NTP授时服务器（北斗授时产品）在广播电视系统里的应用
NTP授时服务器（北斗授时产品）在广播电视系统里的应用
时间同步对于电视台至关重要，是电视节目播出自动化、演播室、外来信号（包括卫星信号、转播车信号等）间所有播出切换的基准。尤其对于数字电视播出系统来讲，节目正常播出和准时切换都要基于时间同步高度统一的时间源。
在整个电视播出系统中，授时系统是整个播出系统协同工作的关键，如各频道台标机标准北京时间的显示，各频道电视节目的准点播出，硬盘播出系统的系统时间同步，DVB播出系统的系统时间同步,新闻直播时间同步，乃至全台的标准时间同步都依赖于这个授时系统。
GPS授时系统在电视播出系统授时的应用如图3。 在湖北电视台全硬盘播出系统中，采用GPS授时系统取代了CCTV场逆程授时信号，为播出系统精确的时间基准，实时调整系统时钟。定时精度优于1微秒。
1. 湖北台播出系统基本授时工作流程
为保证系统的安全可靠，时钟系统配置了两套卫星接收天线和卫星校时钟（HR-901GB），还经过时钟切换器(HR-901GB)互为备份。如果GPS信号停止发射或者其他原因中断时，卫星校时钟仍然可以采用内部晶振产生时码信号保证安全播出。时码发生器接收时码信号转换为EBU时码和RS232串行时码。由于湖北台时钟服务器的子钟卡是SZ时码输入，所以环串出一路SZ时码分配到2台时钟服务器。RS232串行时码输出暂时闲置。
其中SZ码送到时钟服务器。SZ码分别接入到主备时钟服务器的PCI子钟卡用于锁定时钟服务器系统时间，同时通过以太网向整个播出网络广播时间信息，各工作站接收到时间信息后比对校正本机时间完成各工作站系统校时。主备时钟服务器实现实时热备，保证安全播出。EBU时码通过时码分配器分为多路后分别送到各频道台标机用于北京时间的显示；送到各个机房子钟，各演播室和新闻直播室用于播出控制和直播的时间基准；送到DVB播出系统再分配后用于DVB系统的播出，原理与硬盘播出系统相同。
2. RS232串行码、SZ码、EBU码的解析
RS232输出：接口类型：单向输出（无需握手应答），数据格式：4800bps，8位数据，一个停止位，无奇偶校验；每秒发送一次，共9个字，依次是同步字（16进制AA）、00、年、月、日、星期、时、分、秒。其中年、月、日、星期、时、分、秒为BCD码。
SZ码（串行BCD反码的调宽码）：共49位，码元宽度64μs。其中首位0为秒脉冲，其后依次为年8位，月7位，日8位，星期4位，小时6位，分7位，秒7位，最后为一位结束位为0，每秒发送一次。
EBU码是平衡输出的，每秒25帧，每一帧40ms，共80位。包括32个用户二进位备用比特，16个同步比特，31个分配地址，1个未分配地址。每个比特宽度为500微秒，如果时间码中所有的比特都为“1”，相应的频率为2KHz，如果所有的比特为“0”，频率为1KHz。在任一帧率下，由0和1构成的实际时间码信号大致在1和2千赫之间变化，正好在录音通道平均频率范围的中间。 
具体比特定义如下：
* 0~3：帧个位；
* 4~7：第1二进制组；
* 8~9：帧十位；10：失落帧标志；
* 11：彩色帧标志；
* 12~15：第2二进制组；
* 16~19：秒各位；20~23：第3二进制组；
* 24~26：秒十位；27：双向定标相位校正比特；
* 28~31：第4二进制组；
* 32~35：分个位；
* 36~39：第5二进制组；
* 40~42：分十位；
* 43：二进制组标志比特；
* 44~47：第6二进制组；
* 48~51：时个位；
* 52~55：第7二进制组；
* 56~57：时十位；
* 58：未分配地址；
* 59：二进制组标志比特；
* 60~63：第8二进制组；
* 64~79：“0011111100111111”（同步字）。
三 各主要部分工作原理 在此GPS授时系统中核心设备就是卫星校时钟、时码发生器和网络授时系统，现对各部分作进一步分析。
1. 卫星校时钟工作原理
卫星校时钟采用专用的卫星接收机GPS接收并解调AC码得到时码和秒脉冲，作为时间系统的参考标准，同步系统时钟。具体原理如图4。
图4卫星校时钟工作原理
通过高增益的接收天线和卫星接收主机模块接收卫星发射的时钟信号，与系统内钟输出的时码信号同时送到秒脉冲控制模块，由硬件电路进行时码和秒脉冲的比较、判别和处理，以保证输出秒脉冲和钟面的清晰度和可靠性。当信号失效时秒脉冲控制器仍能用系统内钟的时码信号保证中高精度的时码输出，使系统正常运转。时码显示主要用于钟面的时间显示。中心控制和处理单元，它能完成所有的时码转换、显示及多种控制功能。
另一种方式是使用卫星校时钟和时码发生器与高稳时钟配套使用，在时码发生器前级加一级高稳时钟，当时码信号出现失效时高稳时钟内钟仍可以保证系统时钟高精度的输出。当高稳时钟时码信号输入恢复时需要手动确认输入，以防止错误时码输入造成错误时码输出。
2. 时码发生器工作原理
时码发生器工作原理如图5。时码发生器由多片单片机和转换模块构成。单片机Ⅰ读取外部输入的标准时码，进行判断，无误后以并行码格式传输给单机Ⅱ，由单片机Ⅱ产生与标准时码同步的EBU码，最后经非平衡/平衡格式转换以平衡方式输出。单片机Ⅲ读入外部标准时码，进行判断无误后，转换成相应波特率的TTL电平串行码，再经电平转换输出RS232及RS422时码信号。用户可以根据自己的实际需要来选择时码信号输出，接驳多种设备，为之提供标准时间。
3. 网络授时工作原理
SZ码接入时钟服务器，时钟服务器使用PCI子钟卡安装在时钟服务器的PCI插槽内，安装驱动软件后即可以使用。程序执行时，在系统桌面任务栏的时间区域将出现一个黑色小窗体，将系统时间盖住。窗体内的时间显示为从外部授时源读取的时间。此时系统时间亦被修改。窗体中显示的颜色为绿色时，说明外部有时间信号送入。如果变成红色，说明外部没有信号送入。子钟卡锁定时钟服务器的系统时间，整个网络系统采用全网实时授时结构。数据库服务器，播出控制机，上载控制机和延时播控制机通过网络统一和主时钟服务器进行时间校准，备时钟服务器实时热备。这个过程中时钟服务器安装锁时软件服务端，通过TCPIP协议向整个以太网络广播时间信息，各工作站分别安装锁时软件的客户端，根据接收到的信息比对本机时钟，如有差别实时调整本机的时钟，确保与外部授时源的时间同步精度。工作站发现时间差别的调整方式也不是采用跳跃方式，而是采用调整时间步进的方式，逐渐使时间跟上系统时钟。这样可以避免自动校时过程因为时间跳变引起系统不必要的逻辑混乱。
当然RS232串行时码输出也可以用于时钟服务器的校时接入，只要将RS232串行时码输出连接到时钟服务器的串口，并安装相应的校时软件即可校准时钟服务器的系统时间。此方式不需要安装PCI子钟卡，各工作站的网络校时方式和SZ码接入时相同。需要注意的是RS232输出口至时钟服务器的串口物理连线不可以大于10米的限制，否则电气性能得不到保证。但仍然不失为一种比较经济的时钟服务器解决方案。
河南广电局使用该授时系统运行至今两年来，工作稳定可靠，授时精度达到系统技术要求，确保了系统的安全播出，取得了良好的社会效益。
