淺談音頻編碼出現(xiàn)異常情況的處理方法

關(guān) 潔 周志明 黃 健

（作者單位：廣西人民廣播電臺）

淺談音頻編碼出現(xiàn)異常情況的處理方法

關(guān) 潔 周志明 黃 健

（作者單位：廣西人民廣播電臺）

音頻傳輸中巨大的數(shù)據(jù)量，給存儲和傳輸帶來了很大的壓力，而這些數(shù)字音頻信號中存在著大量的冗余：頻域冗余、時域冗余以及聽覺冗余。隨著數(shù)字化編碼技術(shù)的高速發(fā)展，技術(shù)人員利用聲音壓縮編碼的聲學原理及心理學模型，設(shè)計了信號壓縮編碼的各種標準，使我們在傳輸信號前，可以對龐大的數(shù)據(jù)壓縮后再進行傳輸，以達到符合傳輸信道的要求，從而實現(xiàn)信號的高效率傳輸。然而，在這個過程中，音頻信號編碼后，一些異常問題也時有發(fā)生，比如，信號不連續(xù)、卡殼等，本文對這些異常情況的處理方法做了一個簡單的介紹。

音頻編碼；信號異常；編碼異常；處理方法

廣西人民廣播電臺廣播節(jié)目信號傳輸鏈路復雜、信號源多，所有節(jié)目信號分別傳送到網(wǎng)絡(luò)公司、地球站和104臺。隨著通訊設(shè)備的多元化及受眾對節(jié)目的要求日益提高，廣播節(jié)目信號的接收端也呈現(xiàn)多元化，信號格式也出現(xiàn)多樣化，其中，數(shù)據(jù)格式包括音頻、視頻、圖文以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等格式的傳輸。針對如此多元化的數(shù)據(jù)格式，必須做到既要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、安全性、穩(wěn)定性外，還要綜合考慮信號的高傳輸率等問題。并且，在整個傳輸鏈路的過程中，盡可能對各節(jié)點進行隨時監(jiān)聽監(jiān)視，從而最大程度保證信號可以安全有效傳送到發(fā)射臺、站，確保安全播出。

為了使數(shù)據(jù)可以穩(wěn)定傳輸，并且充分利用傳輸帶寬，提高傳輸率，在信號傳輸系統(tǒng)中，我們必須對信號進行編碼，然后對數(shù)據(jù)流進行相應(yīng)的處理，使信號傳輸系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，提高數(shù)據(jù)傳輸率，降低誤碼率，從而保證安全播出。

1 音頻編碼

隨著廣西電臺數(shù)字化改造系統(tǒng)的完善和網(wǎng)絡(luò)公司、調(diào)頻臺等發(fā)射臺、站傳輸系統(tǒng)的升級，我臺使用的多用途數(shù)字通路傳輸系統(tǒng)是采用E1線路進行傳輸?shù)囊环N綜合復用設(shè)備。這一系統(tǒng)是建立在物理層保障帶寬的一種時隙分割技術(shù)，其在物理層中將一條E1線路分割為多個通道（N個），從而可以分別同時傳輸數(shù)據(jù)、電話、時鐘以及音頻等多個業(yè)務(wù)。每一個傳輸通道的基本帶寬單位設(shè)計為64 Kbit/s，總帶寬為N×64Kbit/s，可確保數(shù)據(jù)、電話、音頻等多個業(yè)務(wù)在傳輸時不會出現(xiàn)帶寬擁擠、獨占情況，保障了不同數(shù)據(jù)能實現(xiàn)勻速、獨立傳輸，還能有效解決多個數(shù)據(jù)經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)過程中發(fā)生的帶寬競爭情況，有效解決了帶寬不能確保實時業(yè)務(wù)的問題。

廣西電臺音頻信號傳輸流程中的編碼器使用示意圖如圖1所示。

音頻信號進行數(shù)字化之后，所面臨的一個問題就是巨大的數(shù)據(jù)量，這為存儲和傳輸帶來了壓力。為使編碼后的音頻信息可以被廣泛使用，在進行音頻信息編碼時，需要采用標準算法。我臺使用的編碼器，其編碼格式是MPEG-2標準的廣播級高品質(zhì)數(shù)字壓縮編碼，輸出碼率在32～384Kbps，支持模擬音頻和數(shù)字音頻接口（AES/EBU），音頻編碼支持單聲道/雙單聲道；解碼卡符合MPEG-2標準的廣播級高品質(zhì)音頻解碼，支持ISO/MPEG-1&MPEG-2、Layer1&2所有采樣頻率、所有編碼速率和所有編碼方式的數(shù)據(jù)；支持ES格式的MPEG數(shù)據(jù)；具有模擬音頻和數(shù)字音頻輸出。由于該編碼標準采用可降低數(shù)碼率、提高傳輸效率的信源編碼，所以，可用相對較少的存儲空間來存儲音頻信息，并能較好地恢復原始音、視頻信號，所支持的圖像分辯率最高。所支持的應(yīng)用最為廣泛，包括存儲媒體中的DVD、廣播電視中的數(shù)字廣播電視、HDTV可應(yīng)用于交互式（端對端）的點播視頻（VOD）和準點播視頻（NVOD），能夠適配于ATM這種新興的寬帶通信網(wǎng)。

圖1 廣西電臺音頻信號傳輸流程

MPEG-2編碼標準壓縮的原理如下。

第一，去除冗余信息，只保留少量非相關(guān)信息進行傳輸，可以大大節(jié)省傳輸頻帶；

第二，接收機利用這些非相關(guān)信息，按照一定的解碼算法，可以在保證一定的音、視頻信號質(zhì)量的前提下恢復原始信號；

第三，能夠最大限度地去除信息中的冗余信息。

2 音頻編碼后出現(xiàn)的異常現(xiàn)象

信號編碼的最終目的是增加信號傳輸系統(tǒng)的安全性、可靠性、高效性。然而，信號經(jīng)過編碼后，同時也會出現(xiàn)一些其他的弊端，比如信號編碼會減少有用信息數(shù)據(jù)的傳輸。因為在信號編碼過程中，會在原始的數(shù)據(jù)碼流中加插一些碼元，如此便可以達到在接收端對所傳送的信號進行判斷和糾錯的目的，如此可見，信號編碼的目的是為了保證信號的同步和避免信號在信道傳輸過程中的干擾。

由于音頻編碼器對信號進行數(shù)據(jù)壓縮編碼時，會對數(shù)據(jù)中存在的空間冗余、時間冗余、結(jié)構(gòu)冗余等進行壓縮處理，雖然目前的音頻壓縮技術(shù)已經(jīng)非常成熟，基本可以滿足各種音頻處理的需求，但是，再完美的壓縮技術(shù)，也都是對原始信號進行有損計算，已達到減少傳輸數(shù)據(jù)量、提高傳輸效率、提高數(shù)據(jù)壓縮時間和減小延時的目的。在這個過程中，就會引起一些由于編碼壓縮而導致的一些問題，現(xiàn)就我們在使用過程中積累的一些問題及經(jīng)驗做出分析并給出相應(yīng)的解決方案。

2.1 編碼后的信號有不連續(xù)、卡殼的現(xiàn)象

經(jīng)過ACS1380多路音頻編碼器編碼后的信號，傳輸?shù)桨l(fā)射臺、站后，聽眾聽到不連續(xù)、卡殼等噪音很大的現(xiàn)象，導致信號出現(xiàn)劣播。

2.2 數(shù)字輸入出現(xiàn)卡殼現(xiàn)象

AES信號通過ACS1380多路音頻編碼器后，經(jīng)解碼器解碼出來的信號有不連續(xù)、卡殼的現(xiàn)象。

2.3 解碼后的音頻信號出現(xiàn)的問題

信號經(jīng)過解碼器解碼后，出現(xiàn)其他異常問題造成播出信號劣播情況。

3 異常情況的處理方案

在我們使用過程中發(fā)現(xiàn)，雖然經(jīng)過編碼器編碼后的信號傳輸較未經(jīng)編碼器編碼的信號傳輸，抗干擾能力明顯增強了很多，也增加了可靠性和安全性。但是，我們同時也發(fā)現(xiàn)了因編碼器設(shè)備而導致的一些問題，我們對出現(xiàn)的問題進行歸納分析后，給出的解決處理方案如下。

3.1 編碼后的信號有不連續(xù)、卡殼的現(xiàn)象

問題現(xiàn)象：AES數(shù)字信號輸入ACS1380多路音頻編碼器編碼后，經(jīng)總控傳輸設(shè)備傳送到發(fā)射臺、站發(fā)射后，聽眾使用接收終端接收到信號出現(xiàn)不連續(xù)、卡殼等現(xiàn)象，導致信號出現(xiàn)劣播。

解決方案如下。

第一，從編碼器的E1輸出口輸出的編碼信號，使之接到E1解碼器，監(jiān)聽解碼后的信號是否與原信號一致而且音質(zhì)不變；

第二，如果音質(zhì)出現(xiàn)嚴重的不連續(xù)、卡殼等影響音質(zhì)的現(xiàn)象，則先檢查前端AES信號輸入源是否正常，如果正常，則排除信號源的問題，可推斷是編碼器編碼出現(xiàn)了問題；

第三，先把信號源變成模擬信號輸入，然后把編碼器信號輸入源參數(shù)設(shè)置切換到模擬信號輸入；

第四，把AES信號輸入卡儂頭拔下，稍等幾分鐘后再接上，無AES信號輸入時，可讓芯片進行復位恢復，重新同步；

第五，然后把編碼器信號輸入源參數(shù)設(shè)置切換到數(shù)字信號，即可把所出現(xiàn)的不連續(xù)、卡殼的現(xiàn)象消除。

總結(jié)：該音頻信號出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，是由于編碼器編碼過程中出現(xiàn)了不同步編碼，讓編碼器重新同步即可恢復正常。

3.2 數(shù)字輸入出現(xiàn)卡殼現(xiàn)象

問題現(xiàn)象：AES信號通過ACS1380多路音頻編碼器后，經(jīng)解碼器解碼出來的信號出現(xiàn)不清晰、模糊、有背景噪音的現(xiàn)象。

解決方案如下。

第一，該問題有可能跟AES信號受干擾有關(guān)系，應(yīng)檢查相關(guān)輸入信號的前端設(shè)備是否正常接地，并確定信號接地是否接牢；

圖2 編碼器信號監(jiān)聽示意圖　

第二，輸入信號設(shè)備開關(guān)機的沖擊也會導致音頻信號出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

總結(jié)：要保證信號設(shè)備正常接地并且接地牢固，可避免該類問題。

3.3 解碼后的音頻信號出現(xiàn)的問題

問題現(xiàn)象：經(jīng)編碼器編碼后的信號經(jīng)過解碼器解碼后，出現(xiàn)的其他異常問題造成的播出信號劣播情況。

解決法案如下。

第一，確認編碼器的編碼信號是否正常，可通過前端解碼設(shè)備監(jiān)聽和監(jiān)聽該編碼信號，區(qū)分是前端還是解碼端出現(xiàn)問題；

第二，若前端有問題，將輸入信號切換為模擬輸入，如此可以區(qū)分是編碼問題還是前端輸入信號的問題；

第三，若編碼器端沒有問題，再檢查E1線路及E1解碼器是否有問題，如此便可以逐一排除故障。

總結(jié)：在音頻信息出現(xiàn)異常時，需要分段逐一排查，方可確定是在前端、后端還是編碼器本身出現(xiàn)問題，進而解決問題。

4 避免異常情況的措施

每個音頻編、解碼器在數(shù)據(jù)進行編碼、解碼并發(fā)出去之前，都會形成一定的內(nèi)部延時，傳統(tǒng)的編碼器已檢測到高達50ms的編解碼器延時。技術(shù)人員在解決這個問題時，通常會在降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和增加傳輸延時時間這兩者之間進行權(quán)衡。所以，在正常情況下，編碼器在設(shè)計的時候，已經(jīng)可以達到比較穩(wěn)定的信號編碼效果。那么，偶然出現(xiàn)的一些音頻異常情況時，我們應(yīng)該如何更好地避免呢？

首先，應(yīng)該在編碼器輸出端，同時與一臺解碼器進行連接，通過監(jiān)聽輸出，可以達到實時監(jiān)聽的效果；其次，編碼器本身有自己的監(jiān)控液晶顯示屏，如果出現(xiàn)異常，顯示屏則會出現(xiàn)紅色，并有聲音報警；最后，可以利用音頻比對技術(shù)，將編碼器解碼出來的信號以及衛(wèi)星接收調(diào)頻臺信號，分別與源信號進行音頻實時音頻比對，如果出現(xiàn)信號不一致或者波形不一致，則出現(xiàn)音頻報警。通過以上幾種方式，可以對編碼器的編碼信息在出現(xiàn)噪音或者音質(zhì)出現(xiàn)異常的情況下進行實時監(jiān)聽。這種方式可以更有效地發(fā)現(xiàn)問題，進而解決問題。如圖2所示。

5 結(jié)語

廣西人民廣播電臺數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，音頻編碼是很關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，編碼的主要目的就是要把我臺的七個頻率的信號進行編碼打包后，能更好地適應(yīng)信道的傳輸，滿足數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N要求。一個好的編碼器，會針對數(shù)據(jù)的傳輸率、信號傳輸?shù)难訒r以及盡可能提高數(shù)據(jù)壓縮率這三者之間進行權(quán)衡和設(shè)計，以滿足客戶不同的需求，所以，在選擇編碼器的時候，如果根據(jù)實際情況進行選擇，就可以使編碼器在傳輸系統(tǒng)中起到很好的編碼效果，最大化優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈路，但是，在使用過程中，只要對有可能出現(xiàn)的編碼問題做好預先的監(jiān)聽監(jiān)測等防防工作，才可能避免可能發(fā)生的音頻編碼異常情況，從而達到安全播出。我們還可以使用編碼器自帶的監(jiān)聽管理功能，實現(xiàn)與發(fā)射臺的互補監(jiān)測，這極大地方便了技術(shù)人員了解編碼后的信號與直播室輸出信號內(nèi)容的輸出情況，直觀掌控安全播出節(jié)點，大大提高了安全播出水平，加強了廣播安全防范系統(tǒng)的安全性。故該系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)將信號從廣西電臺播控中心安全、高效、穩(wěn)定傳輸?shù)桨l(fā)射臺、站的目的。