在复杂传输链路中音频传输延时对信号测试的影响

汤伟

【摘要】本文依据作者遇到的异地长距离音频传输链路测试中测试结果异常情况，对异地长距离音频传输链路测试进行具体分析，得出传输延时对音频技术指标测试的影响，并提出了使用“追随频率”的测试方法来消除传输延时对音频技术指标测试结果影响的方法。

【关键词】音频传输链路 延时 测试

一、曹景

在广播中心台站间信号链路往往是长距离城际或跨省传输。近几年来随着技术发展，数字编码压缩技术不断演进，传输通讯技术手段多样，电信网络各种业务复用和IP化的影响，使音频节目传输链路复杂化。传输质量技术指标测试在这种情况下，也相应出现一些新的问题。例如数字信号抖动加大导致音频质量下降、压缩编码带来的信号质量损失、链路传输延迟等等问题。本文就我单位某下属机构与当地广电局信号传输中信号延迟引发指标测试问题以及成因解决方法进行探讨。

该分支站与当地省广电局有节目交换需要，每日定时传输2路立体声节目供当地发射播出。该系统采用E1方式通过PDH光端机通过当地广电网络的光纤链路传输。

该技术系统验收时对该音频传输质量进行了针对性测试。

将Audio Precision 2722综合测试仪（以下简称测试仪）的信号发生器输出的测试信号输入分支站设备机房内E1双向综合传输机；分支站E1双向综合传输机将测试信号转换为光信号后经过光纤网络传输到省厅E1双向综合传输机；省厅E1双向综合传输机将其输出信号环接到其输入后再通过光通量将测试信号送至分支站E1双向综合传输机；最后将分支站设备机房内E1双向综合传输机输出送至测试仪的信号分析进行扫频测试，具体测试路由如图1所示。

信号发生器输出信号为-3 dBFS，20～20kHz的正弦数字信号。图2为第一次测试总谐波失真加噪声扫频截图，黄色线代表测试结果折线，可见基本恒定在0dB，用百分比表示为100%，失真十分严重。我们采用的测试信号，是根据设备标称设定的，可排除因测试条件超设备性能而产生的失真。

二、原因分析

为保证项目工作的顺利实施，技术系统的安全运行，特别针对此问题在一个月以后进行了复测。考虑到第一次测试的情况，复测测试分为如下步骤进行。

1.测试仪自环测试

为检测测试仪工作是否正常，进行了测试仪数字信号自环的总谐波失真加噪声的扫频测试，测试信号仍然采用-3dBFS，20～20kHz的正弦数字信号，测试结果见图3。从图3可以看出测试仪自环总谐波失真加噪声测试结果大于120dB，与测试仪标称值一致，该测试仪状态工作正常，结果可信。

2.总谐波失真加噪声扫频测试

按第一次测试的路由对传输链路进行，使用测试仪默认模式进行总谐波失真加噪声的扫频测试。测试结果仍然与第一次测试一样。

3.E1双向综合传输机输出接口眼图测试

图4为E1双向综合传输机输出接口眼图，可见质量很好，开口很大，形状饱满，幅度2.6V峰值，抖动很小。由此排除由数字接口产生的问题。

4.总谐波失真加噪声单点测试

为弄清楚扫频时总谐波失真加噪声异常问题，我们采用单点测试法，在20Hz～20kHz之间按照1/30ct逐点测试总谐波失真加噪声，其测试结果在0.002%～0.004%之间，指标正常。证明被测通路正常，出现总谐波失真加噪声异常问题应该是由测试仪的设置引起的。

根据以上现象及实验结果，怀疑是由于传输设备编解码过程与传输过程产生延时造成的，Audio Precision 2722在这种“失真频率”闭环测试中，发生器按步长（可设）将20～20kHz分成若干频点，值得注意的是Audio Precision2722的扫频并非连续平滑的，其实是跳变的，并在每一频点上测试一段时间，该时间也可通过界面调整“侦测速率”而改变时间的长短。而分析器端的滤波窗口在默认模式下是跟随“扫频”的，也就是说当发生器发出1k信号时，分析器就把滤波窗口自动改变到1k，将1k信号过滤掉，取其他频率上的能量之和，算出谐波失真与噪声值。当闭环测试时，发生器产生的信号经传输设备延时后并非同时刻到达分析器输入端。而分析器内部已将滤波窗口同步开在与发生器相同的频点上，但输入端信号其实是早先的信号。所以测试出得结果读数实际上是无意义的。

图5滤波（陷波）器与被测信号基波频率一致，噪声与谐波被正确识别。

滤波器与被测信号不一致，使被测信号分量落到滤波器外，如图6所示。使测试结果不仅包含了噪声与各次谐分量，而且包含了信号发生器输出信号，导致最后测试结果大于等于信号发生器输出信号，因此读数无意义。

为了验证我们的推测，将扫频范围调到20～100Hz，在不改变其它任何默认设置的情况下进行了总谐波失真加噪声测试，其测试结果如图7所示。因为频率越变低，在某一频点上停留时刻越变长，延时效果减弱，但开始测试的频点90～100Hz处，由于频率还稍高，该信号超过驻留时间后，延时后的信号还没到达测试仪的信号分析仪，仍然出现了无意义的读数的现象。越向低频延伸，信号发生器输出信号驻留时间越长，所以越向低频失真测试逐渐正常。

在总谐波失真加噪声的测试中测试的是各次谐波与噪声值之和与被测信号的比值，因此还要考虑除谐波分量外的噪声影响，要排除因噪声而产生失真偏高问题。多频噪声测试使用几个频率的混合信号激励被测设备，使设备工作在类似实际的放音状态，这时的测试结果比较接近实际，但与普通噪声测试比较，相对指标要偏差一些。为此我们使用如图1所示的测试通路进行了多声频噪声测试，图8是多频噪声测试结果，其测试值低于60dB，测试结果正常，可排除因噪声因素导致指标异常。

5.改变测试仪设置

根据以上分析结果，考虑改变测试参数来适应。测试仪提供了“追随频率计”与“追随扫频”两种扫频方式。

“追随频率计”就是根据测试仪信号分析器的输入频率来确定总谐波失真加噪声测试的中心频率，但该方式存在缺点，就是当被测信号谐波失真与噪声都较为严重时，频率计可能无法分辨真正的中心频率，而使结果不正确；而“追随扫频”实际上是指根据信号发生器发出的信号频率来确定总谐波失真加噪声测试的中心频率。测试仪默认的设置为按照“追随扫频”方式进行测试。

根据对总谐波失真加噪声异常的原因可能是延时引起的的推测，将扫频方式更改为“追随频率计”。图9为该法测试的结果。可见基本正常。据此结果推论，总谐波失真加噪声测试值不正常可能是由传输延时引起的。

6.改变侦测频度

测试仪参数中还有一个项目的改变有助于消除延时的影响，这就是改变“侦测频度”，一般设为自动，当降低侦测频度后，可使读数基本正常。但此法有局限性，不能消除起始点的异常。当“侦测频度”设置为46次/秒时总谐波失真加噪声测试值不正常，当设置为4次/秒时总谐波失真加噪声测试值正常。

“侦测频度”设置的越大测试值越不正常，从另外一个侧面证明了总谐波失真加噪声测试值不正常是由传输延时引起的。

三.结论

使用音频测试仪对音频传输链路进行音频技术指标扫频测试时需要考虑到音频链路的延时问题。根据AudioPrecision 2722测试程序的设置，理论上音频传输链路延时大于200毫秒时测试仪测扫频试结果将出现错误，此时需要更改测试程序的扫频方式为“追随频率”的方式，并根据传输链路的实际延时情况将“侦测频度”适当调整，即可测出正确的音频传输链路技术指标。测试仪提供的“追随频率”的测试方式，为解决长距离异地音频复杂传输通路的音频技术指标扫频测试提供了便利。其测试结果，对于验证长距离异地传输系统的音频技术指标提供了依据。