機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的實(shí)現(xiàn)

林 翔

福建省廣播影視集團(tuán) 福建 福州 350000

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

一、模擬電視時(shí)代的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)

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

二、GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)

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

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

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

四、小結(jié)

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