Genlock vs. ajakood: mida kumbki teeb ja millal neid vaja läheb

Nii genlock kui ka ajakood (timecode) on mõeldud kaamerate sünkroonimiseks, kuid nad lahendavad kaht täiesti eri ülesannet. Genlock lukustab videosignaalide ajastuse riistvaraliselt, tagades, et iga kaamera alustab kaadri säritamist ja skannimist täpselt samal mikrosekundil. Ajakood omistab igale salvestatud kaadrile unikaalse märgise (tunnid, minutid, sekundid, kaadrid), võimaldades eri allikate klippe hiljem montaažitarkvaras vaevata kohakuti seada.

Lühike rusikareegel:

• Kui vahetate kaameraid otsepildis reaalajas, saab sisseehitatud kaadrisünkronisaatoritega videokommutaator hakkama ka ilma genlockita kaameratega. Samas vajavad LED-ekraaniseinad, virtuaalstuudiod, 3D-seadmed ja kaameramassiivid just genlocki pakutavat mikrosekundilist sünkroonsust.
• Kui salvestate pilti ja heli eraldi seadmetesse ning monteerite materjali hiljem kokku, piisab täiesti ajakoodist.
• Mahukamad mitme kaameraga tootmised vajavad reeglina mõlemat – ideaalis peaksid mõlemad signaalid pärinema ühisest põhitaktigeneraatorist (master clock).

Genlock	Ajakood (Timecode)
Mida sünkroonib	Kaadrite skannimise ja edastamise täpset ajahetke	Igale kaadrile salvestatavat ajatemplit
Signaali tüüp	Black burst või tri-level sync	LTC või heliraja ajakood (SMPTE ST 12 standard)
Kus toimib	Reaalajas riistvaras, otse-eetris	Järeltöötluses montaažilaual, logimisel
Tüüpiline liides	BNC (“Genlock In” või “Ref In”)	BNC (“TC In”), 3,5 mm minipistik või juhtmevaba
Mida lahendab	Kaadrivahetusel tekkivad pildihüpped ja viivitused ilma kaadripuhvrita kommuteerimisel	Klippide ja heliradade sünkroonimise vaeva järeltöötluses

Käesolev juhend keskendub signaalitaseme lahendustele. Kui otsite lahendusi helilainekujude automaatseks sünkroonimiseks ja heli triivimise vältimiseks järeltöötluses, tutvuge meie heli ja video sünkroonimise juhendiga. Kaameranurkade ja kommutaatorite seadistamise kohta lugege lähemalt mitme kaameraga otseülekande juhendist.

Kuidas genlock töötab

Genlock (generator locking) lukustab videoseadmete väljundsignaalide taktsageduse ühise tugisignaali (reference) järgi. Nagu märgib Altera videodokumentatsioon, saab sama tugisignaaliga lukustatud videovoogusid kommuteerida puhtalt ja lisaviivituseta täpselt kaadri vahetumise hetkel.

Tugisignaal on spetsiaalne pildiinfota videosignaal, millest levinumad on kaks varianti:

• Black burst on analoogne komposiitsignaal, mis edastab sünkroimpulsse ja värvikandja faasituge. Seda kasutatakse peamiselt standardlahutusega (SD) süsteemides. Skyworks kirjeldab seda kui tavalist analoog-komposiitvideot, millest on pildisisu eemaldatud.
• Tri-level sync on kõrgresolutsiooniga (HD ja UHD) video tugisignaal. Sony toob oma kaamerate juhendis välja, et tri-level sync sobib paremini kaasaegsetesse ja häireterohketesse keskkondadesse tänu tunduvalt suuremale häirekindlusele.

Ilma genlockita töötavad kaamerad oma sisemiste kvartsostsillaatorite taktis. See tähendab, et nende kaadrite algushetked ei lange kunagi täpselt kokku. Kaamerate vahel lülitamisel tekib pildihüpe või must kaader, kui kommutaator ei puhverda ega sünkroniseeri sisendeid ümber. Blackmagic selgitab oma Studio Camera juhendis, et kaamerate genlock-lukustamine välise tugisignaaliga välistab need ajastusvead eos.

Tugisignaali toodab tsentraalne generaator (master sync generator). See jaotatakse BNC-koaksiaalkaablite kaudu kaameratele, kommutaatoritele ja salvestitele. Töökindlad ühendused leiate meie koaksiaalkaablite valikust.

Väga kompaktne ja töökindel riistvaraline lahendus on Blackmagic Mini Converter Sync Generator. Seadmel on kuus kvartsstabiliseeritud väljundit, millest igaüks suudab Blackmagicu tehniliste andmete kohaselt väljastada vastavalt vajadusele kas black burst- või tri-level-signaali. Enne seadistuse planeerimist kontrollige kindlasti tootelehelt laoseisu.

Genlocki kasutamisel tuleb silmas pidada kahte kriitilist reeglit:

1. Kaadrisagedused peavad omavahel klappima. RED-i genlocki juhend rõhutab, et kaamerad peavad kasutama identset projekti ajabaasi ja salvestussagedust. ARRI täpsustab oma sünkroonimisjuhendis, et sensori kaadrisagedus peab olema tugisignaali sagedusega kas võrdne või sellest täpne kordne.
2. Lukustumiseks tuleb varuda aega. Canon toob välja, et genlock-signaal stabiliseerub pärast kaabli ühendamist ligikaudu 10 sekundi jooksul. Nende tugisaidi artikli kohaselt annab õnnestunud lukustumisest märku kaamera ekraanile ilmuv tähis “GEN”.

Kuidas ajakood töötab

Ajakood tegeleb kaadrite nummerdamise ja märgistamisega. SMPTE standard ST 12 määratleb viisi, kuidas igale heli- ja videokaadrile omistatakse standardne arvväärtus vormingus tunnid:minutid:sekundid:kaadrid.

Ajakood liigub seadmete vahel peamiselt kahel kujul:

• LTC (Linear Timecode) on helisignaalina edastatav kood, mida saab salvestada vabale helirajale või saata eraldi kaabli kaudu otse vastavasse sisendisse.
• VITC (Vertical Interval Timecode) kodeeritakse otse videosignaali kaadrikustutusintervalli.

Mõlema tööpõhimõtte sätestab standard SMPTE ST 12-1.

Sagedusel 29,97 fps (ja muudel murdosaga sagedustel) puutute kokku kahe loendusrežiimiga:

• Non-drop-frame (NDF) loendab iga kaadrit järjest ilma midagi vahele jätmata. Kuna 29,97 fps ei võrdu täpselt 30 kaadriga sekundis, tekib aja jooksul lahknevus reaalse kellaajaga.
• Drop-frame (DF) jätab igal minutil (v.a iga kümnes minut) vahele numbrid 00 ja 01. Oluline on mõista, et füüsilisi pildikaadreid vahele ei jäeta – vahele jäävad vaid numbrilised tähised, et ajakoodi loendur püsiks reaalajas täpne.

Kõik sama võtte seadmed peavad tingimata kasutama ühte ja sama režiimi. NDF- ja DF-režiimide segiajamine on levinuim põhjus, miks pilt ja heli montaažis järk-järgult nihkesse vajuvad.

Ajakood ei mõjuta sensori riistvaralist tööd. Nagu selgitab Aspecti RED KOMODO juhend: ajakood ei pane kaamerate sensoreid samal millisekundil säritama. See kleebib salvestatud materjalile külge vaid digitaalsed “nimesildid”, mille abil monteerija saab klipid ja välised helisalvestised ajajoonel ühe klõpsuga ritta seada.

Miks tekib ajakoodi triiv?

Enamik kaameraid ja väliseid helisalvesteid ei ole võtte ajal pidevalt kaabliga ühendatud. Kasutatakse nn jam sync meetodit: ajakoodi generaator ühendatakse hetkeks kaameraga, see loeb kellaaja mällu ja seejärel kaabel eemaldatakse. Pärast seda toetub iga seade oma sisemisele ostsillaatorile. Nagu RØDE selgitab, hakkavad seadmete sisemised kellad kohe pärast lahtiühendamist eri kiirusel tiksuma.

Seda lahknevust mõõdetakse miljondikossades (ppm – parts per million). Üks ppm tähendab umbes ühe mikrosekundi suurust viga sekundis, mis teeb ööpäevas kokku ligikaudu 86 millisekundit.

Võrdluseks kiirusel 25 fps, kus ühe kaadri kestus on 40 ms:

• 0,5 ppm täpsusega kell triivib ööpäevas umbes 43 ms ehk laias laastus ühe kaadri jagu. Atomos märgib, et UltraSync One’i vaba triiv (free-running) ongi 0,5 ppm (umbes üks kaader 24 tunni jooksul).
• 0,2 ppm täpsusega kell püsib veelgi rangemalt paigas. Tentacle Sync toob välja, et mudeli SYNC E täpsus on 0,2 ppm, mis tagab ööpäevas vähem kui ühe kaadri suuruse nihke.
• Lihtne 20 ppm kvartskell, mida kasutatakse olmeelektroonikas, triiviks Oslo ülikooli loengumaterjalide kohaselt ööpäevaga tervelt 1,7 sekundit.

Kvaliteetsed ajakoodiseadmed hoiavad seega ajatemplid terve võttepäeva vältel ühe kaadri täpsuses. Siiski soovitab näiteks Atomos seadmeid kindluse mõttes korra-paar päevas uuesti sünkroniseerida (re-jam). Lisaks tuleb meeles pidada, et isegi ideaalselt klappiv ajakood ei taga sensorite sünkroonsust – kaks kaamerat võivad kanda identset ajatemplit, kuid teha särituse eri hetkedel.

Millal valida genlock, millal ajakood ja millal mõlemad?

Valiku tegemisel tasub lähtuda tootmisprotsessi tehnilistest nõudmistest, mitte oletustest.

Valige ainult ajakood, kui:

• Salvestate igas kaameras materjali mälukaardile ning monteerite selle hiljem kokku Premiere Pros või DaVinci Resolve’is. Adobe mitme kaamera töövoog sünkroniseerib klipid ühise ajakoodi alusel automaatselt sekundimurdosaga.
• Kasutate eraldiseisvaid helisalvesteid ja vajate kiiret kaadritäpset sünkroonimist montaažis.
• Kaameratel puudub riistvaraline sünkrosignaali sisend (Ref In). Sellisel juhul on ajakood ainus lahendus.

Valige genlock, kui:

• Teete otseülekannet ja lülitate kaameraid reaalajas ning soovite minimeerida viivitust, lootmata kommutaatori sisendite kaadripuhvritele. PTZOptics võtab selle oma ringhäälingujuhendis kokku lihtsalt: genlock määrab kaadri tegemise hetke, ajakood aga märgistab valmis kaadri.
• Filmite LED-ekraaniseina taustal (In-Camera VFX / virtuaaltootmine). Ilma genlockita ei kattu kaamera katiku liikumine LED-paneelide värskendusega, tekitades pildile vilkumist ja triipe. OptiTracki dokumentatsioon rõhutab, et virtuaaltootmises on vaja seadmeid, mis suudavad samaaegselt väljastada nii genlocki kui ka ajakoodi.
• Ehitate stereoskoopilisi 3D-kaamerasüsteeme või mitmest kaamerast koosnevaid massiive (bullet-time efektid). SMPTE soovituslik praktika RP 2076-1 nõuab, et sensorid alustaksid säritust täpselt samal ajahetkel ja kaadrid kannaksid ühtset ajatemplit.
• Töötate mitme ekraaniga videoseintega, kus kuvapinnad peavad uut kaadrit joonistama absoluutselt sünkroonselt.

Kasutage mõlemat, kui töötate virtuaalstuudios LED-seina ees või teete otseülekannet, kus paralleelselt salvestatakse arhiivi ja järeltöötluse jaoks kaamerate toorsignaale (ISO-salvestus). Sellisel juhul peavad mõlemad signaalid pärinema samast taktiallikast. ARRI rõhutab, et mõlemad sünkrosignaalid peavad pärinema samast taktiallikast, et vältida faasinihkeid.

Levinud eksiarvamus on osta ajakoodiseadmed reaalajas lülitamise probleemide lahendamiseks. Ajakood aitab ainult järeltöötluses montaažilaua taga. Otsepildi signaale see omavahel riistvaraliselt ei lukusta – selleks on vaja genlocki või sisseehitatud kaadrisünkronisaatoritega videokommutaatorit.

Seadmete ühilduvus: mida kontrollida

Seadmete spetsifikatsioonides tähistatakse liideseid erinevalt. Genlocki puhul otsige tähiseid nagu “Genlock In”, “Ref In” või “Tri-Sync/Black Burst”. Ajakoodi tähistatakse lühendiga “TC In”. Siin on ülevaade levinud tootmisseadmetest:

Seade	Genlock / tugisignaal	Ajakood (Timecode)
Blackmagic URSA Mini Pro	Tugisignaali sisend (Ref In), Tri-Sync või Black Burst	Sama BNC-pesa (Ref In)
Sony FX9	Genlock In / Ref Out BNC	TC In / TC Out BNC
Sony FX6	Puudub	BNC TC In/Out (lülitatav)
Canon EOS C300 Mark III	Ainult lisamooduliga EU-V1 või EU-V2	BNC in/out
ATEM Mini seeria kommutaatorid	Puudub (kõik HDMI-sisendid sünkroniseeritakse seadmesiseselt)	Puudub
ATEM Television Studio	BNC in/out, Tri-Sync või Black Burst	BNC in/out

Sony mudelite allikad: FX9 kasutusjuhend ja FX6 kasutusjuhend.

Tabelist koorub neli olulist tähelepanekut:

• Paljud populaarsed kaamerad toetavad ajakoodi, kuid neil puudub genlock. Kui kaameral pole Ref In pesa, ei saa selle sensorit väliselt lukustada ühegi lisaseadmega. See seab piirid virtuaaltootmises ja LED-seintega töötamisel.
• Mõnel kaameral vajab genlock lisamooduleid. Näiteks Canon C300 Mark III vajab vastavat laiendusmoodulit, mille soetamisega peab eelarves arvestama.
• Kommutaatorite tööpõhimõtted erinevad. Kompaktsetel ATEM Mini sarja seadmetel puudub eraldi tugisignaali sisend, sest igal sisendil on automaatne kaadrisünkronisaator. Suuremad ringhäälingukommutaatorid nõuavad aga sageli täisväärtuslikku genlock-ahelat.
• Pistikud ja ühendused varieeruvad. Ajakoodi edastatakse nii BNC, LEMO kui ka 3,5 mm pesade kaudu. Õigete kaablite leidmiseks pakub Deity sobivaid adaptereid, näiteks keermega 3,5 mm TRS -> BNC kaabel C15 ning Sony FX3/FX30 jaoks mõeldud C23.

Kompaktse genlock-kaamera näiteks on Marshall CV368, mis on varustatud Sony globaalse katikuga sensori ja tri-level genlock-sisendiga. See sobib suurepäraselt stuudiokeskkonda, kus kaamerad peavad lukustuma maja ühisele sünkrosignaalile. Kui vajate aga pelgalt monteerimise hõlbustamist, on selline spetsiaalkaamera tarbetu kulu.

Kuna reaalsetes tootmistes kasutatakse sageli eri tüüpi tehnikat, suudavad teatud seadmed pakkuda universaalset tuge. Näiteks Atomos UltraSync One suudab tootja kinnitusel väljastada korraga nii ajakoodi, genlocki kui ka digitaalheli taktsignaali (word clock). Enne süsteemi ülesehitamist kontrollige alati, kas teie kaamerad vastavaid sisendsignaale toetavad.

Kiire seadistamise meelespea

1. Kaardistage kogu võttetehnika ja märkige üles, millistel seadmetel on sünkrosisend (Ref In), millistel ajakoodi sisend (TC In) või mõlemad.
2. Määrake süsteemi keskne põhitaktigeneraator (master clock). Suunake genlock-signaal seadmetele, millel on Ref In sisend, ja ajakood ülejäänutele.
3. Kontrollige, et kõigis kaamerates ja salvestites oleks valitud täpselt sama kaadrisagedus ja identne drop-frame režiim.
4. Enne salvestuse algust veenduge, et iga kaamera ekraanil põleb sünkroonimise kinnituse indikaator (lock või “GEN”).
5. Kui kasutate kaameraid juhtmevabalt või jam sync meetodil, korrake ajakoodi sünkroonimist (re-jam) vähemalt kord päevas (näiteks lõunapausi ajal).

Olulisemad järeldused

• Genlock sünkroonib kaadrite riistvaralise tekkimise hetke. Ajakood märgistab valmis kaadrid unikaalse ajatempliga.
• Otseülekannetes saab hakkama kas genlocki või kaadrisünkronisaatoritega kommutaatoriga. LED-ekraaniseinad, virtuaaltootmine ja mitme kaamera stereosüsteemid nõuavad vältimatult genlocki.
• Montaažile suunatud töövoogudes piisab täielikult korrektsest ajakoodist.
• Ajakoodiseadmed triivivad ajas. Professionaalsed generaatorid püsivad ühe kaadri piirides 24 tundi, kuid neid tasub siiski regulaarselt uuesti sünkroniseerida.
• Enne ostmist kontrollige liideseid. Paljudel tänapäevastel videokaameratel on küll ajakoodi tugi, kuid puudub riistvaraline Ref/Genlock sisend.
• Suuremates süsteemides peavad genlock ja ajakood pärinema ühest ühisest taktiallikast.

Kui te pole kindel, milline sünkroonimislahendus teie kaamerate ja töövooga kõige paremini sobib, võtke ühendust MediaGearile. Aitame teie kaameramudelite ja tootmisvajaduste põhjal valida õiged sünkrogeneraatorid, ajakoodiseadmed ja kaablid.