رمز زمني SMPTE

رمز SMPTE الزمني ( يُلفظ / ˈsɪmptiː / أو / ˈsɪmtiː / ) هو مجموعة من المعايير المتعاونة لترميز إطارات الفيديو أو الأفلام برمز زمني . وقد حددت جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون هذا النظام في مواصفات SMPTE 12M . قامت الجمعية بمراجعة المعيار في عام 2008، ليصبح وثيقة من جزأين: SMPTE 12M-1 وSMPTE 12M-2، مع إضافة شروحات وتوضيحات جديدة. ثم قام إصدار لاحق، SMPTE 12M-3، بتوسيع نطاق المعيار ليشمل معدلات إطارات أعلى.

تُضاف رموز الوقت إلى الأفلام أو مقاطع الفيديو أو المواد الصوتية، كما تم تكييفها لمزامنة الموسيقى والإنتاج المسرحي . وهي توفر مرجعًا زمنيًا للتحرير والمزامنة والتعريف. يُعد رمز الوقت شكلًا من أشكال البيانات الوصفية للوسائط . وقد مكّن اختراع رمز الوقت من تحرير أشرطة الفيديو الحديثة ، وأدى في النهاية إلى ابتكار أنظمة التحرير غير الخطي .

يُعرض رمز SMPTE الزمني بتنسيق الساعة:الدقيقة:الثانية:الإطار ، ويُمثَّل عادةً بـ 32 بت باستخدام النظام العشري المُشفَّر ثنائيًا . يحتوي أيضًا على علامات إسقاط الإطارات وعلامات تأطير الألوان ، بالإضافة إلى ثلاث بتات إضافية لعلامات المجموعة الثنائية تُستخدم لتحديد استخدام بتات المستخدم. تُشتق تنسيقات الأنواع الأخرى من رمز SMPTE الزمني من تنسيق الرمز الزمني الخطي . ويمكن أن تتضمن الرموز الزمنية الأكثر تعقيدًا، مثل رمز الفاصل الزمني الرأسي، معلومات إضافية بتنسيقات متنوعة.

تُعبّر قيم الوقت المُشفّر بأجزاء من الثانية عن نفسها بوحدات الإطارات. تشمل معدلات الإطارات الشائعة المدعومة ما يلي:

• 23.98 (24 ÷ 1.001) إطار/ثانية (HDTV أمريكا الشمالية)، وأحيانًا يتم تحديدها بدقة أكبر على أنها 23.976.
• 24 إطارًا/ثانية ( فيلم ، ATSC ، 2K، 4K ، 6K)
• 25 إطار/ثانية ( PAL (أوروبا، أوروغواي، الأرجنتين، أستراليا)، SECAM ، DVB ، ATSC)
• 29.97 (30 ÷ 1.001) إطار/ثانية ( نظام NTSC الأمريكي (الولايات المتحدة، كندا، المكسيك، كولومبيا، وغيرها)، ATSC، PAL-M (البرازيل))
• 30 إطارًا/ثانية ( ATSC )

بشكل عام، تكون معلومات معدل إطارات رمز الوقت SMPTE ضمنية، وتُعرف من معدل وصول رمز الوقت من الوسيط. وقد تُحدد أيضًا في بيانات وصفية أخرى مُشفّرة في الوسيط. يعتمد تفسير بعض البتات، بما في ذلك بتات تأطير الألوان وبتات الإطارات المفقودة ، على معدل البيانات الأساسي. على وجه الخصوص، يكون بت الإطارات المفقودة صالحًا فقط لمعدلي 29.97 و30  إطارًا/ثانية.

تُنشأ رموز الوقت كتدفق مستمر من قيم البيانات المتسلسلة. في بعض التطبيقات، يُستخدم توقيت الساعة ، بينما في تطبيقات أخرى، يكون الوقت المُشفّر وقتًا افتراضيًا بمرجع أكثر اعتباطية. بعد إجراء سلسلة من التسجيلات، تتكون رموز الوقت المسجلة عادةً من مقاطع غير متصلة.

في الأنظمة التي تستخدم إشارات الفيديو والصوت في الوقت الفعلي، تبدأ إطارات الترميز الزمني عند أو حول نقطة التزامن الرأسي لإطار الفيديو، لذا لا يمكن معرفة الترميز الزمني الخطي للإطار الحالي إلا بعد مروره. تستخدم أجهزة فك ترميز الوقت الفعلي العملية خوارزمية "العجلة الدوارة" التي تتبع التسلسل التصاعدي للرموز الزمنية، وتستنتج وقت الإطار الحالي منه، وهو أمر مفيد أيضًا لتجاوز أخطاء البتات أو الانقطاعات في تدفق الترميز الزمني. مع ذلك، يتطلب هذا وجود سلسلة من الرموز الزمنية الصحيحة لتأسيس التسلسل التصاعدي في المقام الأول، وبالتالي لا يمكن لهذه الخوارزمية تحديد حدود نطاقات الرموز الزمنية غير المتصلة إلا بعد مرور عدة إطارات متتالية. لا ينطبق هذا القيد على الأنظمة التي يمكنها الوصول إلى الرموز الزمنية السابقة واللاحقة لتحديد الترميز الزمني لإطار معين.

لا تخضع أنظمة التحرير غير الخطي الحديثة لأي من هذه القيود، لأن تدفقات الفيديو الخاصة بها موجودة داخل تدفقات بيانات مضغوطة، مع الاحتفاظ بمعلومات رمز الوقت كبيانات وصفية.

يعود أصل ترميز الوقت ذي الإطار المتساقط إلى حل وسط تم تقديمه عند اختراع نظام الفيديو NTSC الملون. أراد مصممو نظام NTSC الحفاظ على التوافق مع أجهزة التلفزيون أحادية اللون الموجودة آنذاك. ولتقليل ظهور الموجة الحاملة الفرعية على جهاز استقبال أحادي اللون، كان من الضروري جعل تردد الموجة الحاملة الفرعية للون مضاعفًا فرديًا لنصف تردد مسح الخط؛ وكان المضاعف الذي تم اختياره في الأصل هو 495. مع  معدل إطارات يبلغ 30 هرتز، يكون تردد مسح الخط (30  × 525)  = 15750 هرتز. وبالتالي ،  كان تردد الموجة الحاملة الفرعية 495 / 2 ×  15750  = 3.898125  ميجاهرتز.

كان هذا هو تردد الموجة الحاملة الفرعية الذي تم اختياره في الأصل، ولكن أظهرت الاختبارات أنه في بعض أجهزة الاستقبال أحادية اللون،  يمكن رؤية نمط تداخل ناتج عن التداخل بين الموجة الحاملة الفرعية للألوان والموجة الحاملة الصوتية بتردد 4.5 ميجاهرتز. يمكن تقليل وضوح هذا النمط بشكل كبير عن طريق خفض مضاعف تردد الموجة الحاملة الفرعية إلى 455 (مما يزيد تردد التداخل من حوالي 600  كيلوهرتز إلى حوالي 920  كيلوهرتز) وجعل تردد التداخل مساويًا لمضاعف فردي لنصف تردد مسح الخط. كان من الممكن تحقيق هذا التغيير الأخير برفع تردد الموجة الحاملة الصوتية بنسبة 0.1% إلى 4.5045  ميجاهرتز، ولكن المصممين، خشية أن يتسبب ذلك في مشاكل مع بعض أجهزة الاستقبال الموجودة، قرروا بدلاً من ذلك خفض تردد الموجة الحاملة الفرعية للألوان، وبالتالي خفض كل من تردد مسح الخط ومعدل الإطارات، بنسبة 0.1%. وهكذا ، بلغ تردد الموجة الحاملة اللونية لنظام NTSC 3.57954 ميجاهرتز ( 315/88 ميجاهرتز  ) ، وتردد مسح الخط 15.734265 كيلوهرتز ( 9/572 ميجاهرتز ) ، ومعدل الإطارات 29.970029 هرتز ⁽ 30 / 1.001 هرتز ) . [ ^{1 ]}     

أدى تغيير معدل الإطارات إلى أن ساعة من رمز الوقت بمعدل إطارات اسمي يبلغ 29.97  إطارًا/ثانية كانت أطول من ساعة من الوقت الفعلي بمقدار 3.6 ثانية (بالنسبة لرمز الوقت غير المتأثر بالهبوط 29.97 إطارًا/ثانية، فإن رمز الوقت المتأثر بالهبوط هو 01:00:00:00، وبالنسبة لرمز الوقت غير المتأثر بالهبوط 00:59:56:12، فإن رمز الوقت المتأثر بالهبوط هو 01:00:00:00)، مما أدى إلى خطأ يقارب دقيقة ونصف خلال اليوم. ^{[ 2 ]}

لحل هذه المشكلة، تم ابتكار ترميز SMPTE الزمني ذي الإطارات المتساقطة. على الرغم مما يوحي به الاسم، لا يتم إسقاط أو تخطي أي إطارات فيديو عند استخدام هذا الترميز. بل يتم إسقاط بعض رموز الوقت . ولجعل ساعة من رمز الوقت تتطابق مع ساعة على الساعة، يتخطى ترميز الإطارات المتساقطة الإطارين 0 و1 من الثانية الأولى من كل دقيقة، إلا إذا كان عدد الدقائق يقبل القسمة على 10. ^{[ أ ]} يتسبب هذا في تخطي رمز الوقت 18 إطارًا كل 10 دقائق (18000  إطار  بمعدل 30  إطارًا/ثانية)، ويعوض بشكل شبه كامل عن الفرق في المعدل (لكنه لا يزال يُراكم إطارًا واحدًا كل 9 ساعات و15 دقيقة). ^{[ ب ] [ 3 ]}

على سبيل المثال، التسلسل عند حذف عدد الإطارات:

01:08:59:28

01:08:59:29

01:09:00:02

01:09:00:03

لكل عشر دقائق

01:09:59:28

01:09:59:29

01:10:00:00

01:10:00:01

بينما يُعرض رمز الوقت غير المُسقط بنقطتين رأسيتين تفصلان أزواج الأرقام - "HH:MM:SS:FF" - يُمثل رمز الوقت المُسقط عادةً بفاصلة منقوطة (;) أو نقطة (.) كفاصل بين جميع أزواج الأرقام - HH;MM;SS;FF ، HH.MM.SS.FF - أو بين الثواني والإطارات فقط - HH:MM:SS;FF أو HH:MM:SS.FF . ^{[ ج ]} يُختصر رمز الوقت المُسقط عادةً إلى DF، وغير المُسقط إلى NDF.

يُشار إلى البت رقم 10 من إطار رمز الوقت SMPTE بعلامة إسقاط الإطار، وعند ضبطها تشير إلى أن رمز الوقت يجب أن يلتزم بقواعد إسقاط الإطار. ^{[ 4 ]}

تم تحديد البت رقم 11 من إطار رمز الوقت SMPTE كعلامة إطار اللون، والتي تُستخدم للإشارة إلى أن رمز الوقت متوافق مع تسلسل إطارات الألوان للمادة ، بحيث تضمن أجهزة تحرير الفيديو المركب التناظري التحرير فقط على حدود تسلسل إطارات الألوان المناسبة لمنع تشوه الصورة. ^{[ 5 ]} تم تحديد تعريفات محددة لهذه العلاقة الزمنية لكل من معايير الألوان NTSC وPAL. ^{[ 6 ]}

مع ظهور مصححات قاعدة الوقت الرقمية ، أصبح بالإمكان إعادة توليد الموجة الحاملة الفرعية للفيديو المركب عند أي علاقة طور، ولم يعد عدم تطابق تسلسل إطارات الألوان عائقًا أمام التحرير. أدى إدخال الفيديو الرقمي إلى إزالة الموجة الحاملة الفرعية تمامًا، مما ألغى مفهوم تسلسل إطارات الألوان في الفيديو، وجعل علامة إطار اللون غير ذات جدوى، واقتصرت أهميتها على المواد الأرشيفية التاريخية.

في عمليات استوديوهات التلفزيون ، يتم توليد رمز التوقيت الطولي بواسطة مولد التزامن الرئيسي للاستوديو وتوزيعه من نقطة مركزية. عادةً ما تستمد مولدات التزامن المركزية توقيتها من ساعة ذرية ، باستخدام توقيت الشبكة أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . تستخدم الاستوديوهات عادةً ساعات متعددة، وتتحول تلقائيًا بينها في حال تعطل إحداها.

يُستخدم ترميز SMPTE الزمني الطولي على نطاق واسع لمزامنة الموسيقى.  ويُستخدم معدل إطارات يبلغ 30 إطارًا/ثانية غالبًا للصوت في أمريكا واليابان ودول أخرى تعتمد على  تردد كهربائي رئيسي يبلغ 60 هرتز وتستخدم معيار NTSC التلفزيوني. أما معدل الإطارات القياسي لاتحاد البث الأوروبي (EU ) البالغ 25  إطارًا/ثانية فيُستخدم في جميع أنحاء أوروبا وأستراليا وأي مكان يكون فيه التردد الكهربائي الرئيسي 50  هرتز وتُستخدم فيه معايير PAL أو SECAM التلفزيونية التناظرية. ^{[ 7 ]}

يمكن إرفاق رمز الوقت بوسيط التسجيل بعدة طرق مختلفة.

1. الترميز الزمني الخطي ، المعروف أيضًا بالترميز الزمني الطولي (LTC): مناسب للتسجيل على قناة صوتية، أو لنقله عبر أسلاك الصوت للتوزيع داخل الاستوديو لمزامنة أجهزة التسجيل والكاميرات. لقراءة LTC، يجب أن يكون التسجيل متحركًا، مما يعني أن LTC غير مجدٍ عندما يكون التسجيل ثابتًا أو شبه ثابت. أدى هذا القصور إلى تطوير VITC.
2. رمز التوقيت الزمني للفاصل الرأسي (VITC، يُنطق "فيت-سي"): يُسجل في فاصل التعتيم الرأسي لإشارة الفيديو في كل إطار من الفيديو. وتكمن ميزة VITC في أنه، كونه جزءًا من الفيديو المُشغّل، يُمكن قراءته حتى عندما يكون الشريط ثابتًا.
3. رمز الوقت المضمن في AES-EBU ، ورمز الوقت المضمن في SMPTE في اتصال الصوت الرقمي AES3.
4. رمز الوقت الطولي لمسار التحكم (رمز الوقت CTL): رمز الوقت SMPTE المضمن في مسار التحكم لشريط الفيديو.
5. رمز الوقت المرئي، المعروف أيضًا باسم رمز الوقت المدمج أو BITC (يُنطق "بيت-سي") - تُدمج الأرقام في صورة الفيديو ليسهل على البشر قراءتها. تُعرف أشرطة الفيديو التي تُنسخ مع دمج هذه الأرقام الزمنية باسم "نسخ النافذة" .
6. شركات إنتاج الأفلام، مثل Keykode .

ظهرت عدة نسخ من نظام الترميز الزمني في أواخر الستينيات (مثل EECO وDaVinci وSiemens وغيرها). وقد طوّر ليو أودونيل النسخة التي اعتمدتها جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون (SMPTE) أثناء عمله في المجلس الوطني للأفلام في كندا. اعتمدت نسخة أودونيل على وقت اليوم واستخدمت كلمةً مكونةً من 80 بتًا مُستمدةً من بيانات قياس المسافة للصواريخ. وقد مُنحت عدة براءات اختراع لهذه النسخة (مثل US3877799). ومنذ ذلك الحين، أدخلت جمعية مهندسي الصور المتحركة والتلفزيون (SMPTE) العديد من التعديلات لمواكبة التطور التكنولوجي، بما في ذلك إضافات لدعم المواد ذات معدل الإطارات العالي .

• الهيمنة الميدانية
• رمز الوقت IRIG
• رمز زمني خطي
• رمز زمني MIDI
• رمز زمني قابل لإعادة الكتابة للمستهلك
• رمز زمني للفاصل الزمني الرأسي

• مقدمة تقنية عن الترميز الزمني بقلم تشارلز بوينتون
• مقال عن الترميز الزمني بقلم كريس بيرازي
• التزامن ورموز SMPTE الزمنية.
• بيتر أوتز. "شرح رمز التوقيت SMPTE" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10-02-2009.
• تحويل رموز الوقت SMPTE hh:mm:ss:ff والإطارات باستخدام شفرة مصدرية بلغة C من إعداد بروكس هاريس