирических отступлений, но одно все же сделать нужно, так как эта информация нам нужна для понимания различия между линейным и другими форматами таймкода

Простейшей единицей информации в LTC является блок данных, передающий каждый кадр реального времени, поэтому он так и называется – кадр SMPTE. Для кодирования битов в LTC-сигнале используется схема под названием Bi-Phase Mark: нули кодируются одиночным переворотом фазы на границе периода, единицы – двумя переворотами (один на границе периода, другой в половине периода). LTC-кадр имеет длину 80 бит. Структура кадра показана на рисунке.

Время SMPTE кодируется методом BCD (Binary Coded Decimal). В этом методе под каждую десятичную цифру отводятся четыре бита. В кадре на запись времени отводятся 26 бит. Между ними присутствуют дополнительные данные, которые по большей части относятся к параметрам видеокадра, а также данные User Bits, которые в свободной форме могут использоваться для передачи дополнительной пользовательской информации. На данный момент такой способ передачи дополнительных данных не используется, и информация в этих областях всегда равняется нулю. Завершается блок данных синхрословом (последние 16 бит). Синхрослово используется для определения границы кадра, значение которого фиксировано: 0011 1111 1111 1101.

Если таймкод записан на ленту правильно, то при воспроизведении никаких проблем не возникает, так как информация записана физически. В этом и есть один из секретов надежности LTC.

Время прошло, и на телевидении SMPTE стали писать уже в других форматах: VITC, CTL, BITC, Keycode.

Поговорим теперь о другом варианте работы с SMPTE. Следующий интерфейс пришел из мира музыки. Это MIDI. Он очень обширен и позволяет работать с разными форматами данных. Более подробно о MIDI и его структуре мы поговорим в следующей главе, а сейчас затронем формат работы со временем. Называется он MTC (MIDI Time Code).

Первое отличие его от LTC в том, что этот формат полностью цифровой и кодируется в шестнадцатеричной системе исчисления (в то время как LTC кодируется бинарным способом).

Второе: этот формат нельзя записать на носитель (как LTC), он генерируется программно или аппаратно.

Теперь давайте подробнее затронем цифровую часть этого протокола. Существует два типа MTC сообщений: Full-message (полное сообщение) и Quarter-frame (четверть сообщения).

Full-message содержит в себе информацию целого таймкод кадра. Такое сообщение отправляется в определенных случаях: остановка, начало воспроизведения, перемотка и др.

Quarter-frame сообщения отправляются в случае штатного воспроизведения. Как следует из названия, в момент передачи одного таймкод кадра используются четыре Quarter-frame сообщения. Но вот парадокс, чтобы закодировать информацию о полном SMPTE кадре через MTC, необходимо использовать восемь Quarter-frame сообщений. Из этого следует, что, чтобы передать через MIDI информацию о полном кадре таймкода, необходимо потратить время, равное воспроизведению двух кадров SMPTE таймкода. Это означает, что к моменту, когда принимающее устройство декодирует информацию о полном кадре, она уже устареет на два кадра. А также из-за этой особенности принимающее устройство будет получать по MIDI только каждый второй кадр. Чтобы по итогу принимающее устройство смогло корректно интерпретировать принятый таймкод, оно должно сделать поправку на два кадра и также самостоятельно генерировать недостающие кадры. К сожалению, не все производители оборудования реализуют подобные алгоритмы, по этой причине MTC на разных устройствах может работать по-разному.

LTC и MTC – это основные форматы при работе с синхронизацией по времени. Чуть позже мы с вами еще вернемся к вопросу таймкода и разберем несколько альтернативных интерфейсов для кодирования и передачи времени.

Поговорим теперь о протоколах, которые передают не время, а сообщения. Они обеспечивают синхронизацию по определенным событиям, а не по времени (в этом случае постоянная синхронизация отсутствует). В начале 70-х годов, в эру зарождения компьютерных технологий, разные компании экспериментировали и придумывали все новые и новые стандарты передачи данных, увеличивая скорость, надежность и дальность их передачи. К этому времени шоу-индустрия нуждалась в более продвинутом и функциональном протоколе синхронизации, так как LTC было уже недостаточно. Настало время появления на свет новых интерфейсов, которые сделали определенный прорыв в шоу-индустрии.

Как я уже говорил, новые разработки в мире синхронизации зачастую приходили из музыкальной индустрии. В конце 70-х годов особенное распространение получили музыкальные синтезаторы. Это были электрические музыкальные устройства, которые модулировали определенные звуки, управляемые напряжением.

Для каждой тональности звука существовал свой генератор. Модель каждого синтезатора характеризовалась эффектом или звуком, который она могла модулировать. В те времена рабочее место музыканта состояло из множества различных синтезаторов и управлять всем этим было очень непросто. Потребности росли – и в начале 80-х годов активно развивающиеся технологии в мире электроники подсказали решение этой проблемы. Был сделан шаг в сторону цифрового программного управления. Компании, производившие синтезаторы, смогли удачно договориться о разработке и поддержке единого стандарта интерфейса управления синтезаторами, первая спецификация которого появилась в 1982 году. Смысл заключался в разделении звукообразующего модуля и модуля управления, которые соединялись между собой по цифровому каналу. Протокол, разработанный для этих целей, передавал состояния нажатия клавиши.