数字音视频连接的注意事项

灯光工程师

当前音频和视频系统对于声音和图像的还原能力越来越强，这就对使用者、器材和支持它们的基础设施提出了更高的要求。一方面，这些设备需要操作人员具有更新的技巧和更丰富的专业知识，另一方面，人们需要更快更强大的设备来支持他们的工作。 对于用户来说，所有的这一切都和更加高质量的视频和环绕声音箱有关??他们都充满高科技的炫丽外表。而在这背后，还是与高科技有关，如果系统工作不正常，或者技术人员无法正确而快速地使用这些设备，那么一切意义都荡然无存。 将模拟设备和数字设备进行一个简单的比较，就能发现音频的发展趋势是更多的音频通道和更高的音频质量，而视频的发展趋势则是更高的画质和扫描精度。 对于模拟音频来说，留给线材商的专业市场空间不是很大，但是模拟设备在民用和半专业场所得到广泛的使用，特别是医院的广播系统和商业广告电台等等。大多数高端广播商不是使用数字调音台和传输系统，就是正在进行从模拟系统到数字系统的更新过渡。在很多国家，电台和电视台从模拟磁带转换到数字系统的时间表已经上升到了立法的高度。 普通的音频格式为16bit，44.1kHz。但是高端录音棚所使用的数字系统（如ProTools）则有可能使用24bits，96kHz的数据精度，提高了数据量和对存储空间的要求。数字线缆也必须跟上日益增加的数据量。电影院和家庭开始使用5.1声道系统，有些电影院甚至使用7.1声道或者更多。 音视频领域日新月异 随着数字录音和处理技术的到来，对于录音工程师的要求发生了前所未有的巨变。以前的录音使用的是模拟信号通路和模拟信号处理工具，信号存储介质是模拟磁带，而今天的大多数录音都在数字域中完成，所有的信号路径都被数字化。有时模拟－数字的转换在话筒内部就已经完成，录下的声音作为数据来进行存储。 数字工艺相对于模拟时代的录音棚对于录音师的要求是极为不同的。如今作为一名录音工程师从某种程度上来说必须是一位IT技术人员??当代录音棚使用的是硬盘记录设备、电脑和网络。要求工程师具有文件格式、文件传输、转换和互联的相关知识。从最简单的手持设备到大型数字音频工作站，录音设备已经成为电脑技术发展的衍生物。 在模拟域，声音的信噪比、频率响应、衰减以及动态范围需要小心地控制。然而对于数字技术来说，工程师操作地高采样率和具有24bit动态范围地设备仍然存在系统同步、文件格式、工程文件备份、数据记录及镜像等问题。对于数字技术，等问题暴露出来可能为时已晚。选择错误的信号线，或者设置错误的设备作为时钟跟从（或者主时钟）能够在你认为一切正常的情况下彻底毁掉一次录音。于是检查系统错误、周期性冗余和系统监控的必要性越来越明显。数字系统是否能够正常工作很让人担心??因为它失灵的时候你往往毫无准备。 即使是使用最为先进的数字技术的录音棚，对于六十年代和七十年代的电子管、晶体管设备的渴望还是异常强烈。电子管设备对于信号的染色可以重现“古典”模拟信号的音质，很多模拟调音台的通道条也非常受欢迎。这些周边设备通常都配有内置模拟/数字转换器，否则它们只能使用外置数模/模数转换装置，这意味着信号又回到了数字域??这种新式“复古”实际上也无法逃脱数字领域的边界。 在专业音频领域，数据植入技术正得到广泛的应用，特别是在转播车和外出系统上。通过AES或者DolbyE将数字音频流嵌入视频信号，使其通过同轴电缆一起传输，这样将会节省大量的空间。当然，这需要植入和提取设备和专门的音频监控设备。 在新的数字媒体时代，我们不得不面对一个计算机名词??多媒体。录音不再是一个独立的系统，大多数录音棚都需要将视频和音频进行同步，流媒体技术和网络带宽的考虑使得多媒体数据在光盘和网络这种容量有限的载体下也能进行播放。与游戏编程人员、网页设计者和光盘授权商的沟通在今天就显得普通而重要。所以说，数字化可能就是一个笑话…… 几乎无一例外的，从百货商店到音乐厅的新式系统都会选择数字系统来作为它们的永久性设施。这些场馆通常使用最少270Mb/s的数据传输带宽，因为数字同轴电缆也可以传输模拟视频信号，所以它经常被用在新的工程当中。 当为一个系统进行布线的时候，与未来系统的兼容性通常被列为首要考虑因素。无论现在的系统如何，新的系统总是准备将视频格式提高到1080p的第三代高清电视格式，于是线缆和跳线系统必须满足SMPTE424M3GHz的技术细节。 对于使用这些标准的系统，阻抗匹配是异常重要的??世界上最好的线材，如果配上设计糟糕的接头也会变得糟糕透顶。为了减少反射和相位误差，HD-SDI和HD-SDI3G系统的线材和接头必须拥有更加坚韧的机械强度，因而其设计比模拟线材复杂很多，这也直接导致了造价的上升。不幸的是，这些至关重要线材、接头和跳线盘的技术和制造工艺往往被周边设备炫目的功能所掩盖，它们对于用户来讲毫无兴趣可言。这些看不见的工程的重要性不言而喻，它和功能强大的软件以及手感良好的推子一样重要。事实上如果没有一个良好的基础设施，你这些昂贵的设备只能用来档门和压纸，毫无任何作用可言。 对于布线的选择，光纤常被用在布线距离超过50米的工程当中。各大厂商都生产了同轴/光纤的接口盒，如LemoMeerkat等。光纤接头通常所有厂商都可以提供，如Lemo、Canare、Fischer、Neutrik、Fibreco和Stratos。 在这里我们要强调，录制的东西跟传输的东西是很不同的，我们通常使用尽可能高的质量来进行录音，而传输则需要根据实际带宽来限定其信号质量。 系统连接 相对于模拟数据线来说，数字连接方式有其特殊的概念和测量参数。容抗和阻抗等参数不同，我们需要学习眼图和传导延时等概念来确保系统连接正确。虽然用于数字和模拟信号传输的线缆有很多种，但所幸我们不需要通过阅读技术细节来选择相应的线材。 传导延时的含义从字面上就可以解释：它表明了信号通过传递介质所需要的时间。传输图像不对称是使用网线传输RGB视频信号的特有问题，其原因是网线的每个针脚的长度不同，因而将数据传递到远端所用的时间也就不同。直到最近，用于接收网线传输视频的硬件才投入使用，而专用网线也被生产了出来。 眼图是使用示波器来观测系统噪声、失真和时差。这些数据可以通过示波器上显示的眼图的高度、宽度和过饱和度/不饱和度来得知。 对于摄像机使用的信号线，Furukawa、Belden、Draka等制造商选用遵循SMPTE311标准的复合光纤，它能够供电并双向传导数据。出于便携性、耐用性和防火安全的考虑，设计总存在妥协；所以由三个不同特点的设计方指定了三个不同的标准。便携的PVC线材用于演播室和手持摄像机，略显笨重但是更加坚固并且具有防水功能的PUR线材常用于转播车和现场点对点的设置。出于防火考虑的设计拥有几种叫法LFH、NH、FRNC、LSOH??用于那些永久性安装的系统（事实上，这种设计方式和线材的物理成分一直是个谜，你可以在CanfordAudio网上找到一篇非常精彩的技术论文‘NosmokewithoutFire’，在那里对这种技术有着详细的论述）。 在选择和加工数字线缆时，你首先需要考虑你选择的线材具有合适的传输距离及阻抗。 对于临时或者永久搭建的系统来说，选择具有合适传输距离的线缆是至关重要的，因为你永远无法察觉信号在到达解码器之前是否已经衰减殆尽了。不恰当地选择线缆会让系统的出错率大大上升，造成极为严重的混乱。你最不愿意看到的事情，莫过于当你已经把线在线槽中铺设好后，发现它不适合这个距离的传输。 大多数临时搭建的系统会将信号线布在工作区的地面上，这样就增加了因为踩踏而造成线缆损坏的可能性。虽然不实用，但事实上踩踏对这些绝缘线缆造成的伤害非常之小，你很难察觉任何划痕和损伤。设备中的解码器和纠错电路本应用来纠正信号源发出的错误信号，但是越来越多的系统资源用在了因为系统搭建而产生的信号衰减等问题上，而在真正需要纠错时则显得力不从心。 针对现场演出和转播而临时搭建的系统，线缆应该具有便携而耐用性，接头应该能够在多变的气候下起到保护作用。将舞台接口盒放置在合适的位置可以避免它的损坏，现在也出现了可随身携带的光纤修复工具，使得它相对于铜制线缆的劣势有所减少。 在数字线缆的选择和安装过程中，忽视线缆的最小曲率是最常见的问题之一。如果你试图不按照正确的松紧度（即拉线的松或紧）来走线，那么极有可能破坏绝缘体材料。同轴电缆和双绞线则会出现阻抗降低和能量反射等问题。 捆绑同轴电缆也可能对其中的绝缘体材料造成损伤。绑得太紧，就会造成线材阻抗的改变和能量反射的发生。将绑得过紧的线缆铺设在预定的长度上则有可能引发线缆内部的共振或“振铃”，这将极为严重地影响到数据出错率。出于对于线缆进行捆绑的习惯，人们发明了几种变通的方法。简单的Velcro法非常有效，但有时候难以发挥作用。另一种更加适合传统习惯的方法是Millepede‘Mille-tie’它永远不会将线绑得过紧，因为其获得专利的延展性和可滑动性捆绑机理可以始终保持完美的松紧度。 虽然不是专门为音频和视频用途专门设计，但是任何情况下都少不了Cat5/Cat6网线。它们广泛用于搭建数据网络架构，以下是各种网线的特性介绍。 Cat5是不带屏蔽层的双绞线，拥有100欧姆的阻抗，数据传输频率可达到100MHz。它适用于10Base-T、100Base-T4、100Base-T2和100Base-TX以太网。Cat5e是Cat5的加强版，它与Cat5相似但是改善了NEXT（近端串扰）、PSELFEXT（等功率远端串扰）和衰减等缺陷。它可以用于10Base-T、100Base-T4、100Base-T2、100BaseTX和1000Base-T以太网。Cat6的带宽超过Cat5的两倍，达到了250MHz，它同时向下支持以太网的各种标准。Cat7是一种正在论证中的传输标准，它支持高达600MHz的传输带宽，并且是一种阻抗为100欧姆的双绞线。 Baluns变压器在Cat5线缆的每个端口得到使用，它的作用是传输模拟和数字的音视频信号以及整个网络的远端控制信号??这和局域网的原理是相同的。一个支持1000Base-T的网络每秒可以传输1,000Mb的数据而不发生拥挤。现在市场上也推出了许多基于Cat5e标准的音视频系统解决方案，用于现场演出或者永久性设施。线缆的使用也可以是较为低端的产品，比如CanfordAudio推出的Cat5E-F设计就可以支持线缆的热拔插。由此看来，它也可以应用在广播和音视频领域的多个方面??作为一套系统的核心部分或者成为具有有源或者无源变压器的系统的备份方案。 系统网络化拥有各式各样的功能，包括多通道音频分配、模拟音频和视频分配、高清多媒体接口、模拟视频图形和数字视频图形分配闭路电视、远端控制以及电脑控制扩展器等等。 这里有必要指出，在某些情况下Cat5e的表现并不尽如人意。可能受到的限制包括音视频信号分离、局域网拥堵、来自无线电或者高频电磁波的干扰等等。 在引入数字音频技术的早期，人们关注的焦点在于其质量和与现有模拟系统的兼容性以及可操作性。如今数字系统在广播、视频声音制作、商场和网络上的广泛应用，使我们将注意力转向了它的具体特性、安装、操作和维护。虽然数字化并不是音频或者视频的最佳状态，但是选择正确的线缆和连接方式对每个元数据来说都至关重要。