關(guān)鍵字：音頻傳輸鏈路、延時(shí)、測(cè)試
摘要：本文依據(jù)作者遇到的異地長(zhǎng)距離音頻傳輸鏈路測(cè)試中測(cè)試結(jié)果異常情況，對(duì)異地長(zhǎng)距離音頻傳輸鏈路測(cè)試進(jìn)行具體分析，得出傳輸延時(shí)對(duì)音頻技術(shù)指標(biāo)測(cè)試的影響，并提出了使用“追隨頻率”的測(cè)試方法來消除傳輸延時(shí)對(duì)音頻技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果影響的方法。
一、背景
在廣播中心臺(tái)站間信號(hào)鏈路往往是長(zhǎng)距離城際或跨省傳輸。近幾年來隨著技術(shù)發(fā)展，數(shù)字編碼壓縮技術(shù)不斷演進(jìn)，傳輸通訊技術(shù)手段多樣，電信網(wǎng)絡(luò)各種業(yè)務(wù)復(fù)用和IP化的影響，使音頻節(jié)目傳輸鏈路復(fù)雜化。傳輸質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)測(cè)試在這種情況下，也相應(yīng)出現(xiàn)一些新的問題。例如數(shù)字信號(hào)抖動(dòng)加大導(dǎo)致音頻質(zhì)量下降、壓縮編碼帶來的信號(hào)質(zhì)量損失、鏈路傳輸延遲等等問題。本文就我單位某下屬機(jī)構(gòu)與當(dāng)?shù)貜V電局信號(hào)傳輸中信號(hào)延遲引發(fā)指標(biāo)測(cè)試問題以及成因解決方法進(jìn)行探討。
該分支站與當(dāng)?shù)厥V電局有節(jié)目交換需要，每日定時(shí)傳輸2路立體聲節(jié)目供當(dāng)?shù)匕l(fā)射播出。該系統(tǒng)采用E1方式通過PDH光端機(jī)通過當(dāng)?shù)貜V電網(wǎng)絡(luò)的光纖鏈路傳輸。
圖1 測(cè)試路由示意圖
該技術(shù)系統(tǒng)驗(yàn)收時(shí)對(duì)該音頻傳輸質(zhì)量進(jìn)行了針對(duì)性測(cè)試。
將Audio Precision 2722綜合測(cè)試儀（以下簡(jiǎn)稱測(cè)試儀）的信號(hào)發(fā)生器輸出的測(cè)試信號(hào)輸入分支站設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)E1雙向綜合傳輸機(jī)；分支站E1雙向綜合傳輸機(jī)將測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后經(jīng)過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞dE1雙向綜合傳輸機(jī)；省廳E1雙向綜合傳輸機(jī)將其輸出信號(hào)環(huán)接到其輸入后再通過光通量將測(cè)試信號(hào)送至分支站E1雙向綜合傳輸機(jī)；最后將分支站設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)E1雙向綜合傳輸機(jī)輸出送至測(cè)試儀的信號(hào)分析進(jìn)行掃頻測(cè)試，具體測(cè)試路由如圖1所示。
圖2 第一次測(cè)試諧波失真加噪聲測(cè)試結(jié)果
信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)為-３dBFS，20～20kHz的正弦數(shù)字信號(hào)。圖2為第一次測(cè)試總諧波失真加噪聲掃頻截圖，黃色線代表測(cè)試結(jié)果折線，可見基本恒定在0dB，用百分比表示為100%，失真十分嚴(yán)重。我們采用的測(cè)試信號(hào)，是根據(jù)設(shè)備標(biāo)稱設(shè)定的，可排除因測(cè)試條件超設(shè)備性能而產(chǎn)生的失真。
二、原因分析
為保證項(xiàng)目工作的順利實(shí)施，技術(shù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，特別針對(duì)此問題在一個(gè)月以后進(jìn)行了復(fù)測(cè)。考慮到第一次測(cè)試的情況，復(fù)測(cè)測(cè)試分為如下步驟進(jìn)行。
1、測(cè)試儀自環(huán)測(cè)試
為檢測(cè)測(cè)試儀工作是否正常，進(jìn)行了測(cè)試儀數(shù)字信號(hào)自環(huán)的總諧波失真加噪聲的掃頻測(cè)試，測(cè)試信號(hào)仍然采用-３dBFS，20～20kHz的正弦數(shù)字信號(hào)，測(cè)試結(jié)果見圖3。從圖3可以看出測(cè)試儀自環(huán)總諧波失真加噪聲測(cè)試結(jié)果大于120dB，與測(cè)試儀標(biāo)稱值一致，該測(cè)試儀狀態(tài)工作正常，結(jié)果可信。
圖3 測(cè)試儀自環(huán)測(cè)試諧波失真加噪聲測(cè)試結(jié)果
2、總諧波失真加噪聲掃頻測(cè)試
按第一次測(cè)試的路由對(duì)傳輸鏈路進(jìn)行，使用測(cè)試儀默認(rèn)模式進(jìn)行總諧波失真加噪聲的掃頻測(cè)試。測(cè)試結(jié)果仍然與第一次測(cè)試一樣。
3、E1雙向綜合傳輸機(jī)輸出接口眼圖測(cè)試
圖4為E1雙向綜合傳輸機(jī)輸出接口眼圖
圖4為E1雙向綜合傳輸機(jī)輸出接口眼圖，可見質(zhì)量很好，開口很大，形狀飽滿，幅度2.6V峰值，抖動(dòng)很小。由此排除由數(shù)字接口產(chǎn)生的問題。
4、總諧波失真加噪聲單點(diǎn)測(cè)試
為弄清楚掃頻時(shí)總諧波失真加噪聲異常問題，我們采用單點(diǎn)測(cè)試法，在20Hz～20kHz之間按照1/3oct逐點(diǎn)測(cè)試總諧波失真加噪聲，其測(cè)試結(jié)果在0.002%～0.004%之間，指標(biāo)正常。證明被測(cè)通路正常，出現(xiàn)總諧波失真加噪聲異常問題應(yīng)該是由測(cè)試儀的設(shè)置引起的。
根據(jù)以上現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，懷疑是由于傳輸設(shè)備編解碼過程與傳輸過程產(chǎn)生延時(shí)造成的，Audio Precision 2722在這種“失真－頻率”閉環(huán)測(cè)試中，發(fā)生器按步長(zhǎng)（可設(shè)）將20～20kHz分成若干頻點(diǎn)，值得注意的是Audio Precision 2722的掃頻并非連續(xù)平滑的，其實(shí)是跳變的，并在每一頻點(diǎn)上測(cè)試一段時(shí)間，該時(shí)間也可通過界面調(diào)整“偵測(cè)速率”而改變時(shí)間的長(zhǎng)短。而分析器端的濾波窗口在默認(rèn)模式下是跟隨“掃頻”的，也就是說當(dāng)發(fā)生器發(fā)出1k信號(hào)時(shí)，分析器就把濾波窗口自動(dòng)改變到１k，將1k信號(hào)過濾掉，取其他頻率上的能量之和，算出諧波失真與噪聲值。當(dāng)閉環(huán)測(cè)試時(shí)，發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)傳輸設(shè)備延時(shí)后并非同時(shí)刻到達(dá)分析器輸入端。而分析器內(nèi)部已將濾波窗口同步開在與發(fā)生器相同的頻點(diǎn)上，但輸入端信號(hào)其實(shí)是早先的信號(hào)。所以測(cè)試出得結(jié)果讀數(shù)實(shí)際上是無意義的。
圖4總諧波失真加噪聲測(cè)試原理
圖4濾波（陷波）器與被測(cè)信號(hào)基波頻率一致，噪聲與諧波被正確識(shí)別。
圖5 信號(hào)延遲后總諧波失真加噪聲測(cè)試分析
濾波器與被測(cè)信號(hào)不一致，使被測(cè)信號(hào)分量落到濾波器外，如圖5所示。使測(cè)試結(jié)果不僅包含了噪聲與各次諧分量，而且包含了信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)，導(dǎo)致最后測(cè)試結(jié)果大于等于信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)，因此讀數(shù)無意義。
為了驗(yàn)證我們的推測(cè)，將掃頻范圍調(diào)到20～100Hz, 在不改變其它任何默認(rèn)設(shè)置的情況下進(jìn)行了總諧波失真加噪聲測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如圖6所示。因?yàn)轭l率越變低，在某一頻點(diǎn)上停留時(shí)刻越變長(zhǎng)，延時(shí)效果減弱，但開始測(cè)試的頻點(diǎn)90～100Hz處，由于頻率還稍高，該信號(hào)超過駐留時(shí)間后，延時(shí)后的信號(hào)還沒到達(dá)測(cè)試儀的信號(hào)分析儀，仍然出現(xiàn)了無意義的讀數(shù)的現(xiàn)象。越向低頻延伸，信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)駐留時(shí)間越長(zhǎng)，所以越向低頻失真測(cè)試逐漸正常。
圖6 20~100Hz總諧波失真加噪聲測(cè)試
在總諧波失真加噪聲的測(cè)試中測(cè)試的是各次諧波與噪聲值之和與被測(cè)信號(hào)的比值，因此還要考慮除諧波分量外的噪聲影響，要排除因噪聲而產(chǎn)生失真偏高問題。多頻噪聲測(cè)試使用幾個(gè)頻率的混合信號(hào)激勵(lì)被測(cè)設(shè)備，使設(shè)備工作在類似實(shí)際的放音狀態(tài)，這時(shí)的測(cè)試結(jié)果比較接近實(shí)際，但與普通噪聲測(cè)試比較，相對(duì)指標(biāo)要偏差一些。為此我們使用如圖1所示的測(cè)試通路進(jìn)行了多聲頻噪聲測(cè)試，圖7是多頻噪聲測(cè)試結(jié)果，其測(cè)試值低于60dB,測(cè)試結(jié)果正常，可排除因噪聲因素導(dǎo)致指標(biāo)異常。
圖7 多頻加噪聲測(cè)試結(jié)果
5、改變測(cè)試儀設(shè)置
根據(jù)以上分析結(jié)果，考慮改變測(cè)試參數(shù)來適應(yīng)。測(cè)試儀提供了“追隨頻率計(jì)”與“追隨掃頻”兩種掃頻方式。“追隨頻率計(jì)”就是根據(jù)測(cè)試儀信號(hào)分析器的輸入頻率來確定總諧波失真加噪聲測(cè)試的中心頻率，但該方式存在缺點(diǎn)，就是當(dāng)被測(cè)信號(hào)諧波失真與噪聲都較為嚴(yán)重時(shí)，頻率計(jì)可能無法分辨真正的中心頻率，而使結(jié)果不正確；而“追隨掃頻”實(shí)際上是指根據(jù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)頻率來確定總諧波失真加噪聲測(cè)試的中心頻率。測(cè)試儀默認(rèn)的設(shè)置為按照“追隨掃頻”方式進(jìn)行測(cè)試。
根據(jù)對(duì)總諧波失真加噪聲異常的原因可能是延時(shí)引起的的推測(cè)，將掃頻方式更改為“追隨頻率計(jì)”。圖8為該法測(cè)試的結(jié)果。可見基本正常。據(jù)此結(jié)果推論，總諧波失真加噪聲測(cè)試值不正常可能是由傳輸延時(shí)引起的。
圖8 “追隨頻率計(jì)”方式掃頻總諧波失真加噪聲測(cè)試結(jié)果
6、改變偵測(cè)頻度
測(cè)試儀參數(shù)中還有一個(gè)項(xiàng)目的改變有助于消除延時(shí)的影響，這就是改變“偵測(cè)頻度”，一般設(shè)為自動(dòng)，當(dāng)降低偵測(cè)頻度后，可使讀數(shù)基本正常。但此法有局限性，不能消除起始點(diǎn)的異常。當(dāng)“偵測(cè)頻度”設(shè)置為46次/秒時(shí)總諧波失真加噪聲測(cè)試值不正常，當(dāng)設(shè)置為4次/秒時(shí)總諧波失真加噪聲測(cè)試值正常。“偵測(cè)頻度”設(shè)置的越大測(cè)試值越不正常，從另外一個(gè)側(cè)面證明了總諧波失真加噪聲測(cè)試值不正常是由傳輸延時(shí)引起的。
圖9 每秒4次掃頻總諧波失真加噪聲測(cè)試結(jié)果
圖10 每秒46次掃頻總諧波失真加噪聲測(cè)試結(jié)果
三、結(jié)論
使用音頻測(cè)試儀對(duì)音頻傳輸鏈路進(jìn)行音頻技術(shù)指標(biāo)掃頻測(cè)試時(shí)需要考慮到音頻鏈路的延時(shí)問題。根據(jù)Audio Precision 2722測(cè)試程序的設(shè)置，理論上音頻傳輸鏈路延時(shí)大于200毫秒時(shí)測(cè)試儀測(cè)掃頻試結(jié)果將出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)需要更改測(cè)試程序的掃頻方式為“追隨頻率”的方式，并根據(jù)傳輸鏈路的實(shí)際延時(shí)情況將“偵測(cè)頻度”適當(dāng)調(diào)整，即可測(cè)出正確的音頻傳輸鏈路技術(shù)指標(biāo)。測(cè)試儀提供的“追隨頻率”的測(cè)試方式，為解決長(zhǎng)距離異地音頻復(fù)雜傳輸通路的音頻技術(shù)指標(biāo)掃頻測(cè)試提供了便利。其測(cè)試結(jié)果，對(duì)于驗(yàn)證長(zhǎng)距離異地傳輸系統(tǒng)的音頻技術(shù)指標(biāo)提供了依據(jù)。