protocols · 8 min read

SMPTE timecode LTC VITC: varianty pro broadcast

SMPTE timecode LTC a VITC jsou klasické formáty časových značek pro audio a video. Jak se srovnávají a jakou roli hraje moderní varianta SMPTE 2059-2 PTP v broadcastu?

V každém broadcastovém studiu, postprodukční suitě a přenosovém voze na živé události běží něco, co vypadá jako časová značka: hodiny:minuty:sekundy:snímky. To je SMPTE Timecode, standard, který od roku 1969 umožňuje synchronizaci audia, videa, světelných cue a automatizace navzájem. Tento článek vysvětluje tři historické varianty (LTC, VITC, drop-frame) a jak moderní éra IP na nich staví s SMPTE 2059-2 PTP.

Odkud pochází SMPTE Timecode?

V roce 1969 Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) standardizovala časové kódování známé jako SMPTE 12M. Cíl: časová značka, na kterou bylo možné odkazovat na každém snímku video nebo audio pásky, aby různá zařízení mohla běžet synchronně. První varianta, Linear Time Code (LTC), umístila kód na zvukovou stopu. Vertical Interval Time Code (VITC) následoval, umístěním času do neviditelných řádků samotného videosignálu. S přechodem na broadcast založený na IP je nyní ve hře SMPTE 2059-2: timecode založený na PTP přes IP, součást sady SMPTE ST 2110.

Co je LTC (Linear Time Code)?

LTC je audio-frekvenční kódování timecode. Signál se skládá z bi-phase-mark kódovaných bitů s frekvencí přibližně od 1,2 kHz do 2,4 kHz v závislosti na snímkové frekvenci. Každý snímek obsahuje 80 bitů: 32 pro čas, plus uživatelské bity, synchronizační bity a příznaky.

Vlastnosti:

Transport přes standardní audio kabel (XLR, jack, koaxiální). Vzdálenosti do 300 m bez zesilovače jsou typicky dosažitelné.
Čitelný při jakékoliv standardní rychlosti kromě zastavení: když je zastaven, timecode se také zastaví, takže zařízení ztratí svou referenci.
Nezávislý na videu: LTC můžete generovat bez zdroje videa, ideální pro postprodukci pouze audia a synchronizaci světelných cue.
Jeden audio kanál obětován: LTC spotřebuje celou zvukovou stopu, což je zřídka problém v moderních digitálních pracovních postupech, ale je to problém v páskovém prostředí.

LTC zůstává nejrozšířenější variantou timecode pro živé události, systémy spouštění světelných cue (DMX mosty, PixelFlex) a synchronizaci audio-video přes dlouhé kabely.

Co je VITC (Vertical Interval Time Code)?

VITC umísťuje timecode do vertikálního zatemňovacího intervalu (VBI) videosignálu, neviditelných řádků mezi snímky. Není potřeba samostatný kabel: timecode cestuje spolu s videosignálem.

Vlastnosti:

Čitelný při zastavení a krokování po snímcích: VITC se obnovuje v každém snímku, takže i pozastavená páska vrací správný timecode.
Nepotřebuje samostatnou zvukovou stopu: všechny audio kanály zůstávají k dispozici.
Integrovaný s videosignálem: střižny parsující videostream získají timecode zdarma.
Vázaný na videosignál: žádné video znamená žádný VITC. Pro pracovní postupy pouze s audiem je potřeba LTC.

V SDI nasazeních (před přechodem na IP) je VITC často zdrojem timecode pro master clocks a automatizační systémy.

Co je problém 29.97 fps a jak ho drop-frame řeší?

Frustrující artefakt barevné televize NTSC: snímková frekvence je 29,97 fps, ne úhledných 30 fps, které se objevují v datových listech. Důvod: v roce 1953 musela být frekvence barevného rozkladu NTSC sladěna s podmnohodnotou audio nosné, což snížilo snímkovou frekvenci z 30,000 na 29,97002...

To vytváří problém počítání pro timecode. Pokud počítáte timecode při 30 fps, ale vaše video běží při 29,97 fps, po hodině váš timecode předbíhá skutečný počet snímků o 3,6 sekundy. Pro broadcast v reálném čase: katastrofální.

Dvě řešení:

Drop-frame timecode (DF): pro každou minutu, která není dělitelná 10, jsou dva čísla snímků „přeskočeny" v počítání. Takže timecode nepočítá "00:00:59:29 → 00:01:00:00" ale "00:00:59:29 → 00:01:00:02". Výsledek: timecode odpovídá nástěnnému času po hodině. Drop-frame timecode je označen středníkem `;` mezi sekundami a snímky: `01:00:00;00`. Non-drop-frame (NDF): žádná čísla snímků přeskočena. Jednodušší na editaci, ale timecode předbíhá nástěnný čas. Označen dvojtečkou: `01:00:00:00`. Používán pro obsah 24p, 25p, 30p, kde tento problém neexistuje.

Pro moderní pracovní postupy 50p a 59,94p tento problém nadále hraje roli, při 59,94 fps se uplatňuje stejný princip na jiných číslech.

Které barevné systémy a snímkové frekvence se vyskytují?

Kontext stručně: NTSC (Severní Amerika, Japonsko) historicky běží na 29,97 fps a 59,94 fps; PAL (Evropa, Austrálie, části Asie) na 25 fps a 50 fps; filmový obsah na 24 fps. Živý broadcast v Evropě: obvykle 50i nebo 50p. Filmová postprodukce: 23,976 (často stále odvozeno z NTSC), 24 nebo 25 fps. Pro moderní živý broadcast v IP: dominantní 50p nebo 59,94p.

Každá snímková frekvence má svou vlastní volbu drop/non-drop. Pro většinu evropského broadcastového obsahu (25 fps a 50 fps) drop-frame není problém, pouze sazby odvozené z NTSC (29,97, 59,94) to vyžadují.

Co je SMPTE 2059-2 a jak souvisí s PTP?

Přechod z SDI (Serial Digital Interface) na broadcast založený na IP je v plném proudu. Banerjee & Matsakis (2023, sekce 14.2.5): *„Legacy systémy Serial Digital Interface (SDI) v broadcastovém průmyslu budou brzy minulostí. Broadcastový trh v současnosti přechází z SDI systémů na plně IP-based systém. Tyto nové IP-based systémy využívají nedávno vyvinutou sadu standardů IEEE SMPTE ST2110 pro profesionální média přes IP sítě."*

V SDI prostředí master clock dodává svou referenci přes black burst (analogový) nebo tri-level sync (HD-SDI). LTC a VITC jsou distribuovány vedle videosignálu.

V prostředí SMPTE ST 2110 (IP) master clock dodává svou referenci přes PTP podle SMPTE 2059-2, mediální profil na základě IEEE 1588. Všechna zařízení ve studiu (kamery, mixéry, rekordéry, řídicí jednotky osvětlení) přijímají sub-mikrosekundový čas přes síť. Timecode je odvozen z PTP času každým zařízením individuálně.

Vlastnosti SMPTE 2059-2:

Založen na IEEE 1588v2 Default Profile, s parametry specifickými pro SMPTE.
Doména 127 jako výchozí (odlišná od Default Profile na 0).
Sub-mikrosekundová přesnost pro synchronizaci po snímcích přes IP.
Zpětná kompatibilita se starším systémem: grandmaster SMPTE 2059-2 může dodávat SDI black-burst výstup paralelně pro hybridní nasazení.

Kterou variantu timecode zvolíte kdy?

Tři scénáře s přímým doporučením:

Živá událost, synchronizace světel + audio + video přes kabely. Zvolte LTC. Robustní, na dlouhé vzdálenosti, nevyžaduje video, řídicí jednotka osvětlení a audio mixér se mohou přímo připojit. SDI broadcastové studio, postprodukční střižna. Zvolte VITC pro SDI feed plus volitelně LTC pro místnosti pouze s audiem. Master clock generuje oba z jednoho zdroje. IP broadcast na SMPTE ST 2110. Zvolte SMPTE 2059-2 PTP jako základ. Timecode je odvozen každým zařízením. Ponechte LTC výstup pro starší zařízení a osvětlovací mosty.

Pro hybridní nasazení (často případ v přechodné fázi 2024-2028): moderní master clock jako Masterclock GMR6000 dodává SMPTE 2059-2 PTP, black burst, tri-level sync, LTC a VITC současně, jedno zařízení pro každý scénář.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi drop-frame a non-drop-frame timecode?

Drop-frame timecode (DF, označen `;`) přeskakuje dva čísla snímků za minutu, kromě každé 10. minuty, aby korigoval nesoulad mezi 29,97 fps a nástěnným časem. Non-drop-frame (NDF, označen `:`) probíhá bez korekce a končí 3,6 sekundy před nástěnným časem po hodině. Pro obsah NTSC 29,97 a 59,94 fps používejte DF; pro 24 / 25 / 30 fps používejte NDF.

Funguje LTC stále v IP-based broadcast?

Ano, a v praxi téměř vždy. Moderní master clocks jako řada Masterclock GMR generují SMPTE 2059-2 PTP pro IP zařízení a LTC pro osvětlovací mosty a starší rekordéry současně. Hybridní nasazení zůstanou normou na roky.

Jaký je rozdíl mezi SMPTE 2059-2 a SMPTE ST 2110?

SMPTE 2059-2 je definice PTP profilu pro časování a synchronizaci. SMPTE ST 2110 je kompletní sada pro profesionální média přes IP (video, audio, pomocná data), ve které je 2059-2 časový základ. ST 2110 odkazuje na 2059-2 pro svou synchronizační vrstvu.

Kolik master clocks potřebuji ve velkém studiu?

Obvykle dva, pro redundanci. Oba GNSS disciplinované, oba s OCXO holdoverem. Algoritmus Best TimeTransmitter Clock PTP automaticky vybere, který je aktivní. Druhý je v hot-standby. Pro rozpočtově citlivá nasazení může stačit i jeden master clock s dobrým holdoverem, požádejte o radu na základě vašich specifických požadavků na kontinuitu.

Je black burst mrtvý v roce 2026?

Ještě ne. Mnoho broadcastového vybavení z let 2015-2020 nepodporuje SMPTE 2059-2, ale podporuje black burst nebo tri-level sync. Moderní master clock dodává oba současně: PTP pro IP část vašeho studia, black burst pro starší kamery a přepínače. Teprve po úplné výměně vybavení mohou výstupy SDI synchronizace zmizet.