摘要：随AES/EBU数字音频在业界广播应用，其指标检测也变得日益重要。数字音频传输系统不同与模拟传输系统，传统的模拟测量三大指标也逐步失去实际意义。本文通过数字音频数据格式规范、常用数字音频测量标准、常用测量仪器等几方面的介绍，将对数字音频传输系统的测量提出一些想法。 关键字：AES/EBU 测量 指标
1.前言
随着AES/EBU数字音频技术为广播业界所接受，纯数字的广播数字音频系统在广播播控系统中也逐渐普及。在多年的使用后，设备、线路老化，造成系统性能往往会有所下降，数字音频系统的测量就变得极为重要。
数字音频传输系统不同与模拟传输系统，传统的模拟测量三大指标也逐步失去实际意义。如果建立一套行至有效的数字音频系统测量方法极为重要。本文将从数字音频数据格式规范、常用数字音频测量标准、测量分析等几方面对此阐述。
2. AES/EBU数字音频接口规范
AES/EBU（Audio Engineering Society/European Broadcast Union，音频工程师协会/欧洲广播联盟）已成为专业数字音频较为流行的标准。大量民用产品和专业音频数字设备，如CD机、DAT、MD机、数字调音台、数字音频工作站等都支持AES/EBU。
作为一种通过单根绞合线来传输数字音频数据的串行位传输协议，提供两个信道的音频数据（最高24比特量化），信道是自动计时和自同步的；还提供了传输控制的方法、状态信息的表示(channel status bit)以及一些误码的检测能力。它的时钟信息由传输端控制，来自AES/EBU的位流。AES/EBU提供“专业”和“消费”两种模式。两者最大的不同在于信道状态位格式的提供上。专业模式的状态位格式里包括数字信道的源和目的地址、日期时间码、采样点数、字节长度和其它信息。消费模式包括的东西就比较少，但包含了拷贝保护信息。
而AES/EBU常见的传输媒质有三种：平衡或差分连接，使用XLR（卡侬）连接器的三芯话筒屏蔽电缆，参数为阻抗110Ω，电平范围0.2V～7Vpp，抖动为±20ns，传输距离小于100M；单端非平衡连接，使用RCA插头的音频同轴电缆。传输距离小于500M；光学连接，
使用光纤连接器。
2.1 数字音频AES/EBU数据帧结构
在AES/EBU信号中，音频数据以数据帧的方式传输，其中每个音频数据帧包含左、右声道两个子帧，并以串行方式排列传输，左子帧在前、右子帧在后。左、右两个子帧的结构是一致的。在数字音频测量中，掌握数字音频帧结构和其中的标志位是十分重要的，其有助于维护人员快速判断系统的故障原因。数字音频帧构成如下图2.1： 图2.1 AES/EBU 数据帧结构
Preamble：标识数据。其编码方式不遵循“双相位”编码规则，也是在AES/EBU信号流中唯一不遵循“双相位”编码规则的数据。其占有的时长为四个“时间槽”，在这四个“时间槽”长的脉冲中会出现一个或两个持续时长为一点五个“时间槽”长度的逻辑“1”或逻辑“0”脉冲。标示数据分为X、Y、Z三类。X类型的标识数据，表示在标识数据后跟的是左声道的音频帧；Y
类型的标识数据，表示在标识数据后跟的是右声道的音频帧；Z类型的标识数据，表示在标识数据后跟的是一个左声道的音频帧，同时也表示是一个新的状态数据块的开始。
24bit audio sample word：24比特的采样字长。音频数据（24bit audio sample word）在左、右帧中各占有24比特的长度，其内容为每一个采样信号的量化数值。可以看出在AES/EBU信号中，最高的量化深度为24比特，同时在传输量化深度为16或20轻触开关电路比特的音频数据时，可以采用最低有效位向右移相应位，把最低有效位以左的数据位置“0”的方式来完成。
V：有效位。有效位（Validity bit）的功能主要是确认传输数据的有效性。如果有效位被置为“1”，表示接收到的数字音频信号不适合转换成模拟信号。其它情况下，比如传输的数据产生了一些不定错误或在帧中传输的数据不是线性的PCM音频数据，都会使有效位置为“1”。
U：用户数据位。该数据位用于装载用户信息，如厂家型号，但实际很少被使用。
C：通道状态位。在AES/EBU信号协议中，规定每192个音频数据帧为一块，块中包含有1
92个左帧、192个右帧。在块中所有的左帧和右帧内的通道状态位就分别组成了一个192比特长度的左状态信息数据和右状态信息数据。其状态信息数据中表示了所传数据的采样率、量化深度、循环校验码等信息。
P：奇偶校验位。对子帧实现奇偶校验。
2.2 数字音频AES/EBU通道状态信息
一帧（包含了两个声音采样）的数据在一个声频采样周期内被传送出去，所以数据率是随着采样率而变化的，每帧通道状态位“C”在接收器上被组合在一起，每192字节构成一个24热熔铜螺母字节字，这个字中的每个比特均与接口工作的特定功能相关联，如下图2.2所示。
图2.2 专业模式通道状态数据块结构
在实际应中，字节0和字节23是十分重要的，字节0的 0bit表明接口是按专业（设定为1）的不是民用（设定为0）规格来工作的。通道状态信息在广播数字音频传输系统中是非常重要的，其中CRC、Fs等重要数据位在播出、传输系统中常被直接使用。下表列出了该字节关键位的含义：
字节 0 |
Bit0 Pro=1 | 0 | 接口工作于消费民用格式 |
1 | 接口工作于广播或专业模式 |
Bit1 audio | 0 | 正常音频数据 |
1 | 温湿度控制系统非音频数据 |
Bit 5 lock | 0 | 数字音频信号源采样频率被锁定 |
1 | 数字音频信号源采样频率失锁 |
Bit 6 7 FS | 00 | 坐垫纸 未指示接收采样频率 |
01 | 48K采样率 |
10 | 44.1K采样率 |
11 | 32K采样率 |
| | |
表2.2 专业模式接口通道状态字节0
字节23的光学检测技术CRCC（Cyclic redundancy check characker）为循环冗余校验码，该字节用于通道状态数据块0-22位的校验。其计算公式为：。其中X为前23个字节‘1’的个数总和。实际上该字节的存在可以间接反映数字音频传输过程中有无误码。
3. AES/EBU数字音频常用测量指标
相比于传统模拟音频测量以信噪比、失真度、幅频特性、声道隔离度等指标为主，数字音频系统质量标准则考虑数字信号幅值、传输阻抗、信号延时、抖动、采样频率和传输信号解码错误标示等指标。
● 数字信号幅值：描述数字传输信号的峰-峰值，其值为2-7V。
● 传输阻抗：数字信号在线路传输时的匹配阻抗，为110欧姆。
● 信号延时：用于反映数字信号通过一个传输通道的时延，单位常用UI，为传输串行数据频率=1/(FS×2×2×32)。
● 抖动：描述数字信号在时间周上的位置差异，如抖动幅度过大，易造成误码。单位常用UI。
● Confidence Error：用于表示接收数字方波（上/下）边沿变缓，反映线路传输过长、容性负载过大造成传输信号高频缺失，易造成误码。
● NO LOCK媒体播放：信号失锁，表示传输编码信号频率异常，通常为频率不稳，或偏离基准频率过多。
● Code Error：双相标志编码错误，即传输接收解码错误。双相码用电平跳变来表示1或0的编码，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方且不存在直流分量，因此信号传输具有自同步能力和良好的抗干扰性能。
● Parity Error：对数据帧下一帧的奇偶校验。
● CRC Error：在数字音频传输过程中，把每192各数据帧组成一个数据块，数据块最后包含CRC校验，如果传输解码计算的数据块CRC值不等于数据块中的CRC值，则解码器报CRC错误。
● 采样频率：常用采样频率为32KHz、44.1KHz、48KHz，广播数字音频系统中该值多为48KHz。
4. AES/EBU数字音频传输的测量分析
在数字音频传输系统实际的使用中，传输异常表现形式多种多样，如解码音频有咔哒声、或仅有沙沙声等，但数字音频传输系统而言，其最后本质表现均为数字音频信号的传输误码。数字音频传输误码原因很多，通过对数字音频的指标测量，我们可以排除或预防数字音频传输过程的异常问题。以下我们从数字音频传输异常的故障排除和预防两方面谈数字音频的测量。
4.1数字音频的传输异常测
在数字音频传输链路中，数字音分、矩阵、AD转换器等设备大多带有部分状态标准检测功能，通过设备状态指示，可以较快判定造成音频误码的原因。以下为几种常见异常标准及成因分析。
● Confidence Error标志，多出现于传输线路过长、或老化受潮情况。对此异常可通过示
波器观察网眼图进一步确认。
● 二相编码、奇偶校验错误标志，多出现于信号源驱动能力差、线路衰减大，或者传输链路存在干扰，从而影响AES/EBU数字音频解码为I2S信号格式。对于异常可通过示波器、综合音频测试仪等仪器测量线路信号峰峰值、信号波形进一步分析问题原因，查问题节点。
