同期とSMPTEタイムコード（タイムコード）

同期とSMPTEタイムコード（タイムコード） このドキュメントは、SMPTEタイムコード同期システム、特にビデオテープのオーディオトラックまたはオーディオテープに記録できるBi-Phase Mark "LTC"タイムコード同期トーンについての説明です（主に技術的ですが、広範な予備知識は不要です）。VITCタイムコードなどの他のタイムコードバリアントについても言及しています。カラーテレビ規格やフィールドシーケンスといった関連トピックに関する補足情報も含まれています。また、SMPTE（またはEBU）タイムコードのデータワードで使用される二進化十進数（BCD）表現についても簡潔に説明しています。 私がこのトピックを技術的に探求した当初の理由は、顧客からの頻繁なリクエストであり、当社の電子音楽ガジェットのラインナップへの論理的な追加であった、低コストのMIDIテープ同期ユニットを開発することでした。SMPTE（ドロップフレーム形式を含む）とMIDIタイムコードをサポートする当社のタイムコードテープ同期ユニットはTS1と呼ばれ、10年以上にわたり成功し、高く評価されている製品でした。 同期システム オーディオ、ビデオ、または音楽テクノロジー機器（例: テープレコーダーとシーケンサー）の各部分を連携させたい場合、それらが互いに時間通りに再生されるようにするための手段が必要になることがあります。これは「同期」または「シンクロナイゼーション」と呼ばれ、「sync」または「synch」と短縮されます。 磁気テープレコーダーのトラックとは、1つの録音ヘッド素子によってスキャンされるテープの領域のことです。例えば、オーディオ信号、つまり音の流れの電子的なアナログを伝送することができます。同期情報を記録するためにオーディオトラックを使用するには、その情報をオーディオ互換信号、すなわち同期トーンにエンコードする必要があります。同期トーンが記録されたオーディオテープトラックは、「ストライプ」と呼ばれます。 同期されたデバイスが、同期トーンの開始位置がストライプの最初でなくても、どこからでも参加できることが望ましいです。これは「チェイシング」と呼ばれます。SMPTE/EBUタイムコード規格は、同期トーンの国際的に認められている主要な規格を定義しており、デバイスが「チェイス」または正確な位置にロケートすることを可能にします。 音楽テクノロジーのアプリケーションで、タイムコード互換性のない機器を使用する場合、テンポ相対ストライプシステムとしてテープ同期ユニットを使用できる場合があります。そのようなシステムの例としては、従来のFSK（周波数シフトキーイング）やPhilip Rees独自のFSKplus形式があります。 SMPTE/EBUタイムコード規格 ビデオ録画が登場する前は、フィルムと音の機械的な同期がありました。これは主に、フィルムと特殊なスプロケット付き録音テープの各スプロケット（整然とした穴の列）に依存していました。相対的なタイミング調整は、スプロケット穴を滑らせることによって行うことができました。同じスプロケット穴が同期を維持するために使用されていました。 ビデオテープにはスプロケット穴がないため、ビデオが登場したときには、機械的な同期方法に取って代わる電子的な等価物が必要になりました。1967年に、米国映画テレビ技術者協会（The US Society of Motion Picture and Television Engineers）は、私たちがSMPTE（「シンプティ」と発音）タイムコードと呼ぶものを導入しました。SMPTEのオーディオ同期トーンバージョンは、リニアまたはロンジチュディナルタイムコード、あるいはLTCと呼ばれます。ちなみに、ビデオ信号に挿入したり、MIDI接続経由で送信したりできるタイムコードのバージョンもあります。 以前のウェブサイトtvhandbook.comにあった「Broadcast History Timeline」には、1969年のエントリとして次のようなものがありました：「SMPTEタイムコードは、様々な編集機の互換性のないタイムコードの混乱を終わらせるために確立された」。SMPTEタイムコードの当初の用途には、正確なビデオ編集やフィルムサウンドトラックの同期が含まれます。 SMPTEのタイミングデータは、8桁の24時間時計の形式をとります。カウントは、0から59秒、0から59分、0から23時間で構成されます。秒は多数のフレームに細分化され、世界中で使用されている様々なフレームレートに合わせて変更できます。フレームレートとは、連続的な動きの錯覚を与えるために、1秒間に画像が更新される回数のことです。 フレームレート形式 4つの標準フレームレート形式があります。 アメリカでオーディオによく使用されるのは、30フレーム/秒（fps）のSMPTEフレームレートです。これはCDマスタリング用のSony 1630フォーマットで使用されます。これは、廃止されたアメリカのモノラルテレビ規格に起源を持ちます。 アメリカのカラーテレビ規格は、約29.97fpsというわずかに異なるフレームレートを持っています。これは、30ドロップフレームとして知られるSMPTEフォーマットで対応されており、アメリカ、日本、および一般的に60Hz（電源周波数）のNTSC（テレビ規格）世界でのビデオ作業に必要です。各秒のフレーム数は整数ではないため、近似値が使用されます。これは30fpsに基づいていますが、10分ごとの分（毎時、フレームがドロップされない分は1、11、21、31、41、51分）を除き、毎分開始時に2フレームカウントがドロップ（スキップ）されます。 25fpsのEBU（欧州放送連合）規格は、ヨーロッパ、オーストラリア、および電源周波数が50HzでカラーテレビシステムがPALまたはSECAMである地域で使用されます。 残りの24fpsのレートは、フィルム作業に必要であり、オーディオにはめったに使用されません。 オーディオポストプロダクションでは、SMPTEはマシン同期やテープ位置の参照として採用されています。本質的に、オーディオ作業のフレームレートの選択は通常任意です。 SMPTE LTCの変調方式 ビットとは、バイナリ数字（0または1の値のみをとる）のことです。ビットの値は、電子スイッチの「オフ」と「オン」の状態によって表されることがよくあります。バイナリ数字のシーケンスがアナログオーディオ信号用のチャネルを通過しなければならない場合、「オン」と「オフ」の状態（「位相」）を確実に区別することはできません。しかし、オーディオ周波数は忠実に再現されます。この特性を利用するために、SMPTEロンジチュディナルタイムコードは、そのデータを電子状態遷移のレート（周波数）にエンコードします。 バイナリ値0は、ビット期間（またはビット「セル」）の開始時（または「境界」）での1回の遷移によって表されます。バイナリ値1は、開始時とビット期間の中央での2回の遷移によって表されます。このスキームは「Bi-Phase Mark」と呼ばれ、周波数変調（「FM」）に非常によく似ています。つまり、バイナリ1のストリームは、バイナリ0のストリームを表すために使用されるオーディオバーストの2倍の周波数のオーディオバーストによって表されます。この直接的な変調スキームは驚くほど堅牢であり、テープレコーダーのトラックを含む、さまざまな実世界のオーディオチャネルと互換性があります。オーディオチャネルでの良好なパフォーマンスを確保するために、波形のライズタイムも指定されています。 SMPTE LTCフレームのデータ構成 ロンジチュディナルタイムコードの各ビデオフレームのデータストリームは、80ビット期間（ビットセル）で構成されます。当初のアメリカの30fpsのフレームレートでは、ビットレートは30 x 80、つまり2400ビット/秒になります。ゼロのストリームの周波数は1.2kHz、1のストリームの周波数は2.4kHzになります。 ヨーロッパの25fpsフレームレートに対応するビットレートは2000ビット/秒です。この場合、ゼロのストリームの周波数は1.0kHz、1のストリームの周波数は2.0kHzになります。これらの周波数はすべてオーディオ範囲内に安全に収まるため、SMPTE LTC同期トーン波形は、まともなオーディオトラックであれば簡単に記録できます。 各フレームでは、80ビットのうち26ビットが、二進化十進数でSMPTEタイムまたは「アドレス」を伝送します。上記の図では、これらのビットはFRAME UNITS、FRAME TENS、SECS UNITS、SECS TENS、MINS UNITS、MINS TENS、HOURS UNITS、HOURS TENSとして示されています。BCD数字は「最下位ビット優先」でロードされます。 32ビットは、8グループの4つのUSER BITに割り当てられ、これは「バイナリグループ」とも呼ばれます。この容量は通常、リール番号や日付などの追加情報を伝送するために使用されます。バイナリグループフラグビットが両方ともクリアされている限り、ユーザービットはどのようにでも割り当てることができます。ユーザービットは、タイムコードのコース中に通常変化しません。