在復雜傳輸鏈路中音頻傳輸延時對信號測試的影響

湯偉

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

【關鍵詞】音頻傳輸鏈路 延時 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。近幾年來隨著技術發展，數字編碼壓縮技術不斷演進，傳輸通訊技術手段多樣，電信網絡各種業務復用和IP化的影響，使音頻節目傳輸鏈路復雜化。傳輸質量技術指標測試在這種情況下，也相應出現一些新的問題。例如數字信號抖動加大導致音頻質量下降、壓縮編碼帶來的信號質量損失、鏈路傳輸延遲等等問題。本文就我單位某下屬機構與當地廣電局信號傳輸中信號延遲引發指標測試問題以及成因解決方法進行探討。

該分支站與當地省廣電局有節目交換需要，每日定時傳輸2路立體聲節目供當地發射播出。該系統采用E1方式通過PDH光端機通過當地廣電網絡的光纖鏈路傳輸。

該技術系統驗收時對該音頻傳輸質量進行了針對性測試。

將Audio Precision 2722綜合測試儀（以下簡稱測試儀）的信號發生器輸出的測試信號輸入分支站設備機房內E1雙向綜合傳輸機；分支站E1雙向綜合傳輸機將測試信號轉換為光信號后經過光纖網絡傳輸到省廳E1雙向綜合傳輸機；省廳E1雙向綜合傳輸機將其輸出信號環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；最后將分支站設備機房內E1雙向綜合傳輸機輸出送至測試儀的信號分析進行掃頻測試，具體測試路由如圖1所示。

信號發生器輸出信號為-3 dBFS，20～20kHz的正弦數字信號。圖2為第一次測試總諧波失真加噪聲掃頻截圖，黃色線代表測試結果折線，可見基本恒定在0dB，用百分比表示為100%，失真十分嚴重。我們采用的測試信號，是根據設備標稱設定的，可排除因測試條件超設備性能而產生的失真。

二、原因分析

為保證項目工作的順利實施，技術系統的安全運行，特別針對此問題在一個月以后進行了復測。考慮到第一次測試的情況，復測測試分為如下步驟進行。

1.測試儀自環測試

為檢測測試儀工作是否正常，進行了測試儀數字信號自環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的正弦數字信號，測試結果見圖3。從圖3可以看出測試儀自環總諧波失真加噪聲測試結果大于120dB，與測試儀標稱值一致，該測試儀狀態工作正常，結果可信。

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行，使用測試儀默認模式進行總諧波失真加噪聲的掃頻測試。測試結果仍然與第一次測試一樣。

3.E1雙向綜合傳輸機輸出接口眼圖測試

圖4為E1雙向綜合傳輸機輸出接口眼圖，可見質量很好，開口很大，形狀飽滿，幅度2.6V峰值，抖動很小。由此排除由數字接口產生的問題。

4.總諧波失真加噪聲單點測試

為弄清楚掃頻時總諧波失真加噪聲異常問題，我們采用單點測試法，在20Hz～20kHz之間按照1/30ct逐點測試總諧波失真加噪聲，其測試結果在0.002%～0.004%之間，指標正常。證明被測通路正常，出現總諧波失真加噪聲異常問題應該是由測試儀的設置引起的。

根據以上現象及實驗結果，懷疑是由于傳輸設備編解碼過程與傳輸過程產生延時造成的，Audio Precision 2722在這種“失真頻率”閉環測試中，發生器按步長（可設）將20～20kHz分成若干頻點，值得注意的是Audio Precision2722的掃頻并非連續平滑的，其實是跳變的，并在每一頻點上測試一段時間，該時間也可通過界面調整“偵測速率”而改變時間的長短。而分析器端的濾波窗口在默認模式下是跟隨“掃頻”的，也就是說當發生器發出1k信號時，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。當閉環測試時，發生器產生的信號經傳輸設備延時后并非同時刻到達分析器輸入端。而分析器內部已將濾波窗口同步開在與發生器相同的頻點上，但輸入端信號其實是早先的信號。所以測試出得結果讀數實際上是無意義的。

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。使測試結果不僅包含了噪聲與各次諧分量，而且包含了信號發生器輸出信號，導致最后測試結果大于等于信號發生器輸出信號，因此讀數無意義。

為了驗證我們的推測，將掃頻范圍調到20～100Hz，在不改變其它任何默認設置的情況下進行了總諧波失真加噪聲測試，其測試結果如圖7所示。因為頻率越變低，在某一頻點上停留時刻越變長，延時效果減弱，但開始測試的頻點90～100Hz處，由于頻率還稍高，該信號超過駐留時間后，延時后的信號還沒到達測試儀的信號分析儀，仍然出現了無意義的讀數的現象。越向低頻延伸，信號發生器輸出信號駐留時間越長，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，要排除因噪聲而產生失真偏高問題。多頻噪聲測試使用幾個頻率的混合信號激勵被測設備，使設備工作在類似實際的放音狀態，這時的測試結果比較接近實際，但與普通噪聲測試比較，相對指標要偏差一些。為此我們使用如圖1所示的測試通路進行了多聲頻噪聲測試，圖8是多頻噪聲測試結果，其測試值低于60dB，測試結果正常，可排除因噪聲因素導致指標異常。

5.改變測試儀設置

根據以上分析結果，考慮改變測試參數來適應。測試儀提供了“追隨頻率計”與“追隨掃頻”兩種掃頻方式。

“追隨頻率計”就是根據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，就是當被測信號諧波失真與噪聲都較為嚴重時，頻率計可能無法分辨真正的中心頻率，而使結果不正確；而“追隨掃頻”實際上是指根據信號發生器發出的信號頻率來確定總諧波失真加噪聲測試的中心頻率。測試儀默認的設置為按照“追隨掃頻”方式進行測試。

根據對總諧波失真加噪聲異常的原因可能是延時引起的的推測，將掃頻方式更改為“追隨頻率計”。圖9為該法測試的結果。可見基本正常。據此結果推論，總諧波失真加噪聲測試值不正常可能是由傳輸延時引起的。

6.改變偵測頻度

測試儀參數中還有一個項目的改變有助于消除延時的影響，這就是改變“偵測頻度”，一般設為自動，當降低偵測頻度后，可使讀數基本正常。但此法有局限性，不能消除起始點的異常。當“偵測頻度”設置為46次/秒時總諧波失真加噪聲測試值不正常，當設置為4次/秒時總諧波失真加噪聲測試值正常。

“偵測頻度”設置的越大測試值越不正常，從另外一個側面證明了總諧波失真加噪聲測試值不正常是由傳輸延時引起的。

三.結論

使用音頻測試儀對音頻傳輸鏈路進行音頻技術指標掃頻測試時需要考慮到音頻鏈路的延時問題。根據AudioPrecision 2722測試程序的設置，理論上音頻傳輸鏈路延時大于200毫秒時測試儀測掃頻試結果將出現錯誤，此時需要更改測試程序的掃頻方式為“追隨頻率”的方式，并根據傳輸鏈路的實際延時情況將“偵測頻度”適當調整，即可測出正確的音頻傳輸鏈路技術指標。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雜傳輸通路的音頻技術指標掃頻測試提供了便利。其測試結果，對于驗證長距離異地傳輸系統的音頻技術指標提供了依據。