關(guān) 潔 周志明 黃 健

（作者單位：廣西人民廣播電臺(tái)）

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(tái)）

音頻傳輸中巨大的數(shù)據(jù)量，給存儲(chǔ)和傳輸帶來(lái)了很大的壓力，而這些數(shù)字音頻信號(hào)中存在著大量的冗余：頻域冗余、時(shí)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(xué)原理及心理學(xué)模型，設(shè)計(jì)了信號(hào)壓縮編碼的各種標(biāo)準(zhǔn)，使我們?cè)趥鬏斝盘?hào)前，可以對(duì)龐大的數(shù)據(jù)壓縮后再進(jìn)行傳輸，以達(dá)到符合傳輸信道的要求，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高效率傳輸。然而，在這個(gè)過程中，音頻信號(hào)編碼后，一些異常問題也時(shí)有發(fā)生，比如，信號(hào)不連續(xù)、卡殼等，本文對(duì)這些異常情況的處理方法做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

音頻編碼；信號(hào)異常；編碼異常；處理方法

廣西人民廣播電臺(tái)廣播節(jié)目信號(hào)傳輸鏈路復(fù)雜、信號(hào)源多，所有節(jié)目信號(hào)分別傳送到網(wǎng)絡(luò)公司、地球站和104臺(tái)。隨著通訊設(shè)備的多元化及受眾對(duì)節(jié)目的要求日益提高，廣播節(jié)目信號(hào)的接收端也呈現(xiàn)多元化，信號(hào)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(duì)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浴踩?、穩(wěn)定性外，還要綜合考慮信號(hào)的高傳輸率等問題。并且，在整個(gè)傳輸鏈路的過程中，盡可能對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)聽監(jiān)視，從而最大程度保證信號(hào)可以安全有效傳送到發(fā)射臺(tái)、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(hào)傳輸系統(tǒng)中，我們必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，然后對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行相應(yīng)的處理，使信號(hào)傳輸系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)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(tái)數(shù)字化改造系統(tǒng)的完善和網(wǎng)絡(luò)公司、調(diào)頻臺(tái)等發(fā)射臺(tái)、站傳輸系統(tǒng)的升級(jí)，我臺(tái)使用的多用途數(shù)字通路傳輸系統(tǒng)是采用E1線路進(jìn)行傳輸?shù)囊环N綜合復(fù)用設(shè)備。這一系統(tǒng)是建立在物理層保障帶寬的一種時(shí)隙分割技術(shù)，其在物理層中將一條E1線路分割為多個(gè)通道（N個(gè)），從而可以分別同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、電話、時(shí)鐘以及音頻等多個(gè)業(yè)務(wù)。每一個(gè)傳輸通道的基本帶寬單位設(shè)計(jì)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(gè)業(yè)務(wù)在傳輸時(shí)不會(huì)出現(xiàn)帶寬擁擠、獨(dú)占情況，保障了不同數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)勻速、獨(dú)立傳輸，還能有效解決多個(gè)數(shù)據(jù)經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)過程中發(fā)生的帶寬競(jìng)爭(zhēng)情況，有效解決了帶寬不能確保實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的問題。

廣西電臺(tái)音頻信號(hào)傳輸流程中的編碼器使用示意圖如圖1所示。

音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化之后，所面臨的一個(gè)問題就是巨大的數(shù)據(jù)量，這為存儲(chǔ)和傳輸帶來(lái)了壓力。為使編碼后的音頻信息可以被廣泛使用，在進(jìn)行音頻信息編碼時(shí)，需要采用標(biāo)準(zhǔn)算法。我臺(tái)使用的編碼器，其編碼格式是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的廣播級(jí)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(biāo)準(zhǔn)的廣播級(jí)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)較少的存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)音頻信息，并能較好地恢復(fù)原始音、視頻信號(hào)，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(chǔ)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(duì)端）的點(diǎn)播視頻（VOD）和準(zhǔn)點(diǎn)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(tái)音頻信號(hào)傳輸流程

MPEG-2編碼標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行傳輸，可以大大節(jié)省傳輸頻帶；

第二，接收機(jī)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(hào)質(zhì)量的前提下恢復(fù)原始信號(hào)；

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?，F(xiàn)象

信號(hào)編碼的最終目的是增加信號(hào)傳輸系統(tǒng)的安全性、可靠性、高效性。然而，信號(hào)經(jīng)過編碼后，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些其他的弊端，比如信號(hào)編碼會(huì)減少有用信息數(shù)據(jù)的傳輸。因?yàn)樵谛盘?hào)編碼過程中，會(huì)在原始的數(shù)據(jù)碼流中加插一些碼元，如此便可以達(dá)到在接收端對(duì)所傳送的信號(hào)進(jìn)行判斷和糾錯(cuò)的目的，如此可見，信號(hào)編碼的目的是為了保證信號(hào)的同步和避免信號(hào)在信道傳輸過程中的干擾。

由于音頻編碼器對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮編碼時(shí)，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中存在的空間冗余、時(shí)間冗余、結(jié)構(gòu)冗余等進(jìn)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(duì)原始信號(hào)進(jìn)行有損計(jì)算，已達(dá)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(shí)間和減小延時(shí)的目的。在這個(gè)過程中，就會(huì)引起一些由于編碼壓縮而導(dǎo)致的一些問題，現(xiàn)就我們?cè)谑褂眠^程中積累的一些問題及經(jīng)驗(yàn)做出分析并給出相應(yīng)的解決方案。

2.1 編碼后的信號(hào)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(hào)，傳輸?shù)桨l(fā)射臺(tái)、站后，聽眾聽到不連續(xù)、卡殼等噪音很大的現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)劣播。

2.2 數(shù)字輸入出現(xiàn)卡殼現(xiàn)象

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

2.3 解碼后的音頻信號(hào)出現(xiàn)的問題

信號(hào)經(jīng)過解碼器解碼后，出現(xiàn)其他異常問題造成播出信號(hào)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(hào)傳輸較未經(jīng)編碼器編碼的信號(hào)傳輸，抗干擾能力明顯增強(qiáng)了很多，也增加了可靠性和安全性。但是，我們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了因編碼器設(shè)備而導(dǎo)致的一些問題，我們對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)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(hào)有不連續(xù)、卡殼的現(xiàn)象

問題現(xiàn)象：AES數(shù)字信號(hào)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(tái)、站發(fā)射后，聽眾使用接收終端接收到信號(hào)出現(xiàn)不連續(xù)、卡殼等現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)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(hào)，使之接到E1解碼器，監(jiān)聽解碼后的信號(hào)是否與原信號(hào)一致而且音質(zhì)不變；

第二，如果音質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)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(hào)輸入源是否正常，如果正常，則排除信號(hào)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(hào)源變成模擬信號(hào)輸入，然后把編碼器信號(hào)輸入源參數(shù)設(shè)置切換到模擬信號(hào)輸入；

第四，把AES信號(hào)輸入卡儂頭拔下，稍等幾分鐘后再接上，無(wú)AES信號(hào)輸入時(shí)，可讓芯片進(jìn)行復(fù)位恢復(fù)，重新同步；

第五，然后把編碼器信號(hào)輸入源參數(shù)設(shè)置切換到數(shù)字信號(hào)，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(hào)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(fù)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(hào)通過ACS1380多路音頻編碼器后，經(jīng)解碼器解碼出來(lái)的信號(hào)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(hào)受干擾有關(guān)系，應(yīng)檢查相關(guān)輸入信號(hào)的前端設(shè)備是否正常接地，并確定信號(hào)接地是否接牢；

圖2 編碼器信號(hào)監(jiān)聽示意圖　

第二，輸入信號(hào)設(shè)備開關(guān)機(jī)的沖擊也會(huì)導(dǎo)致音頻信號(hào)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

總結(jié)：要保證信號(hào)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(hào)出現(xiàn)的問題

問題現(xiàn)象：經(jīng)編碼器編碼后的信號(hào)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(hào)劣播情況。

解決法案如下。

第一，確認(rèn)編碼器的編碼信號(hào)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(hào)，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(hào)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(hào)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(shí)，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(jìn)而解決問題。

4 避免異常情況的措施

每個(gè)音頻編、解碼器在數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、解碼并發(fā)出去之前，都會(huì)形成一定的內(nèi)部延時(shí)，傳統(tǒng)的編碼器已檢測(cè)到高達(dá)50ms的編解碼器延時(shí)。技術(shù)人員在解決這個(gè)問題時(shí)，通常會(huì)在降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和增加傳輸延時(shí)時(shí)間這兩者之間進(jìn)行權(quán)衡。所以，在正常情況下，編碼器在設(shè)計(jì)的時(shí)候，已經(jīng)可以達(dá)到比較穩(wěn)定的信號(hào)編碼效果。那么，偶然出現(xiàn)的一些音頻異常情況時(shí)，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(shí)與一臺(tái)解碼器進(jìn)行連接，通過監(jiān)聽輸出，可以達(dá)到實(shí)時(shí)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(huì)出現(xiàn)紅色，并有聲音報(bào)警；最后，可以利用音頻比對(duì)技術(shù)，將編碼器解碼出來(lái)的信號(hào)以及衛(wèi)星接收調(diào)頻臺(tái)信號(hào)，分別與源信號(hào)進(jìn)行音頻實(shí)時(shí)音頻比對(duì)，如果出現(xiàn)信號(hào)不一致或者波形不一致，則出現(xiàn)音頻報(bào)警。通過以上幾種方式，可以對(duì)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽。這種方式可以更有效地發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而解決問題。如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

廣西人民廣播電臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，音頻編碼是很關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，編碼的主要目的就是要把我臺(tái)的七個(gè)頻率的信號(hào)進(jìn)行編碼打包后，能更好地適應(yīng)信道的傳輸，滿足數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N要求。一個(gè)好的編碼器，會(huì)針對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸率、信號(hào)傳輸?shù)难訒r(shí)以及盡可能提高數(shù)據(jù)壓縮率這三者之間進(jìn)行權(quán)衡和設(shè)計(jì)，以滿足客戶不同的需求，所以，在選擇編碼器的時(shí)候，如果根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(duì)有可能出現(xiàn)的編碼問題做好預(yù)先的監(jiān)聽監(jiān)測(cè)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(dá)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(shí)現(xiàn)與發(fā)射臺(tái)的互補(bǔ)監(jiān)測(cè)，這極大地方便了技術(shù)人員了解編碼后的信號(hào)與直播室輸出信號(hào)內(nèi)容的輸出情況，直觀掌控安全播出節(jié)點(diǎn)，大大提高了安全播出水平，加強(qiáng)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(hào)從廣西電臺(tái)播控中心安全、高效、穩(wěn)定傳輸?shù)桨l(fā)射臺(tái)、站的目的。