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【摘要】AES/EBU信号能否以数字音频双绞线在100米以上距离传输，究竟能够可靠地传多远，是一个困扰音频工作着许久的问题。本文根据AES3标准和GY/T 224-2007《数字视频、数字音频电缆技术要求和测量方法》标准，结合实际经验，设计科学合理的实验，详细阐述了测试设备、测试对象、测试参数、测试方法及测试结论，实际验证了AES/EBU信号可以在170米以内数字音频双绞线上安全传输。
【关键词】 AES/EBU 眼图 数字双绞线
一. 引言
AES/EBU的全称是Audio Engineering Society/ European Broadcast Union（音频工程师协会/欧洲广播联盟），是一种通过基于单根数字双绞线来传输数字音频数据的串行位传输协议，其中AES是指AES3-2003标准（AES-1992的修订版）：《双通道线性表示的数字音频数据串行传输格式》，EBU是指EBU发表的数字音频接口标准EBU3250，两者内容在实质上是相同的，统称为AES/EBU数字音频接口。
但是AES建议数字双绞线只适用于短距离（100米）左右的AES/EBU信号传输，而现在随着广播业务的扩大，许多电台的技术机房分布越来越广泛，机房间的传输距离往往超过100米，这时使用AES/EBU信号传输就会有风险，AES协会的解决建议是采用非平衡的75Ω同轴电缆进行传输（AES-3id-2001），最长传输距离可达1000米。但是在使用这种方式传输时，应该在线路的两头使用一种110Ω/75Ω的阻抗适配器，即一头是卡侬XLR接头（公/母），另一头为BNC插座。这种阻抗适配器较为常见，但是质量差别很大，劣质产品会对信号产生较大的衰减，符合广播播出级别的需要经过严格测试。一般来说，75Ω同轴线缆成本与数字双绞线差不多，但是符合广播级别的阻抗适配器价格并不便宜，而且使用量很大（每个音频通路需要两个），必然增加布线成本，并且同轴线缆的线径一般较粗，需要更多的布线空间。所以，在实际使用中，采用同轴电缆方案布线的十分少见。当然，在更长的距离上，也可以使用光端机将AES/EBU信号转换成光信号进行传输。但是光缆传输方式，必然需要增加传输设备的成本，并且增加以及设备也增加了故障环节，也并非良策。
数字双绞线传输AES/EBU信号是否真的只能在100米之内呢？若传输距离超过100米，是否AES/EBU信号就不能传输呢？在笔者所在电台近期进行的一次技术机房改造项目中，就遇到这个问题。此次改造中，相距最远距离的机房之间布线长度接近150米，而由于布线空间和经费有限，不适于采用同轴电缆布线方案，对于网络音频传输及MADI传输方式又有设备成本和系统安全等方面的考虑没有采用。若要采用数字双绞线传输，必须验证这种方式的安全性和可靠性。
根据我国广播电影电视行业标准GY/T 224-2007《数字视频、数字音频电缆技术要求和测量方法》，数字音频信号通过数字音频双绞电缆的传输参考距离见表1：
根据该标准，该表中数据是在“最低允许的输出信号振幅为2V，最低允许的输入信号振幅为200mV”的情况下得出的，即与AES/EBU标准的最低输出信号振幅和最低输入信号振幅要求一致。因此，该标准建议48kHz数字音频信号使用规格为26AWG（美国线规，导线直径约为0.404毫米）的数字音频双绞线传输时，最远可以传输242米；而若使用24 AWG（美国线规，导线直径约为0.511毫米）的数字音频双绞线传输时，最远可以传输334米；若使用22 AWG（美国线规，导线直径约为0.643毫米）的数字音频双绞线传输时，最远可以传输465米。这个数据可大大超出了AES规定100米，并且随着线缆导线的加粗，传输的距离也会增强。但是，该标准采用是的测量衰减常数的方法，这样得出的数据是否能够直接应用于AES/EBU信号的传输，并且，在实际环境中，存在着各类干扰、电缆的多处弯折以及多个跳接环节造成的传输损耗后，传输距离还能达到200米、300米、甚至400米吗？
二. 测试
俗话说，“实践是检验真理的唯一标准”，我们模拟实际传输环境对这多种品牌不同规格的数字双绞线进行了测试。下文将具体介绍我们测试的仪器、测试的对象、测试方法以及测试结果。
1. 测试仪器——AP System Two
我们采用的音频测试设备是AP System Two，见图1，该测试仪是Audio Precision研发的多功能音频综合测试仪器，具有数字（AES/EBU）、模拟、同轴、SPDIF-EIAJ、光纤等多种音频输入输出接口。在与电脑连接工作，APwin软件能在Window98，2000 和XP上运行，同时通过程序编制，完成多功能自动检测、图像曲线显示，FFT频谱分析，多音测试，MLS信号测试和实时控制等等。
该仪器内置模拟、数字信号发生器，具备监听功能，能够测量信号的输入、输出电平值、幅频响应、失真、噪声、相位、串扰等参数，还能够测量AES/EBU信号的眼图、抖动、状态位元、FFT频谱分析等。
2. 测试参数
在传统的模拟音频信号测量中，我们关注幅频特性、信噪比、失真、通道隔离度等指标，但是由于AES/EBU数字音频信号的特性，在进行其质量测量时，我们主要参考以下参数：
1） 数字信号幅值（Vp-p）：描述数字信号的峰峰电压值，根据AES3规定，设备输出信号幅值在2V-7V之间，设备接收信号不小于200mV。 2） 抖动：表示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，UI是指一个双相位码的持续时间。
在AES/EBU数字音频信号中，音频信息以数据帧的方式传输，其中每个数据帧包含左、右两个子帧，并以串行的方式排列传输，每个子帧含有32bit数据。在48kHz的采样频率下，传输码率为：
32*48000*2=3.072Mbps
则每帧中的每一个bit数据持续时间为：
1/3.072 Mbps =325.5ns
AES/EBU格式采用双相位码来进行编码，即用2位二进制数来表示一个bit数据。
则一个双相位码的持续时间为每个bit数据的一半，即：
1UI=325.5ns/2=163ns
3）Confidence Error：The logical OR of UNLOCK and BIP. The input data stream may be near error condition due to jitter degradation。具体是指UNLOCK参数报错（指锁相环失锁）或者BIP参数报错（指接收到的双相位码编码错误），这意味着输入数据流由于Jitter劣化已经处于错误边缘。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。
4） UNLOCK：锁相环失锁，即信号失锁，反映信号频率异常，通常为频率不稳，或偏离基准频率过多。
5）BIP Error：双相位码编码错误，即接收解码错误。
6）Parity Error：奇偶校验错误。
7）CRC Error：循环冗余校验码错误。AES3格式中，将192个数据桢组成一个数据块传输，每个数据块末尾包含CRC校验，如果接收端计算的CRC值不等于数据块中的CRC值，则表示传输中出现了误码。
对于上述参数，AP System Two测试仪均可测量，并且直观显示结果。我们经过分析，最终重点关注两个测试内容，一个是Confidence Error参数，一个是眼图。
根据Confidence Error参数的定义，以及我们的经验，该参数报错多出现在传输线路过长或线路老化受潮的情况下。一般Confidence参数报错时，接收端虽然还能接收信号，但是十分容易出现故障，比如会出现信号莫名中断的情况。
眼图可以体现AES3信号的一个双相位码传输时隙内的信号幅值和衰减、位置差异等多种参数，是数字信号测量的一个直观、全面地方法。
AES3-2003标准规定AES3接收设备能够接收的最小输入信号的眼图Vmin为200mV，眼图Tmin为50%的Tnom，如图2所示。
Tnom是指一个双相位码时隙，即163ns（48kHz采样率），则Tmin为81.5ns（48kHz采样率）。
3. 测试对象
决定数字信号在数字双绞线的传输距离有3个因素：发送设备的输出信号质量、线缆质量以及接收设备的接收能力。而目前的广播级数字设备能接收的最小输入信号均符合AES/EBU 2003标准，即Vmin=200mV，Tmin=50%Tnom，因此，我们着重对发送设备及线缆进行了测试。
（1）发送设备
在我们的技术系统中，位于信号传输发送端的设备主要有两个品牌3种数字调音台、2种延时器以及切换器。根据AES3的要求，设备输出信号幅值为2V—7V，我们使用测试仪对每个设备的输出电平幅值进行了测试，结果见表2。
根据测试结果，我们可以看出所有设备输出信号幅值均满足AES3标准，但是不同设备的输出信号幅值存在差异，从3.2V至5V不等，即使同一品牌不同型号设备间的输出信号幅值也存在着差异。另外，我们在测试中发现，对于具有断电直通功能的延时器来说，当发生断电情况时，信号保持旁通状态，但是输出信号幅值则降为2V左右，如图3所示，加电情况下输出信号幅值为3.7V的BD500延时器，断电后输出信号幅值仅为2V左右。由于发送端信号幅值越高，经过同等传输距离后，接收端接收信号质量越好。因此，若延时器直接接长线缆传输时，在延时器接电情况下，信号能够正常传输，若延时器断电，输出信号幅值迅速下降，则信号就不一定能够正常传输了。
（3）数字音频线缆
根据广播电影电视行业标准GY/T 224-2007《数字视频、数字音频电缆技术要求和测量方法》，我们选取了规格为22AWG、24AWG、26AWG的数字音频双绞线进行测试。
为减少发送端设备的影响，我们用AP System Two测试仪发送Vp-p为4V的信号，观察经过线缆传输后的，测试仪环测接收信号的Confidence Error参数，见表3。
经过测试，我们发现300米以上大部分线缆的Confidence Error参数均出现报错。这一结果是通过测试仪环测得出的实验数据，没有考虑实际环境中的串扰及跳接次数的影响，因此，对于AES/EBU信号使用双绞线是几乎不可能传输至300米的。但200米以内的大部分线缆，Confidence Error参数均显示正常，考虑到随着线缆内芯的增粗，线缆的传输能力增强，但是线径也随之增粗，22AWG的线径几乎是26AWG线径的2倍，对于布线工作量及线缆空间占用都会增加。而且，22AWG线缆的价格也要比26AWG线缆高出很多，整体成本大大增加，因此，根据测试结果，我们选定品牌B的26AWG线缆进行下一步模拟实际环境的测试。
（4）测试方法
为了更好地模拟真实环境，我们在直播机房内进行测试。测试用线缆选用品牌B的26AWG的4芯数字音频缆，用其一芯做测试，其余三芯也同时接入信号真实传输，模拟实际环境中线缆间干扰。同时为了模拟线缆在桥架中的多个拐弯，我们将线缆盘在线轴上进行测试。并且在每次测试中，均在测试长度线缆内增加若干个跳接点，模拟实际塞孔盘跳线。测试线路图如图4所示。
根据这个测试方案，我们对7种发送设备，以及130m、150m、170m四种长度的线缆进行了测试。从测试结果来看，所有发送设备在130m、150m、170m传输距离上均能够正常传输，如图5所示。但部分设备在190m传输距离上眼图出现劣化，如图6所示，虽然通过接受设备仍能正常接受，但由于眼图状态已经不符合AES3的要求。
三. 测试结论
通过测试，我们认为在我们的实验环境下，AES/EBU信号可以通过26AWG的数字双绞线在170米以内距离传输可靠，应用到实际，以26AWG规格的数字双绞线可以在150米距离内可靠地传输AES/EBU信号，但在190米以上传输就不安全了。
需要说明的是，由于各个电台采用的设备、线缆以及技术区环境都有区别，不建议其他电台直接应用我们的测试结果，为播出安全考虑，还是在进行线路规划时，进行一次尽量模拟真实环境的测试为好。由于我们的实验模拟合理，在线路敷设完成后，对所有敷设线缆进行测试，指标均合格，系统应用至今未发生AES/EBU信号线路传输故障。我们的这次成功经验说明，AES/EBU信号是能够在100米以上距离的数字双绞线安全传输的。
参考文献
[1] 刘扬.单成良. 数字音频测试的两个重要指标——眼图及jitter图.音响技术，2005年02期
[2] 刘红. 数字音频信号的传输与测量.广播电视信息， 2010年05期
【关键词】 AES/EBU 眼图 数字双绞线
一. 引言
AES/EBU的全称是Audio Engineering Society/ European Broadcast Union（音频工程师协会/欧洲广播联盟），是一种通过基于单根数字双绞线来传输数字音频数据的串行位传输协议，其中AES是指AES3-2003标准（AES-1992的修订版）：《双通道线性表示的数字音频数据串行传输格式》，EBU是指EBU发表的数字音频接口标准EBU3250，两者内容在实质上是相同的，统称为AES/EBU数字音频接口。
但是AES建议数字双绞线只适用于短距离（100米）左右的AES/EBU信号传输，而现在随着广播业务的扩大，许多电台的技术机房分布越来越广泛，机房间的传输距离往往超过100米，这时使用AES/EBU信号传输就会有风险，AES协会的解决建议是采用非平衡的75Ω同轴电缆进行传输（AES-3id-2001），最长传输距离可达1000米。但是在使用这种方式传输时，应该在线路的两头使用一种110Ω/75Ω的阻抗适配器，即一头是卡侬XLR接头（公/母），另一头为BNC插座。这种阻抗适配器较为常见，但是质量差别很大，劣质产品会对信号产生较大的衰减，符合广播播出级别的需要经过严格测试。一般来说，75Ω同轴线缆成本与数字双绞线差不多，但是符合广播级别的阻抗适配器价格并不便宜，而且使用量很大（每个音频通路需要两个），必然增加布线成本，并且同轴线缆的线径一般较粗，需要更多的布线空间。所以，在实际使用中，采用同轴电缆方案布线的十分少见。当然，在更长的距离上，也可以使用光端机将AES/EBU信号转换成光信号进行传输。但是光缆传输方式，必然需要增加传输设备的成本，并且增加以及设备也增加了故障环节，也并非良策。
数字双绞线传输AES/EBU信号是否真的只能在100米之内呢？若传输距离超过100米，是否AES/EBU信号就不能传输呢？在笔者所在电台近期进行的一次技术机房改造项目中，就遇到这个问题。此次改造中，相距最远距离的机房之间布线长度接近150米，而由于布线空间和经费有限，不适于采用同轴电缆布线方案，对于网络音频传输及MADI传输方式又有设备成本和系统安全等方面的考虑没有采用。若要采用数字双绞线传输，必须验证这种方式的安全性和可靠性。
根据我国广播电影电视行业标准GY/T 224-2007《数字视频、数字音频电缆技术要求和测量方法》，数字音频信号通过数字音频双绞电缆的传输参考距离见表1：
根据该标准，该表中数据是在“最低允许的输出信号振幅为2V，最低允许的输入信号振幅为200mV”的情况下得出的，即与AES/EBU标准的最低输出信号振幅和最低输入信号振幅要求一致。因此，该标准建议48kHz数字音频信号使用规格为26AWG（美国线规，导线直径约为0.404毫米）的数字音频双绞线传输时，最远可以传输242米；而若使用24 AWG（美国线规，导线直径约为0.511毫米）的数字音频双绞线传输时，最远可以传输334米；若使用22 AWG（美国线规，导线直径约为0.643毫米）的数字音频双绞线传输时，最远可以传输465米。这个数据可大大超出了AES规定100米，并且随着线缆导线的加粗，传输的距离也会增强。但是，该标准采用是的测量衰减常数的方法，这样得出的数据是否能够直接应用于AES/EBU信号的传输，并且，在实际环境中，存在着各类干扰、电缆的多处弯折以及多个跳接环节造成的传输损耗后，传输距离还能达到200米、300米、甚至400米吗？
二. 测试
俗话说，“实践是检验真理的唯一标准”，我们模拟实际传输环境对这多种品牌不同规格的数字双绞线进行了测试。下文将具体介绍我们测试的仪器、测试的对象、测试方法以及测试结果。
1. 测试仪器——AP System Two
我们采用的音频测试设备是AP System Two，见图1，该测试仪是Audio Precision研发的多功能音频综合测试仪器，具有数字（AES/EBU）、模拟、同轴、SPDIF-EIAJ、光纤等多种音频输入输出接口。在与电脑连接工作，APwin软件能在Window98，2000 和XP上运行，同时通过程序编制，完成多功能自动检测、图像曲线显示，FFT频谱分析，多音测试，MLS信号测试和实时控制等等。
该仪器内置模拟、数字信号发生器，具备监听功能，能够测量信号的输入、输出电平值、幅频响应、失真、噪声、相位、串扰等参数，还能够测量AES/EBU信号的眼图、抖动、状态位元、FFT频谱分析等。
2. 测试参数
在传统的模拟音频信号测量中，我们关注幅频特性、信噪比、失真、通道隔离度等指标，但是由于AES/EBU数字音频信号的特性，在进行其质量测量时，我们主要参考以下参数：
1） 数字信号幅值（Vp-p）：描述数字信号的峰峰电压值，根据AES3规定，设备输出信号幅值在2V-7V之间，设备接收信号不小于200mV。 2） 抖动：表示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，UI是指一个双相位码的持续时间。
在AES/EBU数字音频信号中，音频信息以数据帧的方式传输，其中每个数据帧包含左、右两个子帧，并以串行的方式排列传输，每个子帧含有32bit数据。在48kHz的采样频率下，传输码率为：
32*48000*2=3.072Mbps
则每帧中的每一个bit数据持续时间为：
1/3.072 Mbps =325.5ns
AES/EBU格式采用双相位码来进行编码，即用2位二进制数来表示一个bit数据。
则一个双相位码的持续时间为每个bit数据的一半，即：
1UI=325.5ns/2=163ns
3）Confidence Error：The logical OR of UNLOCK and BIP. The input data stream may be near error condition due to jitter degradation。具体是指UNLOCK参数报错（指锁相环失锁）或者BIP参数报错（指接收到的双相位码编码错误），这意味着输入数据流由于Jitter劣化已经处于错误边缘。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。
4） UNLOCK：锁相环失锁，即信号失锁，反映信号频率异常，通常为频率不稳，或偏离基准频率过多。
5）BIP Error：双相位码编码错误，即接收解码错误。
6）Parity Error：奇偶校验错误。
7）CRC Error：循环冗余校验码错误。AES3格式中，将192个数据桢组成一个数据块传输，每个数据块末尾包含CRC校验，如果接收端计算的CRC值不等于数据块中的CRC值，则表示传输中出现了误码。
对于上述参数，AP System Two测试仪均可测量，并且直观显示结果。我们经过分析，最终重点关注两个测试内容，一个是Confidence Error参数，一个是眼图。
根据Confidence Error参数的定义，以及我们的经验，该参数报错多出现在传输线路过长或线路老化受潮的情况下。一般Confidence参数报错时，接收端虽然还能接收信号，但是十分容易出现故障，比如会出现信号莫名中断的情况。
眼图可以体现AES3信号的一个双相位码传输时隙内的信号幅值和衰减、位置差异等多种参数，是数字信号测量的一个直观、全面地方法。
AES3-2003标准规定AES3接收设备能够接收的最小输入信号的眼图Vmin为200mV，眼图Tmin为50%的Tnom，如图2所示。
Tnom是指一个双相位码时隙，即163ns（48kHz采样率），则Tmin为81.5ns（48kHz采样率）。
3. 测试对象
决定数字信号在数字双绞线的传输距离有3个因素：发送设备的输出信号质量、线缆质量以及接收设备的接收能力。而目前的广播级数字设备能接收的最小输入信号均符合AES/EBU 2003标准，即Vmin=200mV，Tmin=50%Tnom，因此，我们着重对发送设备及线缆进行了测试。
（1）发送设备
在我们的技术系统中，位于信号传输发送端的设备主要有两个品牌3种数字调音台、2种延时器以及切换器。根据AES3的要求，设备输出信号幅值为2V—7V，我们使用测试仪对每个设备的输出电平幅值进行了测试，结果见表2。
根据测试结果，我们可以看出所有设备输出信号幅值均满足AES3标准，但是不同设备的输出信号幅值存在差异，从3.2V至5V不等，即使同一品牌不同型号设备间的输出信号幅值也存在着差异。另外，我们在测试中发现，对于具有断电直通功能的延时器来说，当发生断电情况时，信号保持旁通状态，但是输出信号幅值则降为2V左右，如图3所示，加电情况下输出信号幅值为3.7V的BD500延时器，断电后输出信号幅值仅为2V左右。由于发送端信号幅值越高，经过同等传输距离后，接收端接收信号质量越好。因此，若延时器直接接长线缆传输时，在延时器接电情况下，信号能够正常传输，若延时器断电，输出信号幅值迅速下降，则信号就不一定能够正常传输了。
（3）数字音频线缆
根据广播电影电视行业标准GY/T 224-2007《数字视频、数字音频电缆技术要求和测量方法》，我们选取了规格为22AWG、24AWG、26AWG的数字音频双绞线进行测试。
为减少发送端设备的影响，我们用AP System Two测试仪发送Vp-p为4V的信号，观察经过线缆传输后的，测试仪环测接收信号的Confidence Error参数，见表3。
经过测试，我们发现300米以上大部分线缆的Confidence Error参数均出现报错。这一结果是通过测试仪环测得出的实验数据，没有考虑实际环境中的串扰及跳接次数的影响，因此，对于AES/EBU信号使用双绞线是几乎不可能传输至300米的。但200米以内的大部分线缆，Confidence Error参数均显示正常，考虑到随着线缆内芯的增粗，线缆的传输能力增强，但是线径也随之增粗，22AWG的线径几乎是26AWG线径的2倍，对于布线工作量及线缆空间占用都会增加。而且，22AWG线缆的价格也要比26AWG线缆高出很多，整体成本大大增加，因此，根据测试结果，我们选定品牌B的26AWG线缆进行下一步模拟实际环境的测试。
（4）测试方法
为了更好地模拟真实环境，我们在直播机房内进行测试。测试用线缆选用品牌B的26AWG的4芯数字音频缆，用其一芯做测试，其余三芯也同时接入信号真实传输，模拟实际环境中线缆间干扰。同时为了模拟线缆在桥架中的多个拐弯，我们将线缆盘在线轴上进行测试。并且在每次测试中，均在测试长度线缆内增加若干个跳接点，模拟实际塞孔盘跳线。测试线路图如图4所示。
根据这个测试方案，我们对7种发送设备，以及130m、150m、170m四种长度的线缆进行了测试。从测试结果来看，所有发送设备在130m、150m、170m传输距离上均能够正常传输，如图5所示。但部分设备在190m传输距离上眼图出现劣化，如图6所示，虽然通过接受设备仍能正常接受，但由于眼图状态已经不符合AES3的要求。
三. 测试结论
通过测试，我们认为在我们的实验环境下，AES/EBU信号可以通过26AWG的数字双绞线在170米以内距离传输可靠，应用到实际，以26AWG规格的数字双绞线可以在150米距离内可靠地传输AES/EBU信号，但在190米以上传输就不安全了。
需要说明的是，由于各个电台采用的设备、线缆以及技术区环境都有区别，不建议其他电台直接应用我们的测试结果，为播出安全考虑，还是在进行线路规划时，进行一次尽量模拟真实环境的测试为好。由于我们的实验模拟合理，在线路敷设完成后，对所有敷设线缆进行测试，指标均合格，系统应用至今未发生AES/EBU信号线路传输故障。我们的这次成功经验说明，AES/EBU信号是能够在100米以上距离的数字双绞线安全传输的。
参考文献
[1] 刘扬.单成良. 数字音频测试的两个重要指标——眼图及jitter图.音响技术，2005年02期
[2] 刘红. 数字音频信号的传输与测量.广播电视信息， 2010年05期