在復(fù)雜傳輸鏈路中音頻傳輸延時(shí)對信號測試的影響

湯偉

【摘要】本文依據(jù)作者遇到的異地長距離音頻傳輸鏈路測試中測試結(jié)果異常情況，對異地長距離音頻傳輸鏈路測試進(jìn)行具體分析，得出傳輸延時(shí)對音頻技術(shù)指標(biāo)測試的影響，并提出了使用“追隨頻率”的測試方法來消除傳輸延時(shí)對音頻技術(shù)指標(biāo)測試結(jié)果影響的方法。

【關(guān)鍵詞】音頻傳輸鏈路 延時(shí) 測試

一、曹景

在廣播中心臺站間信號鏈路往往是長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)字信號抖動加大導(dǎo)致音頻質(zhì)量下降、壓縮編碼帶來的信號質(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電局信號傳輸中信號延遲引發(fā)指標(biāo)測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。

該技術(shù)系統(tǒng)驗(yàn)收時(shí)對該音頻傳輸質(zhì)量進(jìn)行了針對性測試。

將Audio Precision 2722綜合測試儀（以下簡稱測試儀）的信號發(fā)生器輸出的測試信號輸入分支站設(shè)備機(jī)房內(nèi)E1雙向綜合傳輸機(jī)；分支站E1雙向綜合傳輸機(jī)將測試信號轉(zhuǎn)換為光信號后經(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)將其輸出信號環(huán)接到其輸入后再通過光通量將測試信號送至分支站E1雙向綜合傳輸機(jī)；最后將分支站設(shè)備機(jī)房內(nèi)E1雙向綜合傳輸機(jī)輸出送至測試儀的信號分析進(jìn)行掃頻測試，具體測試路由如圖1所示。

信號發(fā)生器輸出信號為-3 dBFS，20～20kHz的正弦數(shù)字信號。圖2為第一次測試總諧波失真加噪聲掃頻截圖，黃色線代表測試結(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。我們采用的測試信號，是根據(jù)設(shè)備標(biāo)稱設(shè)定的，可排除因測試條件超設(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，特別針對此問題在一個(gè)月以后進(jìn)行了復(fù)測。考慮到第一次測試的情況，復(fù)測測試分為如下步驟進(jìn)行。

1.測試儀自環(huán)測試

為檢測測試儀工作是否正常，進(jìn)行了測試儀數(shù)字信號自環(huán)的總諧波失真加噪聲的掃頻測試，測試信號仍然采用-3dBFS，20～20kHz的正弦數(shù)字信號，測試結(jié)果見圖3。從圖3可以看出測試儀自環(huán)總諧波失真加噪聲測試結(jié)果大于120dB，與測試儀標(biāo)稱值一致，該測試儀狀態(tài)工作正常，結(jié)果可信。

2.總諧波失真加噪聲掃頻測試

按第一次測試的路由對傳輸鏈路進(jìn)行，使用測試儀默認(rèn)模式進(jìn)行總諧波失真加噪聲的掃頻測試。測試結(jié)果仍然與第一次測試一樣。

3.E1雙向綜合傳輸機(jī)輸出接口眼圖測試

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)測試法，在20Hz～20kHz之間按照1/30ct逐點(diǎn)測試總諧波失真加噪聲，其測試結(jié)果在0.002%～0.004%之間，指標(biāo)正常。證明被測通路正常，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)測試中，發(fā)生器按步長（可設(shè)）將20～20kHz分成若干頻點(diǎn)，值得注意的是Audio Precision2722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)上測試一段時(shí)間，該時(shí)間也可通過界面調(diào)整“偵測速率”而改變時(shí)間的長短。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信號時(shí)，分析器就把濾波窗口自動改變到1k，將1k信號過濾掉，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)測試時(shí)，發(fā)生器產(chǎn)生的信號經(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，但輸入端信號其實(shí)是早先的信號。所以測試出得結(jié)果讀數(shù)實(shí)際上是無意義的。

圖5濾波（陷波）器與被測信號基波頻率一致，噪聲與諧波被正確識別。

濾波器與被測信號不一致，使被測信號分量落到濾波器外，如圖6所示。使測試結(jié)果不僅包含了噪聲與各次諧分量，而且包含了信號發(fā)生器輸出信號，導(dǎo)致最后測試結(jié)果大于等于信號發(fā)生器輸出信號，因此讀數(shù)無意義。

為了驗(yàn)證我們的推測，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試，其測試結(jié)果如圖7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，延時(shí)效果減弱，但開始測試的頻點(diǎn)90～100Hz處，由于頻率還稍高，該信號超過駐留時(shí)間后，延時(shí)后的信號還沒到達(dá)測試儀的信號分析儀，仍然出現(xiàn)了無意義的讀數(shù)的現(xiàn)象。越向低頻延伸，信號發(fā)生器輸出信號駐留時(shí)間越長，所以越向低頻失真測試逐漸正常。

在總諧波失真加噪聲的測試中測試的是各次諧波與噪聲值之和與被測信號的比值，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。多頻噪聲測試使用幾個(gè)頻率的混合信號激勵(lì)被測設(shè)備，使設(shè)備工作在類似實(shí)際的放音狀態(tài)，這時(shí)的測試結(jié)果比較接近實(shí)際，但與普通噪聲測試比較，相對指標(biāo)要偏差一些。為此我們使用如圖1所示的測試通路進(jìn)行了多聲頻噪聲測試，圖8是多頻噪聲測試結(jié)果，其測試值低于60dB，測試結(jié)果正常，可排除因噪聲因素導(dǎo)致指標(biāo)異常。

5.改變測試儀設(shè)置

根據(jù)以上分析結(jié)果，考慮改變測試參數(shù)來適應(yīng)。測試儀提供了“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)測試儀信號分析器的輸入頻率來確定總諧波失真加噪聲測試的中心頻率，但該方式存在缺點(diǎn)，就是當(dāng)被測信號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)信號發(fā)生器發(fā)出的信號頻率來確定總諧波失真加噪聲測試的中心頻率。測試儀默認(rèn)的設(shè)置為按照“追隨掃頻”方式進(jìn)行測試。

根據(jù)對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，將掃頻方式更改為“追隨頻率計(jì)”。圖9為該法測試的結(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試值不正常可能是由傳輸延時(shí)引起的。

6.改變偵測頻度

測試儀參數(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“偵測頻度”，一般設(shè)為自動，當(dāng)降低偵測頻度后，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)“偵測頻度”設(shè)置為46次/秒時(shí)總諧波失真加噪聲測試值不正常，當(dāng)設(shè)置為4次/秒時(shí)總諧波失真加噪聲測試值正常。

“偵測頻度”設(shè)置的越大測試值越不正常，從另外一個(gè)側(cè)面證明了總諧波失真加噪聲測試值不正常是由傳輸延時(shí)引起的。

三.結(jié)論

使用音頻測試儀對音頻傳輸鏈路進(jìn)行音頻技術(shù)指標(biāo)掃頻測試時(shí)需要考慮到音頻鏈路的延時(shí)問題。根據(jù)AudioPrecision 2722測試程序的設(shè)置，理論上音頻傳輸鏈路延時(shí)大于200毫秒時(shí)測試儀測掃頻試結(jié)果將出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)需要更改測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“偵測頻度”適當(dāng)調(diào)整，即可測出正確的音頻傳輸鏈路技術(shù)指標(biāo)。測試儀提供的“追隨頻率”的測試方式，為解決長距離異地音頻復(fù)雜傳輸通路的音頻技術(shù)指標(biāo)掃頻測試提供了便利。其測試結(jié)果，對于驗(yàn)證長距離異地傳輸系統(tǒng)的音頻技術(shù)指標(biāo)提供了依據(jù)。