隨著網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)的發(fā)展，在近幾年音視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化化已經(jīng)成為主流趨勢(shì)，AoIP和VoIP作為主架構(gòu)的音視頻系統(tǒng)已經(jīng)有了大量的應(yīng)用案例，網(wǎng)絡(luò)的便捷，使音視頻系統(tǒng)有了更多的可能性。在多系統(tǒng)聯(lián)合制作中，系統(tǒng)內(nèi)可能存在多個(gè)主時(shí)鐘設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)同步出現(xiàn)問題。筆者探討網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下的音視頻系統(tǒng)中，如何利用PTP的原理對(duì)多系統(tǒng)主時(shí)鐘進(jìn)行分離，使各系統(tǒng)同步互不影響。

1 音視頻系統(tǒng)的傳輸及同步技術(shù)的發(fā)展

1.1 模擬設(shè)備的傳輸與同步

模擬時(shí)代的音頻系統(tǒng)中，聲信號(hào)通過傳聲器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過線纜攜帶電子信號(hào)從一個(gè)音頻器件傳輸?shù)搅硪粋�(gè)音頻器件，最后又通過揚(yáng)聲器還原為聲信號(hào)。在這種傳輸方式下只可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接和信號(hào)的傳輸，并且每條線路只可以傳輸一個(gè)通道。

當(dāng)時(shí)的錄制設(shè)備大多采用磁記錄錄音機(jī)和錄像機(jī)，因此，當(dāng)多系統(tǒng)進(jìn)行錄制時(shí)，常采用SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）時(shí)間碼來實(shí)現(xiàn)多設(shè)備同步。在磁帶上有專用軌道記錄時(shí)間碼，與視頻的同步信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，其格式是：（小時(shí)：分鐘：秒：幀）。當(dāng)需要同步兩臺(tái)設(shè)備時(shí)，需要嚴(yán)格控制兩盤磁帶的起始時(shí)刻、終止時(shí)刻及帶速，SMPTE時(shí)間碼信息可以以音頻信息的形式存儲(chǔ)在磁帶中，主設(shè)備播放時(shí)，同步設(shè)備會(huì)一直調(diào)整兩臺(tái)設(shè)備的帶速，使其達(dá)到相同位置實(shí)現(xiàn)初始同步。之后每過一段時(shí)間，同步設(shè)備會(huì)對(duì)兩設(shè)備的帶速進(jìn)行調(diào)整校正，使其一直保持準(zhǔn)確的同步狀態(tài)。

1.2 數(shù)字設(shè)備的傳輸與同步

在數(shù)字音頻系統(tǒng)中，信息傳遞方式有了很大的變化，將電信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及各設(shè)備之間的傳輸，使設(shè)備之間的連接及信號(hào)的傳輸都變得便捷高效。因此，數(shù)字音頻時(shí)代不再局限于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，隨著數(shù)字音頻協(xié)議的不斷升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)一條線纜傳輸多路信號(hào)，數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)更加方便。

數(shù)字音頻系統(tǒng)的同步除了SMPTE時(shí)間碼，還可以采用字時(shí)鐘（Word Clock）來實(shí)現(xiàn)。字時(shí)鐘是一種脈沖信號(hào)，通過精確的采樣頻率來控制數(shù)字音頻系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動(dòng)速度。每臺(tái)音視頻設(shè)備內(nèi)部其實(shí)都可自行產(chǎn)生字時(shí)鐘信號(hào)，而在多個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)中，采樣頻率如果不統(tǒng)一則無法同步，所以只能有一個(gè)字時(shí)鐘發(fā)生源。因此，要選擇一臺(tái)設(shè)備作為主時(shí)鐘設(shè)備（Master），其余設(shè)備為從屬時(shí)鐘（Slave）設(shè)備，主時(shí)鐘設(shè)備會(huì)將字時(shí)鐘信號(hào)傳輸?shù)綇膶贂r(shí)鐘設(shè)備，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到同步的狀態(tài)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)設(shè)備的同步

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，網(wǎng)絡(luò)音視頻設(shè)備漸漸在廣電及文藝演出領(lǐng)域普及，讓音頻、視頻系統(tǒng)有了更高的靈活性、更多的可行性。在網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)中，線纜數(shù)量大大減少，系統(tǒng)搭建及拆裝的效率得到了很大的提升。

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，由于以太網(wǎng)同步時(shí)鐘的能力不足，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的時(shí)間同步，開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP（Network Time Protocol），它可以使計(jì)算機(jī)對(duì)其服務(wù)器或時(shí)鐘源實(shí)現(xiàn)同步，并且可以提供高精準(zhǔn)度的時(shí)間校正。盡管早期NTP的準(zhǔn)確度可以達(dá)到200 μs，但時(shí)間戳（Time stamping）在精度上還是無法滿足長(zhǎng)時(shí)間工作的設(shè)備對(duì)于同步準(zhǔn)確度的需求，而且時(shí)間包間隔過大。因此，網(wǎng)絡(luò)精密時(shí)鐘同步委員會(huì)（Network precision clock synchronization committee）提出了PTP協(xié)議，有效地解決了這一問題。

2 PTP協(xié)議同步原理

IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)稱PTP（Precision Time Protocol，精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議）。PTP的主要原理是通過一個(gè)主時(shí)鐘發(fā)送周期性的同步信號(hào)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步校正，可以令整個(gè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都實(shí)現(xiàn)精確同步，PTP時(shí)鐘同步可以在組播網(wǎng)絡(luò)（Multicast Network）中使用。

在PTP系統(tǒng)中，通過發(fā)送報(bào)文產(chǎn)生時(shí)間戳記錄，根據(jù)時(shí)間戳的記錄，可以計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)中的延時(shí)和主時(shí)鐘的偏移量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的主從PTP時(shí)鐘同步。

2.1 端對(duì)端（End to End）同步

PTP同步的實(shí)現(xiàn)，首先是利用最優(yōu)主時(shí)鐘算法進(jìn)行主從時(shí)鐘的確定，然后開始測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延時(shí)量，其原理如圖1所示。主PTP時(shí)鐘設(shè)備每間隔一段時(shí)間會(huì)向域內(nèi)從時(shí)鐘設(shè)備發(fā)送同步消息（Sync），并且記錄發(fā)送時(shí)間為t1，再發(fā)送跟隨報(bào)文(Sync Follow_up)，并在跟隨報(bào)文中嵌入時(shí)間戳t1來告知從時(shí)鐘設(shè)備。從時(shí)鐘設(shè)備接收到同步消息，記錄接收?qǐng)?bào)文的時(shí)間t2，并且還會(huì)收到包含時(shí)間戳信息t1的跟隨報(bào)文。經(jīng)過一段時(shí)間，在t3時(shí)刻，從時(shí)鐘設(shè)備將延時(shí)請(qǐng)求信息（Delay_Req）發(fā)回到主時(shí)鐘設(shè)備，并且記錄發(fā)送該消息的時(shí)間t3。主時(shí)鐘設(shè)備接收延遲請(qǐng)求報(bào)文并記錄接收時(shí)間t4。最后主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送延時(shí)應(yīng)答信息（Delay Resp），并將時(shí)間戳t4嵌入到報(bào)文中，使從時(shí)鐘得到時(shí)間戳信息t4。

圖1 主從端對(duì)端同步原理模型

在消息交換結(jié)束時(shí)，從機(jī)擁有t1、t2、t3、t4所有4個(gè)時(shí)間戳。這些時(shí)間戳的數(shù)值可用于計(jì)算從屬時(shí)鐘相對(duì)于主時(shí)鐘的偏移量（Offset）以及兩個(gè)時(shí)鐘之間消息的平均傳播時(shí)間和鏈路傳輸延時(shí)值（Delay），得到偏移量（Offset）可以用來修正從時(shí)鐘的值。

當(dāng)從時(shí)鐘收到t1 與t2兩個(gè)時(shí)間戳?xí)r：Delay＝t2-t1-Offset
當(dāng)從時(shí)鐘收到t3與t4兩個(gè)時(shí)間戳?xí)r：Delay＝t4-t3+Offset

聯(lián)立以上兩個(gè)公式可以計(jì)算出：主從時(shí)鐘間的單向延時(shí)為（對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)）Delay＝[(t2-t1)+(t4-t3)]/2

從時(shí)鐘相對(duì)于主時(shí)鐘偏移量為Offset＝[(t2-t1)-(t4-t3)]/2

由以上公式得出鏈路傳輸延時(shí)值（Delay）和主時(shí)鐘的偏移量（Offset）后，通過時(shí)鐘內(nèi)部同步算法，可對(duì)從時(shí)鐘進(jìn)行補(bǔ)償，使其跟隨主時(shí)鐘，從而鎖定主從同步關(guān)系。

2.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Peer to Peer）同步

在大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)的PTP設(shè)備相距較遠(yuǎn)，并且傳輸路徑和距離各不相同，無法完全對(duì)稱，若采用端對(duì)端同步機(jī)制，同步報(bào)文和延時(shí)請(qǐng)求報(bào)文的路徑不一致，如果還按照原路徑執(zhí)行同步會(huì)出現(xiàn)偏差，影響同步精度。為解決這一問題，可以使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同步機(jī)制，在實(shí)現(xiàn)對(duì)等延時(shí)機(jī)制的兩個(gè)端口間測(cè)量鏈路延時(shí)的機(jī)制如圖2所示，共享一個(gè)鏈路的兩個(gè)端口獨(dú)立地進(jìn)行測(cè)量，因此兩個(gè)端口都知道鏈路延時(shí)。

圖2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同步原理圖

鏈路延時(shí)測(cè)量開始時(shí)，從端口1發(fā)出延時(shí)請(qǐng)求消息（Pdelay_Req）并為Pdelay_Req消息生成時(shí)間戳t1。端口2接收Pdelay_Req消息并為此生成時(shí)間戳t2。為了最小化由于兩個(gè)端口之間的任何頻率偏移引起的誤差，端口2在接收到Pdelay_Req消息后盡快返回延時(shí)響應(yīng)消息（Pdelay_Resp），端口2返回Pdelay_Resp消息并為此生成時(shí)間戳t3。端口1在接收到Pdelay_Resp消息時(shí)生成時(shí)間戳t4。然后端口1使用這4個(gè)時(shí)間戳來計(jì)算平均鏈路延時(shí)。

當(dāng)端口2 收到端口1 發(fā)送的P d e l a y _ R e q 可得：Delay＝t2-t1-Offset

當(dāng)端口1收到端口2發(fā)送的Pdelay_Resp可得：Delay＝t4-t3+Offset

聯(lián)立以上兩個(gè)公式計(jì)算得：

鏈路延時(shí)值為Delay＝(t2-t1+t4-t1)/2

雖然點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同步的測(cè)量方法與端對(duì)端同步機(jī)制類似，都是通過報(bào)文之間的時(shí)間戳信息計(jì)算鏈路延時(shí)值。端對(duì)端機(jī)制需要正反雙向發(fā)送消息進(jìn)行測(cè)量，更適用于路徑對(duì)稱且主從時(shí)鐘精度一致的網(wǎng)絡(luò)中，若路徑不對(duì)稱，同步消息（Sync）與延時(shí)請(qǐng)求信息（Delay_Req）若通過不同路徑發(fā)送，會(huì)產(chǎn)生誤差。而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)機(jī)制使用單路徑測(cè)量信息，不需要從設(shè)備與主設(shè)備雙向發(fā)送消息，只需對(duì)一條物理線路上的傳輸延時(shí)進(jìn)行測(cè)量，因此測(cè)出的延時(shí)結(jié)果更加準(zhǔn)確。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)機(jī)制適用于使用邊界時(shí)鐘或透明時(shí)鐘的交換機(jī)的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)周期性地測(cè)量與相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈路延時(shí)值并交換測(cè)量的信息，從而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能實(shí)時(shí)補(bǔ)償自己與相鄰時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)設(shè)備的鏈路延時(shí)。

3 PTP時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)

在PTP域（Domain）中，時(shí)鐘設(shè)備的節(jié)點(diǎn)稱為時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)，在PTP精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議中，規(guī)定了三種PTP時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)的類型，如圖3所示。

圖3 基本時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

3.1 普通時(shí)鐘（OC）

在同一個(gè)PTP域中，普通時(shí)鐘（Ordinary Clock，OC）只能滿足一個(gè)物理端口參與PTP時(shí)間同步。在一個(gè)域內(nèi)的普通時(shí)鐘可以獲取上游時(shí)間信息進(jìn)行同步，也可以向下游發(fā)送同步信號(hào)。因此，在一個(gè)系統(tǒng)中，普通時(shí)鐘既可以作為主時(shí)鐘，也可以作為從時(shí)鐘。

3.2 邊界時(shí)鐘（BC）

邊界時(shí)鐘（Boundary Clock，BC）可作為同步系統(tǒng)中的子時(shí)鐘。邊界時(shí)鐘擁有多個(gè)PTP端口參與時(shí)間同步，可以通過其中的一個(gè)端口以從模式向上游時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)同步時(shí)間，并通過其余端口以主模式向下游時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)發(fā)布時(shí)間。使用邊界時(shí)鐘可以將PTP網(wǎng)絡(luò)隔離開，有效地降低上游主時(shí)鐘的負(fù)荷，若上游主時(shí)鐘出現(xiàn)問題，邊界時(shí)鐘設(shè)備可以臨時(shí)擔(dān)任主時(shí)鐘維持一段時(shí)間時(shí)鐘晶振。

3.3 透明時(shí)鐘（TC）

透明時(shí)鐘（Transparent Clock，TC）可以擔(dān)負(fù)同步系統(tǒng)中信號(hào)分配器的角色。它擁有多個(gè)PTP端口，不需要像普通時(shí)鐘和邊界時(shí)鐘一樣與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步，僅負(fù)責(zé)在端口之間轉(zhuǎn)發(fā)PTP報(bào)文時(shí)，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)校正（在PTP報(bào)文中增加時(shí)間校正信息）。

上述三種時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)PTP域中的位置如圖4所示。

圖4 同一域內(nèi)三種時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)示意圖

4 PTP域與最優(yōu)主時(shí)鐘

4.1 PTP域

使用PTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)為PTP域，域由一個(gè)或多個(gè)PTP設(shè)備組成，這些設(shè)備的通信按照協(xié)議的定義。在每一個(gè)PTP域中，只能有一個(gè)同步時(shí)鐘信號(hào)同步該域內(nèi)的設(shè)備，不同域的時(shí)標(biāo)是獨(dú)立的。所以，同一套PTP系統(tǒng)中，只有當(dāng)系統(tǒng)中的所有PTP設(shè)備都處在同一個(gè)域中時(shí)，才可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步；不同域中的設(shè)備不參與另一個(gè)域的時(shí)鐘選舉。對(duì)于不同域的劃分， 由0 ～ 2 5 5 的整數(shù)（ 見表1 ） 標(biāo)識(shí)域值（Domain Number）。Domain Number應(yīng)是可配置的，且遵從PTP協(xié)議中規(guī)定限制。

4.2 最優(yōu)主時(shí)鐘（Best Master Clock）

在PTP時(shí)鐘同步系統(tǒng)中，主時(shí)鐘的確認(rèn)至關(guān)重要，一個(gè)可靠、穩(wěn)定、精確的主時(shí)鐘選舉機(jī)制，決定了PTP系統(tǒng)同步的安全與穩(wěn)定。因此，PTP自身定義了最優(yōu)主時(shí)鐘算法（Best Master Clock Algorithm，BMCA），依據(jù)各個(gè)主時(shí)鐘所發(fā)送的聲明報(bào)文中所攜帶的信息，用于確定同一PTP網(wǎng)絡(luò)域中的最優(yōu)主時(shí)鐘。在同一個(gè)PTP網(wǎng)絡(luò)域中，只能有一個(gè)最優(yōu)主時(shí)鐘，若當(dāng)前主時(shí)鐘設(shè)備出現(xiàn)問題無法繼續(xù)工作，會(huì)通過BMCA選舉出當(dāng)前PTP網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)最精確的PTP設(shè)備為新的最優(yōu)主時(shí)鐘接管同步任務(wù)。其他設(shè)置在主時(shí)鐘模式下的時(shí)鐘，都會(huì)工作在被動(dòng)模式下（Passive）。

當(dāng)設(shè)備端口處于被動(dòng)狀態(tài)下，不會(huì)參與到時(shí)鐘同步中，以防止鏈路形成閉環(huán)，所以它們只會(huì)發(fā)送聲明報(bào)文，不與從時(shí)鐘有任何的報(bào)文交互。而主時(shí)鐘（Master）節(jié)點(diǎn)、與從時(shí)鐘（Slave）節(jié)點(diǎn)都會(huì)依照BMCA，確定系統(tǒng)中的最優(yōu)主時(shí)鐘源。

5 利用PTP域分離音視頻系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)想與方案

根據(jù)前一章的介紹可知，主時(shí)鐘只能在同一個(gè)域內(nèi)選舉，且每個(gè)域只能存在一個(gè)主時(shí)鐘。對(duì)于大部分音視頻系統(tǒng)來說，現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間比較緊缺，考慮到工作效率、系統(tǒng)的安全性以及兩個(gè)系統(tǒng)之間責(zé)任的劃分，可以結(jié)合PTP域和最優(yōu)主時(shí)鐘的概念，使系統(tǒng)時(shí)鐘同步采用音頻和視頻時(shí)鐘分離的方式，即音頻系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)各自鎖定各自的主時(shí)鐘。由于多系統(tǒng)之間傳輸?shù)囊纛l信號(hào)為數(shù)字信號(hào)也需要同步，根據(jù)ST 2110-10中規(guī)定，IP組播包中封裝了RTP時(shí)間戳，因此數(shù)字音視頻信號(hào)傳輸時(shí)根據(jù)UDP報(bào)文中封裝的時(shí)間戳信息進(jìn)行同步。

5.1 音視頻系統(tǒng)采用兩個(gè)主時(shí)鐘設(shè)備的配置

EFP（Electronic Field Production，電子現(xiàn)場(chǎng)制作）系統(tǒng)的同步如圖5所示。為了保證系統(tǒng)安全，希望實(shí)現(xiàn)視頻系統(tǒng)時(shí)鐘分離，只獲取音頻的制作信號(hào)，在滿足這樣的系統(tǒng)需求過程中有以下兩點(diǎn)問題需要解決：

圖5 采用兩個(gè)主時(shí)鐘的音視頻系統(tǒng)同步示意圖

在音頻系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交互中，只傳遞數(shù)字音頻信號(hào)，不傳遞PTP時(shí)鐘信息；
兩套系統(tǒng)采用兩套時(shí)鐘風(fēng)險(xiǎn)較高，如何確保系統(tǒng)能夠正常工作。

該方案是筆者根據(jù)PTP相關(guān)概念提出的設(shè)想，采用將音視頻系統(tǒng)劃分為不同的域來分離時(shí)鐘信息。在IEEE1588-2008中，規(guī)定了域值的范圍是0～127；而在ST 2110-10中，介紹了音頻系統(tǒng)的默認(rèn)域值為0，視頻系統(tǒng)中默認(rèn)域值為127。因此，在這套系統(tǒng)中，可以對(duì)音頻系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)分別設(shè)置，分別采用不同的域值。

兩套系統(tǒng)時(shí)鐘在不同的域中，則無法參與到對(duì)方的主時(shí)鐘選舉中，因此各自系統(tǒng)的時(shí)鐘信息不會(huì)影響另一套系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘分離，只傳輸音頻信號(hào)。

由于在這兩個(gè)系統(tǒng)中分別采用兩套時(shí)鐘，兩個(gè)主時(shí)鐘設(shè)備無法保證同時(shí)晶振，無法做到絕對(duì)時(shí)間同步，有可能會(huì)因此無法識(shí)別數(shù)據(jù)包，或者由于無法同步引發(fā)噪聲。所以，要在系統(tǒng)配置中選擇相對(duì)時(shí)間振動(dòng)模式，即頻率同步（如圖6），在這個(gè)模式下，可以忽略不同時(shí)鐘所導(dǎo)致的報(bào)頭無法對(duì)齊的問題，只要兩個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘以同樣的頻率晶振就可滿足同步。

圖6 Ravenna設(shè)備的頻率同步模式設(shè)置

盡管如此，此設(shè)想還是存在很大的安全隱患。在一個(gè)系統(tǒng)中若存在兩個(gè)主時(shí)鐘，雖通過頻率同步方式的設(shè)置可以鎖定同步，但還是存在一些隱患，交換機(jī)端口需要識(shí)別并處理兩個(gè)不同的時(shí)鐘報(bào)文，若長(zhǎng)時(shí)間工作可能導(dǎo)致交換機(jī)端口數(shù)據(jù)量過載，發(fā)生丟包的問題。因此，還須使兩系統(tǒng)時(shí)鐘盡量保持同一起振時(shí)刻，可以通過鎖定衛(wèi)星同步系統(tǒng)對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)的主時(shí)鐘提供一個(gè)時(shí)基標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)備選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇具備GPS授時(shí)功能的時(shí)鐘設(shè)備（如圖7）。當(dāng)兩個(gè)時(shí)鐘都支持GPS鎖相，兩個(gè)時(shí)鐘都跟隨GPS時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)發(fā)出同步信號(hào)，盡管兩套系統(tǒng)間不傳輸時(shí)鐘信息，卻仍工作在同一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)。

圖7 兩系統(tǒng)主時(shí)鐘設(shè)備鎖定GPS

5.2 音視頻系統(tǒng)采用一臺(tái)主時(shí)鐘設(shè)備的配置

由于在實(shí)際工作中對(duì)于時(shí)鐘設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，如今的時(shí)鐘設(shè)備的功能也越來越完善。一些時(shí)鐘設(shè)備可實(shí)現(xiàn)多個(gè)Domain配置并提供多個(gè)物理端口連接下游時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)設(shè)備，如圖8為SPG8000A同步信號(hào)發(fā)生器參數(shù)，此設(shè)備最多可以配置3個(gè)不同的Domain值（Primary Master，Primary Slave，Secondary Master）由這臺(tái)設(shè)備作為主時(shí)鐘可以更靈活地劃分Domain。

圖8 SPG8000A參數(shù)

當(dāng)一臺(tái)主時(shí)鐘設(shè)備可以設(shè)定不同的Domain，則只需要一臺(tái)主時(shí)鐘設(shè)備便能實(shí)現(xiàn)音、視頻系統(tǒng)之間只傳輸音頻信號(hào)，不傳遞時(shí)鐘信息（如圖9）。由于主時(shí)鐘來源于同一臺(tái)設(shè)備，所以雖然兩套系統(tǒng)不傳輸時(shí)鐘，音視頻系統(tǒng)卻都可以鎖定主時(shí)鐘同步。在這樣的系統(tǒng)中，只需要對(duì)一臺(tái)主時(shí)鐘的Domain參數(shù)進(jìn)行配置，就能達(dá)到分離時(shí)鐘信息的目的，大大提高了調(diào)試的效率。

圖9 采用一臺(tái)主時(shí)鐘設(shè)備構(gòu)架的EFP同步系統(tǒng)

在時(shí)鐘的配置中， 除了Domain需要設(shè)置以外，還要對(duì)優(yōu)先級(jí)（Priority）進(jìn)行配置，在主時(shí)鐘的競(jìng)選規(guī)則中，數(shù)值越小優(yōu)先級(jí)越靠前。因此，要權(quán)衡音、視頻系統(tǒng)的重要性做取舍，將更主要的系統(tǒng)設(shè)為第一優(yōu)先級(jí)。在這樣的系統(tǒng)中，雖然只使用了一臺(tái)主時(shí)鐘設(shè)備，只要對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)配置，不僅可以完全實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘分離功能，還可以解決雙主時(shí)鐘系統(tǒng)所導(dǎo)致的兩個(gè)時(shí)鐘無法同時(shí)發(fā)出時(shí)鐘晶振所導(dǎo)致的問題。

6 結(jié)論

采用PTP域劃分的方法雖然可以實(shí)現(xiàn)初步的需求，但還是有問題存在，雖然通過選擇不同的Domain，分離了PTP信息，但其實(shí)PTP數(shù)據(jù)一直占用著網(wǎng)絡(luò)中的帶寬，也進(jìn)入到另一系統(tǒng)的端口中參與了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，只是沒有參與彼此主時(shí)鐘的選舉，因此筆者做了如下對(duì)比分析。

1.使用劃分Domain實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)時(shí)鐘分離的優(yōu)勢(shì)

當(dāng)某一音視頻設(shè)備時(shí)鐘發(fā)生問題需要緊急分離兩個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘時(shí)，通過改變Domain分離時(shí)鐘，可以更快地解決問題，操作比較靈活。
僅需一套支持多Domain設(shè)置的主時(shí)鐘設(shè)備（如圖9）就可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘分離，在兩個(gè)系統(tǒng)互相不傳遞時(shí)鐘信息的同時(shí)，能令兩個(gè)系統(tǒng)鎖定同一個(gè)主時(shí)鐘，提升了系統(tǒng)工作中的安全性。

2.使用劃分Domain實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)時(shí)鐘分離可能出現(xiàn)的問題

這一方法是根據(jù)PTP時(shí)鐘域的特性設(shè)計(jì)的，盡管兩套系統(tǒng)彼此不參與對(duì)方主時(shí)鐘的選舉，但時(shí)鐘數(shù)據(jù)仍在通過端口傳輸，交換機(jī)會(huì)對(duì)這些報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，而終端設(shè)備仍需通過IP層解封裝來判斷是否需要處理此報(bào)文。在此過程中，端口轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量以及交換機(jī)對(duì)報(bào)文的處理量并不會(huì)減少，雖然從結(jié)果上實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘分離，但如果大型系統(tǒng)傳輸內(nèi)容占用大量帶寬，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作可能會(huì)導(dǎo)致交換機(jī)CPU資源占用過多，發(fā)生丟包的情況。

筆者討論的時(shí)鐘分離是由于網(wǎng)絡(luò)音視頻系統(tǒng)越來越復(fù)雜而產(chǎn)生的需求，采用GPS鎖相功能的時(shí)鐘設(shè)備根據(jù)GPS歷元提供精準(zhǔn)時(shí)間，保障音頻和視頻系統(tǒng)安全穩(wěn)定的同步狀態(tài)。而在實(shí)際工作中，還須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行考量，若系統(tǒng)使用于場(chǎng)館內(nèi)，會(huì)降低GPS信號(hào)質(zhì)量，此時(shí)工作人員須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行取舍，GPS信號(hào)質(zhì)量無法保障時(shí)須舍棄時(shí)鐘系統(tǒng)分離方案，避免丟失主時(shí)鐘導(dǎo)致的播出事故。

現(xiàn)今的IP技術(shù)還不夠完善，希望隨著科技的不斷發(fā)展，音視頻行業(yè)能夠運(yùn)用更先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更加完備的系統(tǒng)，系統(tǒng)時(shí)鐘問題的解決會(huì)越來越便捷，為系統(tǒng)安全提供更可靠的保障。