GY∕T 348-2021 专业广播环境下音视频设备精确时间同步协议规范(广播电影电视).pdf
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1、 GY 中华人民共和国广播电视和网络视听行业标准 GY/T 3482021 专业广播环境下音视频设备精确时间同步协议规范 Specification of precision time synchronization protocols for audio and video equipment in a professional broadcast environment 2021-03-29 发布 2021-03-29 实施 国家广播电视总局 发 布 GY/T 3482021 I 目 次 前言.II 引言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 缩略语.2 5
2、 PTP 类约束.3 5.1 PTP 实体特性.3 5.2 PTP 数据集.4 5.3 普通时钟和边界时钟.6 5.4 透明时钟.6 5.5 管理.6 5.6 PTP 选项.10 6 时钟物理要求.10 6.1 频率准确度.10 6.2 频率调整范围.10 7 系统同步准确度要求.10 8 系统同步安全要求.11 9 与其他 PTP 类的互操作性.11 附录 A(规范性)timeOfNextJam 的计算.12 附录 B(资料性)各 PTP 类数据集成员属性值对比.13 附录 C(资料性)PTP 网络拓扑示例.15 参考文献.16 GY/T 3482021 II 前 言 本文件按照GB/T 1
3、.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由全国广播电影电视标准化技术委员会(SAC/TC 239)归口。本文件起草单位:国家广播电视总局广播电视规划院、中央广播电视总台、国家广播电视总局广播电视科学研究院、北京市广播电视局、电影卫星频道节目制作中心、广东广播电视台、湖南广播电视台、上海广播电视台、北京格非科技股份有限公司、视溪科技(上海)有限公司、北京中科大洋科技发展股份有限公司、成都索贝数码科技股份有限公司、新华三技术有限公司、利达电子株式会社、博科达(北京)科技有限公司、
4、北京安达斯信息技术有限公司、南京奥视威电子科技股份有限公司、上海交通大学。本文件主要起草人:邓向冬、刘文翰、韦安明、张建东、宋蔚、罗攀、张娟、周芸、秦旭东、何英楠、宁金辉、王惠明、罗映辉、萧峰、袁跃、鲍放、林建泉、商同、谢海荐、乔传义、朴京浚、郭旭刚、刘春桓、喻金华、翟广涛。GY/T 3482021 III 引 言 本文件基于 GB/T 259312010 网络测量和控制系统的精确时钟同步协议 规定的 PTP 协议制定,通过约束 PTP 协议中路径延时测量机制、时钟数据集成员的初始值和可配置范围、允许和禁用的 PTP选项,补充带有同步元数据的机构扩展 TLV,定义了适用于专业广播环境的 PTP
5、 类,并进一步规定了通过应用该 PTP 类建立广播电视系统同步时应满足的同步准确度要求。GY/T 3482021 1 专业广播环境下音视频设备精确时间同步协议规范 1 范围 本文件规定了专业广播环境下,基于GB/T 259312010的PTP协议实现时钟设备(包括视音频设备和网络设备)精确时间同步的技术要求。本文件适用于IP架构下专业广播环境音视频设备(含网络设备)的设计、生产、集成、运行、维护和验收。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用
6、于本文件。GB/T 140012012 标准清晰度电视磁带录像用时间和控制码 GB/T 259312010 网络测量和控制系统的精确时钟同步协议(IEC 61588-2009,IDT)GY/T 1932003 数字音频系统同步 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 专业广播环境 professional broadcast environment 由专业广播电视设备(含网络设备)组成的,用于广播电视节目采集、制作和播出的环境。3.2 精确时间协议 precision time protocol;PTP 由GB/T 259312010定义的协议。3.3 PTP 类 PTP prof
7、ile 适用于某类设备允许的精确时间协议(PTP)特征集。3.4 准确度 accuracy 在一个测量集上,待测时钟与理想参考时钟的时间或频率误差的平均值。3.5 节点 node 在网络上能发送或接收PTP通信的设备。3.6 大端模式 big-endian 一种多字节数据字的网络传输顺序,首先传输数据字的最高位字节,其次依次传输低位字节。GY/T 3482021 2 3.7 每日纠偏 daily jam 一种在时间设施内运行的可选时间处理程序,并通过GB/T 140012012时间编码将其时间地址值调整为与选定的纠偏事件相对应的本地时间。该程序通常由设施运营方在清晨的非敏感时间执行。注:本文件
8、不要求纠偏事件每日发生,在某些系统中仅在适应非连续时才发生(例如:闰秒或夏令时调整)。3.8 域 domain 一个通过PTP互相保持同步的时钟逻辑组,但无需和另一个PTP域的时钟同步。3.9 最高级时钟 grandmaster clock 在PTP中的一个域内,用作GB/T 259312010精确时间协议(PTP)的最终时间源。3.10 本地时间 local time 在某个地理位置的某个司法管理辖区内由法律或习俗规定的时间尺度。注:通常是本地通用的日历日期和当日时间。本地时间一般包含了与UTC间的时差、因UTC规则而累积的闰秒,以及可能实行的夏令时(如有)。3.11 主时钟 master
9、clock 在单一PTP通信路径情况下,作为时间源的时钟。在该路径上的所有其他时钟都同步到该时钟。3.12 历元 epoch 由GB/T 259312010定义的PTP域中的时间标尺的原点。3.13 从时钟 slave clock 在单一PTP通信路径上,可同步到其他时钟的时钟。3.14 同步元数据 synchronization metadata;SM 音频/视频信号同步所需的元数据。3.15 同步信号 synchronization signal 用于专业广播环境下音频/视频设备同步的参考信号。3.16 时间跳变 time jump 可事先预知的本地时间的非连续性变化,通常由闰秒或夏令时调
10、整所引起。3.17 主参考 primary reference 可溯源至国际标准的时间或频率源。4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。ARB 任意(ARBitrary)BMCA 最佳主时钟算法(Best Master Clock Algorithm)GY/T 3482021 3 DARS 数字音频基准信号(Digital Audio Reference Signal)IGMPv2 互联网组管理协议第二版(Internet Group Management Protocol,Version 2)IGMPv3 互联网组管理协议第三版(Internet Group Management Protoco
11、l,Version 3)IP 网际互连协议(Internet Protocol)IPv4 互联网通信协议第四版(Internet Protocol version 4)IPv6 互联网通信协议第六版(Internet Protocol version 6)MLDv1 组播侦听发现协议第一版(Multicast Listener Discovery version 1)MLDv2 组播侦听发现协议第二版(Multicast Listener Discovery version 2)ppm 百万分之(part per million)SI 国际单位制(International System of
12、 Units)SMPTE 电影和电视工程师协会(The Society of Motion Picture and Television Engineers)TAI 国际原子时(International Atomic Time)TLV 类型、长度、值(Type、Length、Value)SM TLV 同步元数据的类型、长度、值(Synchronization Metadata TLV)UDP 用户数据报协议(User Datagram Protocol)UTC 协调世界时(Coordinated Universal Time)5 PTP 类约束 5.1 PTP 实体特性 5.1.1 网络传输
13、机制 至少应支持以下两种网络传输机制中的一种:a)GB/T 259312010 附录 D 中指定的 IPv4 上的 UDP;b)GB/T 259312010 附录 E 中指定的 IPv6 上的 UDP。对于透明时钟,应使用 IPv4 转发 IPv4 报文,使用 IPv6 转发 IPv6 报文。5.1.2 通信模型 使用 GB/T 259312010 中 6.4 定义的报文建立 PTP 时钟同步,报文传输模式要求如下:Announce、Sync、Follow_Up 报文必须支持的报文传输模式:组播。Announce、Sync、Follow_Up 报文允许支持的报文传输模式:单播。对于 Annou
14、nce 和 Sync 报文,单播协商不做硬性要求。在同一个PTP域中,Announce、Sync和Follow_Up报文应使用同一种传输模式,如全使用组播或全使用单播报文传输模式。Delay_Req报文可选组播或单播报文传输模式。对于Delay_Req报文,单播协商不是必须的。每个处于MASTER状态的、接收单播Delay_Req报文的端口都应发送单播的Delay_Resp报文,见GB/T 259312010中9.5.12。注:如果Sync和Announce报文采用单播报文传输模式且未启用单播协商机制,则需要通过其他机制将从时钟的IP地址传送给主时钟。Pdelay_Req报文可选组播或单播报文
15、传输模式。Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up报文应使用单播报文传输模式。Management报文可选组播或单播报文传输模式。对Management报文进行答复的报文应通过单播传输。GY/T 3482021 4 对于IPv4组播报文,接收方应支持IGMPv2,宜支持IGMPv3。对于IPv6组播报文,接收方应支持MLDv2,并且可选支持MLDv1。5.1.3 PTP 设备特性 5.1.3.1 节点类型 必须的节点类型:普通时钟。允许的节点类型:边界时钟、端到端透明时钟、点到点透明时钟、管理节点。除本文件所列设备属性值外,各类设备属性值应满足GB/T 2593120
16、10的要求。5.1.3.2 设备属性 5.1.3.2.1 timeSource 该属性指示最高级时钟所使用的时间源信息,其值应为GB/T 259312010中7.6.2.6给出的timeSource枚举值或本PTP类定义的如下枚举值:当主时钟的时间取自一个时间值是未定义且与真实的时间无关、时标是ARB的同步信号的周期性时,timeSource取F0h。当主时钟的时间取自一个最初参考本地时间源的同步信号,随后主时钟时间相对于真实时间的准确度取决于同步信号频率的准确度时,timeSource取F1h。5.1.3.2.2 clockClass 该属性指示最高级时钟分发的时间或频率的可溯源性,其值应为
17、表1定义的附加枚举值或GB/T 259312010中表5定义的clockClass枚举值。表1 clockClass 附加枚举值 clockClass(十进制)技术要求 150 之前已同步到主参考时间源的时钟,其频率同步到具有相对于 SI 秒1ppm 频率准确度(例如符合 GY/T 1932003 规定的一级准确度 DARS 时钟信号)的参考源上。时标应通过 PTP 分发 158 之前已同步到主参考时间源的时钟,其频率同步到具有相对于 SI 秒10ppm 频率准确度(例如符合 GY/T 1932003 规定的二级准确度 DARS 时钟信号)的参考源上。时标应通过 PTP 分发 220 之前未同
18、步到主参考时间源的时钟,其频率同步到具有相对于 SI 秒1ppm 频率准确度(例如符合 GY/T 1932003 规定的一级准确度 DARS 时钟信号)的参考源上。时标应通过 ARB 分发 228 之前未同步到主参考时间源的时钟,其频率同步到具有相对于 SI 秒10ppm 频率准确度(例如符合 GY/T 1932003 规定的二级准确度 DARS 时钟信号)的参考源上。时标应通过 ARB 分发 5.1.3.2.3 其他属性,该参数是 PTP 方差算法中测量样本的采样周期,缺省初始化值取 1.0s。5.2 PTP 数据集 5.2.1 可配置的数据集成员 GY/T 3482021 5 可配置的数据
19、集成员属性限定如下。a)defaultDS.priority1 defaultDS.priority1 1)缺省初始化值:128,可配置范围:0255;2)规定执行 BMCA 时用到的优先级。b)defaultDS.priority2defaultDS.priority2 1)缺省初始化值:128,可配置范围:0255;2)规定执行 BMCA 时用到的次要优先级。c)defaultDS.domainNumberdefaultDS.domainNumber 1)缺省初始化值:127,可配置范围:0127;2)域由一个或多个按协议相互通信的 PTP 设备组成,domainNumber 属性是用来标
20、识域的整数。d)defaultDS.slaveOnlydefaultDS.slaveOnly 普通时钟无法或无意进入主时钟状态时,则取值 TRUE,其他情况取值 FALSE。注:在使用本类(profile)的典型系统中,大部分设备都只能工作在从时钟状态。e)portDS.logAnnounceIntervalportDS.logAnnounceInterval 1)缺省初始化值:-2,可配置范围:-31;2)该属性规定连续 Announce 报文的平均时间间隔,即 announceInterval,它与announceReceiptTimeout 一道决定当主时钟失效事件发生时 BMCA 重新
21、配置系统的速度;3)该属性值在全域中应是统一的,其值为:以 2 为底、单位为秒的时间间隔的对数。例如当要求报文间隔为 0.25s 时,该属性值应设为-2;当要求报文间隔为 2s 时,该属性值应设为 1;4)为满足建立同步的时间要求,推荐使用缺省初始化值或比缺省值更小的值作为该属性的值。f)portDS.announceReceiptTimeoutportDS.announceReceiptTimeout 1)缺省初始化值:3,可配置范围:210;2)该属性规定ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES事件发生前未接收到Announce报文的时间间隔 announceInt
22、ervals 的个数。g)portDS.logSyncIntervalportDS.logSyncInterval 1)缺省初始化值:-3,可配置范围:-7-1;2)该属性规定连续 Sync 报文间的平均时间间隔,其值为:以 2 为底、单位为秒的时间间隔的对数;3)这个时间间隔被设定为较小的值(也即较高报文发送率),便于从时钟更快同步;4)为满足建立同步的时间要求,推荐使用缺省初始化值或比缺省值更小的值作为该属性的值。h)portDS.logMinPDelayReqIntervalportDS.logMinPDelayReqInterval 1)缺 省 初 始 化 值:与portDS.logS
23、yncInterval相 等,可 配 置 范 围:portDS.logSyncIntervalportDS.logSyncInterval+5;2)该属性规定在链路上传输的连续 Pdelay_Req 报文间允许的最小平均时间间隔,即minPdelayReqInterval。i)transparentClockDefaultDS.delayMechanism transparentClockDefaultDS.delayMechanism 1)端到端透明时钟取 01h,点到点透明时钟取 02h;2)该属性规定透明时钟使用的延时测量选项。j)transparentClockDefaultDS.pr
24、imaryDomain transparentClockDefaultDS.primaryDomain 1)缺省值与 defaultDS.domainNumber 相等;2)该属性规定透明时钟的主谐振域。GY/T 3482021 6 5.2.2 动态数据集成员 portDS.logMinDelayReqIntervalportDS.logMinDelayReqInterval,该属性的缺省初始值应与 portDS.logSyncInterval 相等,允许的取值范围为 portDS.logSyncIntervalportDS.logSyncInterval+5。该属性的值是动态的,由主时钟根据
25、其处理Delay_Req报文流量的能力来决定,见GB/T 259312010中7.7.2.4的内容。除非从时钟的数量超过了主时钟在初始速率下可支持的数量,否则主时钟不宜在初始值的基础上调增portDS.logMinDelayReqInterval(达到降低报文速率的目的)。5.3 普通时钟和边界时钟 5.3.1 最佳主时钟算法 应使用GB/T 259312010的9.3.2、9.3.3和9.3.4中定义的缺省的最佳主时钟算法(BMCA)。5.3.2 路径延时测量机制 缺省的路径延时测量机制应使用延时请求-响应机制,也可使用对等延时机制。注:具备支持两种机制的端口的边界时钟,可用于桥接不同的机制
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