Genlock vs. aikakoodi: miten ne eroavat toisistaan ja milloin niitä tarvitaan

Sekä genlock että aikakoodi tahdistavat kameroita, mutta ne ratkaisevat kaksi täysin eri ongelmaa. Genlock lukitsee videosignaalien tarkan ajoituksen, jolloin jokainen kamera aloittaa uuden kuvaruudun täsmälleen samalla mikrosekunnilla. Aikakoodi puolestaan antaa jokaiselle tallennetulle ruudulle aikaleiman (tunnit, minuutit, sekunnit ja ruudut), jotta eri kuvakulmat ja ääniraidat osuvat leikkausohjelman aikajanalla kohdakkain.

Nyrkkisäännöt lyhyesti:

• Teetkö suoraa monikameratuotantoa? Jos kuvamikserissäsi on tulokohtaiset kehystahdistimet (frame synchronizer), kameroita voidaan vaihtaa puhtaasti ilman ulkoista genlockiakin. LED-seinät, stereoskooppiset 3D-rigit ja useamman kameran matriisit vaativat kuitenkin aina genlockilla täsmätyn kennon ja kuvaruutujen ajoituksen.
• Tallennatko kameroiden kuvan ja ulkoisen äänen omille muistikorteilleen leikattavaksi vasta jälkituotannossa? Silloin pelkkä aikakoodi riittää.
• Raskaammissa monikameratuotannoissa tarvitaan usein molempia, ja kummankin signaalin tulisi olla peräisin samasta pääkellosta (master clock).

Genlock	Aikakoodi
Mitä se tahdistaa	Hetken, jolloin kuvaruutu valotetaan tai lähetetään	Kuvaruutuun tallennettavan numerotunnisteen
Signaalityyppi	Black burst tai tri-level sync	LTC tai vastaava (SMPTE ST 12)
Toimintaympäristö	Reaaliajassa suorassa lähetyksessä ja kuvaustilanteessa	Jälkituotannossa ja materiaalin järjestelyssä
Tyypillinen liitin	BNC (”Genlock In” / ”Ref In”)	BNC (”TC In”), 3,5 mm tai langaton synkronointi
Ratkaisee ongelman	Ajoitusvirheistä johtuvat kuvan hyppäykset ja repeilyt leikattaessa ilman kehystahdistusta	Eri kameroista ja ääniraidoilta tulevien leikkeiden kohdistaminen leikkausohjelmassa

Tässä oppaassa keskitytään signaalitason tahdistukseen. Jos kaipaat käytännön vinkkejä aaltomuotojen kohdistamisesta ja äänen luistamisen korjaamisesta jälkituotannossa, tutustu äänen ja videon tahdistusoppaaseemme. Kamerakulmien suunnittelusta ja kuvamikserin säädöistä kerromme puolestaan monikamerastriimauksen oppaassamme.

Miten genlock toimii

Genlock (generator locking) lukitsee eri laitteiden videolähdöt yhteiseen referenssisignaaliin. Kuten Alteran videodokumentaatio kuvaa, samaan referenssiin lukitut kuvalähteet voidaan kytkeä ja leikata suorassa lähetyksessä täysin saumattomasti suoraan kuvaruudun rajalla ilman häiriöitä.

Referenssi on pelkkä tahdistussignaali, joka ei sisällä varsinaista kuvaa. Tuotannoissa käytetään pääasiassa kahta signaalityyppiä:

• Black burst on perinteinen analoginen signaali, joka sisältää tahdistusimpulssit sekä väriapukantoaallon vaihereferenssin. Sitä käytetään SD-tarkkuuksilla. Skyworksin mukaan se vastaa käytännössä analogista komposiittivideota, josta puuttuu kuvasisältö.
• Tri-level sync on teräväpiirtoaikakauden (HD) referenssisignaali. Sony huomauttaa kameroiden käyttöoppaassaan, että tri-level-tahdistusta suositellaan erityisesti sähköisesti häiriöalttiisiin ympäristöihin sen erinomaisen häiriönsiedon vuoksi.

Ilman genlockia jokainen kamera käy oman sisäisen kellonsa tahtiin, jolloin niiden kuvaruudut piirtyvät hieman eri aikoihin. Kameralta toiselle leikattaessa kuva voi nytkähtää tai hypätä, ellei kuvamikseri korjaa eroa omilla kehystahdistimillaan. Blackmagic muistuttaa Studio Camera -oppaassaan, että kameroiden lukitseminen ulkoiseen referenssiin ehkäisee nämä ajoitusvirheet täysin.

Referenssisignaalin luo erillinen tahdistusgeneraattori (master sync generator), josta signaali jaetaan BNC-kaapeleilla kameroille, kuvamikserille ja tallentimille. Koaksiaalikaapelit -valikoimastamme löydät luotettavat BNC-kaapelit ammattitason asennuksiin.

Esimerkiksi Blackmagic Mini Converter Sync Generator tarjoaa tähän kompaktin ratkaisun. Laitteessa on kuusi kideoskillaattorilla vakautettua referenssilähtöä, joista jokainen voidaan Blackmagicin teknisten tietojen mukaan asettaa tuottamaan joko black burst- tai tri-level-signaalia. Tarkista laitteen saatavuus suoraan tuotesivulta ennen tilaamista.

Genlockin käytössä on muistettava kaksi keskeistä käytännön sääntöä:

1. Kuvanopeuden (frame rate) on täsmättävä. REDin genlock-oppaan mukaan kaikkien kameroiden on noudatettava samaa projektin aikapohjaa (time base) ja tallennusnopeutta. Myös ARRI painottaa tahdistusoppaassaan, että kennon kuvanopeuden tulee olla täsmälleen sama tai tasan kaksinkertainen referenssisignaaliin verrattuna.
2. Lukitukselle on annettava hetki aikaa. Canon muistuttaa, että signaalin vakiintuminen voi viedä noin kymmenen sekuntia. Canonin tukiartikkelin mukaan kameran näytölle ilmestyvä ”GEN”-kuvake vahvistaa, milloin järjestelmä on lukittunut signaaliin.

Miten aikakoodi toimii

Aikakoodi merkitsee ja numeroi jokaisen yksittäisen kuvaruudun. SMPTE määrittelee ST 12 -standardissaan tavan yksilöidä kuva- ja ääniruudut aikaleimalla muodossa tunnit:minuutit:sekunnit:ruudut.

Aikakoodia siirretään pääasiassa kahdessa eri muodossa: LTC (Linear Timecode) on äänisignaalina kulkeva aikakoodi, joka voidaan tallentaa normaalille ääniraidalle tai syöttää erillisen liitännän kautta. VITC (Vertical Interval Timecode) puolestaan upotetaan suoraan videosignaalin pystyjuovaväliin. Molempien tekninen perusta on määritelty standardissa SMPTE ST 12-1.

Pohjoisamerikkalaisella 29,97 fps -kuvanopeudella käytetään kahta eri laskentatapaa:

• Non-drop-frame numeroi ruudut juoksevasti alusta loppuun ilman hyppyjä.
• Drop-frame jättää numerot 00 ja 01 välistä jokaisen minuutin alussa lukuun ottamatta joka kymmenettä minuuttia. Yhtäkään varsinaista kuvaruutua ei heitetä pois; vain numerointia hypätään yli, jotta aikakoodi pysyy tahdissa todellisen seinäkellon ajan kanssa.

Aseta tuotannon kaikki laitteet poikkeuksetta samaan tilaan. Drop-framen ja non-drop-framen sekoittaminen keskenään on yleisin syy siihen, miksi aikakoodit alkavat leikkausohjelmassa liukua hiljalleen erilleen toisistaan.

On tärkeää ymmärtää, että aikakoodi ei ohjaa kennon fysiikkaa. Kuten Aspect huomauttaa RED KOMODO -oppaassaan, aikakoodi ei saa kennoja valottumaan samalla hetkellä. Se liittää jokaiseen tallennettuun ruutuun ainoastaan yhteisen nimilapun, jonka avulla leikkaaja saa monikameramateriaalin ja erilliset ääniraidat automaattisesti riviin leikkauspöydällä.

Miksi pelkkä aikakoodi alkaa luistaa

Useimmissa kameroissa ja kenttätallentimissa ei pidetä jatkuvaa kellokaapelia kiinni kuvausten aikana. Laitteet tahdistetaan yleensä niin kutsutulla jam sync -menetelmällä: aikakoodigeneraattori kytketään laitteeseen hetkeksi sisäisen kellon asettamiseksi, minkä jälkeen johto irrotetaan. Tämän jälkeen kukin laite käy oman sisäisen kellonsa varassa. Kuten RØDE muistuttaa, kaapelin irrottamisen jälkeen laitteiden sisäiset kellot alkavat vääjäämättä kulkea eri tahtiin.

Tätä kellon epätarkkuutta mitataan miljoonasosina (ppm, parts per million). Yhden ppm:n heitto tarkoittaa noin yhtä mikrosekuntia sekunnissa eli noin 86 millisekuntia vuorokaudessa.

Eurooppalaisella 25 fps -kuvanopeudella yksi kuvaruutu kestää 40 millisekuntia. Eroja voi havainnollistaa käytännössä seuraavasti:

• 0,5 ppm:n tarkkuudella toimiva kello heittää vuorokaudessa noin 43 millisekuntia – eli jo yhden täyden kuvaruudun. Atomos ilmoittaa UltraSync One -laitteensa vapaakäynnin tarkkuudeksi 0,5 ppm, mikä merkitsee enintään yhden ruudun heittoa 24 tunnin aikana.
• 0,2 ppm:n kello on vieläkin vakaampi. Tentacle Sync ilmoittaa SYNC E -mallilleen 0,2 ppm:n tarkkuuden, jolloin luisto jää selvästi alle yhden kuvaruudun vuorokaudessa.
• Laitteiden tavallinen 20 ppm:n peruskide – sellainen, jota käytetään esimerkiksi perusranteissa – heittäisi Oslon yliopiston luentomateriaalin mukaan jo noin 1,7 sekuntia vuorokaudessa.

Laadukkaat ulkoiset aikakoodilähettimet pitävät siis aikaleimat ruuduntarkasti linjassa koko kuvauspäivän ajan. Silti jam sync kannattaa tehdä rutiininomaisesti uudelleen kerran tai kaksi päivässä, kuten esimerkiksi Atomos suosittelee. Vaikka aikakoodit täsmäisivät täydellisesti, se ei edelleenkään takaa kennon tahdistusta: kaksi kameraa voi merkitä ruutunsa samalla aikaleimalla, vaikka niiden kennot olisivat valottuneet eri sekunnin murto-osilla.

Milloin tarvitaan genlockia, aikakoodia tai molempia?

Oikea valinta riippuu puhtaasti tuotantosi luonteesta ja teknisistä vaatimuksista.

Pelkkä aikakoodi riittää, jos:

• Kuvaat materiaalin kameroiden omille muistikorteille ja leikkaat sen jälkikäteen Premiere Prossa tai DaVinci Resolvessa. Adoben monikameratyönkulku kohdistaa eri kuvakulmat automaattisesti, kunhan aikakoodi on kunnossa.
• Äänität äänen erillisellä kenttätallentimella ja haluat synkronoida audion kuvaan nopeasti ja ruuduntarkasti.
• Kameroissasi ei yksinkertaisesti ole referenssituloa (Ref In / Genlock). Silloin aikakoodi on ainoa käytettävissä oleva tahdistustapa.

Genlock on välttämätön, jos:

• Ohjaat suoraa lähetystä ja haluat varmistaa videosignaalien täydellisen ajoituksen ilman, että joudut luottamaan mikserin sisäisiin kehystahdistimiin. PTZOptics tiivistää asian osuvasti lähetystekniikan oppaassaan: genlock tahdistaa hetken, jolloin kamera ottaa kuvan, kun taas aikakoodi ainoastaan nimeää kyseisen ruudun.
• Työskentelet virtuaalituotannossa LED-seinien edessä. Ilman yhteistä referenssiä kameran suljin ei osu tarkasti yksiin LED-paneelien virkistystaajuuden kanssa. Kuten OptiTrackin ohjeistus toteaa, tähän työnkulkuun tarvitaan aina sekä aikakoodi- että genlock-tahdistus – joko erillisistä laitteista tai yhdistelmälaitteesta.
• Kuvaat stereoskooppista 3D-materiaalia tai käytät usean kameran matriiseja. SMPTE:n suositus RP 2076-1 tähdentää, että kennojen on valotuttava täsmälleen yhtä aikaa ja jokaiselle ruudulle on lisäksi saatava oma aikaleimansa.
• Ohjaat useasta näytöstä koostuvia videoseiniä, joiden paneelien on päivityttävä samalla silmänräpäyksellä.

Tarvitset molempia, jos teet usean kameran virtuaalituotantoa tai suoraa monikameratuotantoa, josta taltioidaan samalla jokaisesta kamerasta erillinen raakatallenne (ISO-tallennus) jälkieditointia varten. Tällöin molempien signaalien on tultava samasta lähteestä. ARRI korostaakin, että molempien tahdistussignaalien tulee aina olla peräisin samasta pääkellosta.

Yleinen virhe on hankkia aikakoodilähettimiä ratkaisemaan suoran lähetyksen kuvamikseriongelmia. Aikakoodi tekee leikkaamisesta vaivatonta jälkituotannossa, mutta se ei auta videosignaalin reaaliaikaisessa synkronoimisessa. Siihen tarvitaan aina joko genlock tai mikseri, jossa on tulokohtaiset kehystahdistimet.

Laitteiden yhteensopivuus: mitä ottaa huomioon

Valmistajien käyttämät nimitykset ja liitännät vaihtelevat runsaasti. Genlock-liitäntä on usein merkitty teksteillä ”Genlock In”, ”Ref In” tai ”Tri-Sync/Black Burst”, kun taas aikakoodiliitännässä lukee yleensä ”TC In”. Alla oleva taulukko vertailee suosittuja laitteita valmistajien virallisten tietojen valossa:

Laite	Genlock / referenssi	Aikakoodi
Blackmagic URSA Mini Pro	Referenssitulo, Tri-Sync tai Black Burst	Jaettu referenssitulon kautta
Sony FX9	BNC Genlock In / Ref Out	BNC TC In / TC Out
Sony FX6	Ei vahvistettua genlock-tuloa	BNC TC In/Out (valittavissa)
Canon EOS C300 Mark III	Vaatii erillisen EU-V1- tai EU-V2-lisäosan	BNC In/Out
ATEM Mini -mikserit	Ei referenssituloa; sisäinen kehystahdistus kaikissa tuloissa	Ei erillistä tuloa
ATEM Television Studio	BNC In/Out, Tri-Sync tai Black Burst	BNC In/Out

Sony-mallien tiedot perustuvat suoraan FX9-käyttöoppaaseen ja FX6-käyttöoppaaseen.

Taulukosta käy ilmi neljä tärkeää seikkaa:

• Moni kamera tukee vain aikakoodia. Jos rungosta puuttuu fyysinen referenssitulo, sen kennoa ei voi pakottaa ulkoiseen tahdistukseen millään lisälaitteella. Huomioi tämä jo laitehankintaa suunnitellessasi.
• Genlock saattaa vaatia kalliin laajennusosan. Esimerkiksi Canon C300 Mark III edellyttää erillistä lisämoduulia, mikä nostaa järjestelmän kokonaishintaa.
• Pienet kuvamikserit eivät välttämättä ota vastaan ulkoista referenssiä. Suositut ATEM Mini -mallit hoitavat tahdistuksen sisäisillä kehystahdistimilla, joten niihin ei voi syöttää ulkoista tahdistussignaalia. Raskaammat ATEM-mallit puolestaan tukevat sitä suoraan BNC-liitännän kautta.
• Liitäntätyypit vaihtelevat. Aikakoodi voidaan viedä sisään BNC-, LEMO- tai perinteisen 3,5 mm:n liittimen kautta. Esimerkiksi Deity valmistaa luotettavia sovitinkaapeleita, kuten C15 TRS 3,5 mm – BNC -aikakoodikaapelia sekä suoraan Sony FX3- ja FX30 -malleille tarkoitettua C23-kaapelia.

Kompakteista erikoiskameroista mainittakoon Marshall CV368, josta löytyy valmistajan mukaan Sonyn global shutter -kenno ja tri-level-genlock. Se on loistava valinta monikamerastudioon, jossa kaikki kamerat halutaan lukita samaan taloreferenssiin, mutta se on tarpeettoman järeä ratkaisu, jos haussa on pelkkä aikaleima jälkieditointia varten.

Koska tuotannoissa käytetään usein eri valmistajien kameroita rinnakkain, markkinoilta löytyy myös laitteita, jotka hallitsevat molemmat tehtävät. Esimerkiksi Atomos UltraSync One tuottaa valmistajan mukaan samanaikaisesti aikakoodia, genlockia ja audiopuolen word clockia. Tarkista kuitenkin aina etukäteen, että kamerasi tukevat laitteen tarjoamia signaalimuotoja.

Pikaopas järjestelmän käyttöönottoon

1. Listaa kaikki tuotantoon tulevat laitteet ja tarkista, mistä löytyy referenssitulo, mistä aikakooditulo ja mitkä tukevat molempia.
2. Määritä järjestelmälle yksi yhteinen pääkello (master clock). Syötä genlock-signaali sitä tukeville laitteille ja aikakoodi muulle kalustolle.
3. Lukitse sama kuvanopeus ja sama aikakoodimuoto (kuten non-drop-frame) poikkeuksetta jokaiseen laitteeseen.
4. Tarkista ennen nauhoituksen aloitusta, että kunkin kameran näytössä näkyy ulkoisen lukituksen symboli (esimerkiksi ”GEN” tai vastaava).
5. Jos käytät pelkkää aikakoodia vapaakäynnillä, toista jam sync -tahdistus vähintään kerran kuvauspäivän aikana.

Tärkeimmät opit

• Genlock määrää hetken, jolloin kuvaruudut muodostetaan ja lähetetään eteenpäin. Aikakoodi ainoastaan merkitsee ja numeroi jo muodostetut ruudut.
• Suorissa lähetyksissä pärjätään joko genlockilla tai mikserin omilla kehystahdistimilla. LED-seinät, 3D-rigit ja usean rungon erikoisjärjestelmät vaativat poikkeuksetta genlockin. Pelkkiin jälkituotannossa koottaviin monikameratöihin riittää aikakoodi.
• Aikakoodilaitteiden kellot alkavat vapaana käydessään luistaa. Parhaatkin ammattilaitteet pysyvät noin yhden ruudun tarkkuudessa vuorokauden ajan, joten säännöllinen jam sync on hyvä rutiini.
• Varmista kameran todelliset liitännät ennen laitehankintoja: useat suositut videorungot tukevat vain aikakoodia, eivät ulkoista genlockia.
• Laajoissa kokonaisuuksissa molemmat tahdistussignaalit kannattaa aina generoida yhdestä ja samasta pääkellosta.

Etkö ole varma, millaiset tahdistusratkaisut toimisivat parhaiten omassa kalustossasi? Ota yhteyttä MediaGeariin ja kerro kameramallisi sekä tulevan tuotantosi vaatimukset – autamme mielellämme valitsemaan juuri oikeat tahdistusgeneraattorit, aikakoodilähettimet ja kaapelit.