干貨 | 從杭州G20峰會(huì )看AoIP技術(shù)在大型會(huì )議中的應用

　　近年來(lái)，基于A(yíng)oIP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )化解決方案逐漸在國內固定安裝市場(chǎng)應用，2016年9月4日，G20峰會(huì )在杭州盛大開(kāi)幕，以AoIP為代表的網(wǎng)絡(luò )化專(zhuān)業(yè)視聽(tīng)技術(shù)又一次在中國外交盛事中發(fā)揮著(zhù)無(wú)可替代的作用，展現出獨特的靈活性。本文以杭州G20峰會(huì )為參考案例，介紹基于Q-SYS解決方案的AoIP技術(shù)在大型會(huì )議中的應用。

　　1

　　項目概述

　　G20會(huì )議主會(huì )場(chǎng)選定在杭州國際博覽中心，該中心平時(shí)主要承擔大規模高端會(huì )議、會(huì )展及服務(wù)功能，是該區域最重要的標志性建筑之一，為承擔G20會(huì )議，對原會(huì )場(chǎng)AV系統進(jìn)行了針對性的改造。

　　杭州國際博覽中心內各功能房間見(jiàn)下表。

　　合計32間會(huì )議室，其中3間為領(lǐng)導人主會(huì )場(chǎng)，其余29間為聽(tīng)會(huì )室。

　　2

　　功能需求

　　1、杭州峰會(huì )要求3間領(lǐng)導人會(huì )議場(chǎng)所中的音視頻信號能實(shí)時(shí)轉播至29間聽(tīng)會(huì )室中，不同的聽(tīng)會(huì )室有不同的音視頻需求(圖像、同聲傳譯、聲音通道等)。

　　2、聽(tīng)會(huì )室主要供各國高官、領(lǐng)導隨從、新聞媒體人員通過(guò)現場(chǎng)轉播的視頻、音頻參加會(huì )議。

　　3、各聽(tīng)會(huì )室本身也要具有完整的會(huì )議功能，供平時(shí)開(kāi)會(huì )使用。

　　4、為便于遠程設備狀態(tài)監控和管理，涉及到峰會(huì )的32間會(huì )議室所有的音視頻設備都由中央控制室集中管控，這主要是為了指令執行的統一和精準，也便于峰會(huì )組委會(huì )掌控全局。

　　3

　　項目難度

　　1、布線(xiàn)距離遠： 峰會(huì )所在的杭州國際博覽中心，為國內最大單體建筑，各會(huì )議室分散在建筑內部各處，距離遠，最大布線(xiàn)距離超過(guò)1公里，遠遠超過(guò)常規AV線(xiàn)纜的最遠傳輸距離。

　　2、項目穩定性要求高 ：“外交無(wú)小事”，更何況杭州G20峰會(huì )是中國建國以來(lái)主辦的最重大外交活動(dòng)之一，舉世關(guān)注，其重要程度是不言而喻的。峰會(huì )中最大的難題之一是要確保全部設備的穩定可靠運行，所有設備都有出現故障的幾率，即便是一條線(xiàn)纜和接插頭也存在這樣的故障幾率。在絕大部分活動(dòng)中，都可以忽略這樣的幾率，但此次G20峰會(huì )，必須確保萬(wàn)無(wú)一失，其解決方案就是采用支持多重備份技術(shù)的解決方案。

　　3、網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題： 此次杭州峰會(huì )音視頻解決方案是基于網(wǎng)絡(luò )架構的，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )安全和設備安全就無(wú)從談起。網(wǎng)絡(luò )安全涉及兩個(gè)層面，一是網(wǎng)絡(luò )設備的物理安全，二是要防止網(wǎng)絡(luò )攻擊。解決網(wǎng)絡(luò )物理安全的手段還是備份，其中系統核心網(wǎng)絡(luò )交換機和重要光纖都采用了雙備份及多備份方式，確保網(wǎng)絡(luò )的物理安全。在防止網(wǎng)絡(luò )攻擊方面，也做了周密的部署，此次峰會(huì )中所有接入網(wǎng)絡(luò )的音視頻設備(包括調試電腦)，都做了MAC地址物理綁定和一系列的安全策略部署，確保網(wǎng)絡(luò )系統不會(huì )被有心之人遠程攻擊。

　　4

　　解決方案

　　杭州峰會(huì )網(wǎng)絡(luò )化AV系統由50套Q-SYS網(wǎng)絡(luò )音頻處理系統和150臺HDMI高清網(wǎng)絡(luò )視頻編解碼設備組成。這些設備應用于G20主場(chǎng)館內的30間多功能廳中，包括3間峰會(huì )主要的會(huì )議場(chǎng)所——主會(huì )場(chǎng)、午宴廳和新聞發(fā)布廳，另外有29間聽(tīng)會(huì )室及1間中央控制機房。

　　這些網(wǎng)絡(luò )化AV系統在峰會(huì )的主場(chǎng)館內構建了一套基于網(wǎng)絡(luò )架構的音視頻信號傳輸、處理、控制平臺，實(shí)現了中央控制室集中控制，以及任意房間之間的音視頻信號路由切換功能。

　　在3間領(lǐng)導人會(huì )議室中，Q-SYS處理器還擔任了本地擴聲信號處理功能。為確保萬(wàn)無(wú)一失，3間領(lǐng)導人會(huì )議室均采用了模擬與數字雙調音臺的主備架構，Q-SYS同時(shí)接收兩套調音臺的輸出信號，通過(guò)內置于處理器的LUA腳本語(yǔ)言判斷，自動(dòng)識別主備調音臺輸出的信號狀態(tài)，確保同時(shí)只有一個(gè)調音臺的信號通過(guò)處理器。此外，Q-SYS處理器本身也支持熱備份，完美地解決了音頻系統鏈路穩定的瓶頸環(huán)節。

　　系統總拓撲圖

　　各廳系統拓撲圖

　　AoIP 系統架構圖

　　本系統中有32個(gè)子房間，每個(gè)房間有一臺QSC Core主機作為音頻處理主機，配合網(wǎng)絡(luò )數字功放和觸控屏對本地房間進(jìn)行音頻輸入、處理及輸出管理;同時(shí)所有子房間通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò )交換機系統與主機房的一臺Core進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )音頻互傳，主機房的電腦也可以監視所有網(wǎng)絡(luò )中的Q-SYS設備、功放和音箱回路的運行狀態(tài)并加以控制。

　　Q-SYS系統具有中文圖形化、友好的人機交互界面，系統操作人員無(wú)需進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的培訓即可根據界面上的中文提示進(jìn)行系統操作。無(wú)論是普通電腦還是QSC配備的觸摸屏或是流行時(shí)尚的Apple iPad、iPhone，只要把它們接入Q-SYS網(wǎng)絡(luò )中，通過(guò)鼠標或者觸摸屏，就能對本系統進(jìn)行控制。

　　Q-SYS可以集中管理系統中的所有設備，通過(guò)監控指示燈即可看到每臺設備的工作狀態(tài)，以便在第一時(shí)間了解設備的運行狀態(tài)。系統監控包含Q-SYS系統主機、接口機、如果系統中配有QSC功放的話(huà)甚至能監控QSC功率放大器、揚聲器回路。對QSC功放可監控內容包括功放開(kāi)關(guān)，靜音，音量，并且能監視負載阻抗，功放溫度，輸出電平，動(dòng)態(tài)余量等。通過(guò)統一的系統界面，操作人員可以操作整套系統，甚至是每一個(gè)會(huì )議室的話(huà)筒音量和音箱音量。

　　以下均為Q-SYS系統在案例中的界面：

　　監控系統設備的運行狀態(tài)(下圖)。包括主機運行，激活主機，待機，溫度;接口機接收信號狀態(tài)，溫度，風(fēng)扇轉速，開(kāi)關(guān)機等。如果配置QSC功放，可監控的內容更加豐富。

　　對每臺設備的輸入、輸出接口，Q-SYS系統都具有完善的監測和控制功能?？烧{節輸入、輸出電平，監控輸入輸出音量，查看數據流情況，做靜音處理等。

　　總控制室系統設計

　　總控制室需要對各個(gè)子房間的音頻系統進(jìn)行操作和控制的時(shí)候，總控室電腦上的一個(gè)Q-SYS系統UCI平臺就能解決問(wèn)題。不再需要多個(gè)人員繁雜的工作，用一個(gè)界面，就可以對每個(gè)房間的路由、音量等進(jìn)行控制。如下圖所示，總控與子房間、或子房間之間還可以把音頻進(jìn)行互聯(lián)，在一間子房間中開(kāi)會(huì )，另一個(gè)子房間中也可以收到其分配信號，完成房間擴展功能。

　　同時(shí)各個(gè)子房間本地可以通過(guò)觸控屏進(jìn)入到每一間獨立會(huì )議室的控制界面，對各自的房間進(jìn)行更詳細的調節，對輸入和輸出信號進(jìn)行分別檢測和控制。

　　網(wǎng)絡(luò )原則

　　Q-SYS系統可以單獨建立一套千兆網(wǎng)系統，也可以利用大樓內部現有的千兆網(wǎng)絡(luò )系統。如果跟大樓內部網(wǎng)絡(luò )系統共用網(wǎng)絡(luò )的時(shí)候，需要給Q-SYS系統劃定千兆帶寬的VLAN。在樓層間用光纖連接交換機，同一樓層內交換機與各會(huì )議室接口機的距離小于100米時(shí)，會(huì )議室與交換機間敷設6類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)，這樣既節省了交換機成本，又能確保系統的使用安全。如距離大于100米，就需要在較遠的接口機附近增加光纖交換機。如果為了增加系統的可靠性，可以采用兩套網(wǎng)絡(luò )運行，Q-SYS系統支持雙網(wǎng)絡(luò )運行，且可以無(wú)縫切換主網(wǎng)絡(luò )和備份網(wǎng)絡(luò )。

　　Q-SYS系統的網(wǎng)絡(luò )要求

　　網(wǎng)絡(luò )交換機支持QoS(DSCP協(xié)議)

　　數據包報轉發(fā)時(shí)間小于10us

　　支持最少80kB的音頻類(lèi)型服務(wù)的緩存

　　網(wǎng)絡(luò )交換機端口至少支持4個(gè)優(yōu)先級

　　千兆以太網(wǎng)

　　網(wǎng)絡(luò )最大不可超過(guò)7跳

　　Q-SYS系統網(wǎng)絡(luò )Q-LAN

　　Q-LAN是一項三層網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)，具有很好的IT兼容性，是Q-SYS系統的重要組成部分。由于Q-LAN可以運行在標準的千兆以太網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，無(wú)需專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )設備。這就意味著(zhù)很多場(chǎng)所現有的網(wǎng)絡(luò )就可以運行Q-SYS系統，無(wú)需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )升級和更新。對現有網(wǎng)絡(luò )的兼容以及眾多可選硬件設備使得Q-SYS系統建網(wǎng)的成本非常低廉。同時(shí)，由于IT從業(yè)者非常熟悉Q-SYS系統的網(wǎng)絡(luò )基礎，因此利用很多現有工具，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓后，用戶(hù)就可以掌握使用新系統。

　　Q-LAN的優(yōu)勢

　　兼容常用網(wǎng)絡(luò )硬件—Q-LAN基于標準千兆以太網(wǎng)交換機傳輸音頻信號，而不依賴(lài)于昂貴的、罕見(jiàn)的專(zhuān)用交換機。

　　相似的IP標準協(xié)議—Q-LAN使用三層網(wǎng)絡(luò )協(xié)議(UDP/IP)傳輸音頻數據包，這也是IT從業(yè)者最為熟悉、每天都在使用的協(xié)議。

　　廣域登錄—由于Q-LAN采用標準的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和硬件，用戶(hù)界面和控制系統可以通過(guò)不同網(wǎng)絡(luò )(如：快速以太網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)或WAN)遠程接入，突破了本地控制的局限性，極大地擴展了控制范圍。

　　網(wǎng)絡(luò )基礎共享—Q-LAN利用三層QoS(區分服務(wù))技術(shù)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數據傳輸的分類(lèi)和優(yōu)先級管理，因此Q-SYS可以在共享網(wǎng)絡(luò )上運行，而不需要為音頻傳輸劃分虛擬局域網(wǎng)。

　　極低的固定延時(shí)—Q-LAN協(xié)議的音頻傳輸延時(shí)小于0.66毫秒，而整體系統延時(shí)(任意輸入經(jīng)處理后到任意輸出)則是固定的2.5毫秒。對于典型的分布式處理音頻系統來(lái)說(shuō)，要想實(shí)現系統固定延時(shí)是非常困難的，這需要非常復雜的運算和調整。

　　定時(shí)系統—Q-LAN采用IEEE1588精密時(shí)鐘協(xié)議實(shí)現音頻數據包的同步。

　　容錯能力—為了最大限度地避免系統故障，Q-SYS系統支持雙網(wǎng)絡(luò )備份，并且Q-LAN支持所有標準以太網(wǎng)和三層網(wǎng)絡(luò )容錯策略(生成樹(shù)、鏈路聚合、三層路由、無(wú)縫自動(dòng)切換、自檢和冗余供電)。

　　VoIP功能—除Q-LAN外，Q-SYS處理主機Core還能實(shí)現VoIP電話(huà)功能，當與Core內置的多路AEC組件配合使用時(shí)，可以實(shí)現高質(zhì)量遠程電話(huà)會(huì )議功能。Q-SYS的VoIP功能不依賴(lài)于硬件支持，而是由處理主機Core通過(guò)軟件實(shí)現，并且在一個(gè)運行的Q-SYS程序中可實(shí)現多路VoIP終端同時(shí)接入。Q-SYS的VoIP組件支持ITU標準編解碼，例如G711(μ-規則，A-規則)，G.722，G.726和無(wú)壓縮PCM協(xié)議。

　　Q-SYS系統功能

　　混音和路由—任意混合輸入信號并路由到任意輸出

　　數字音頻處理—支持所有的音頻信號處理，如均衡、動(dòng)態(tài)處理、分頻、延時(shí)和回聲抑制。

　　揚聲器優(yōu)化處理—軟件內置QSC揚聲器預置調音處理模塊，非QSC揚聲器可以自定義調音處理模塊，并在系統設計中使用。

　　系統管理—可現場(chǎng)或遠程實(shí)時(shí)監測整個(gè)Q-SYS系統和所有功率放大器(帶DataPort端口)

　　實(shí)時(shí)測試—在系統信號路徑中，可以在任意節點(diǎn)加入虛擬測試信號探針和電平表，用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)測試、遠程診斷和排除故障。

　　聲學(xué)分析—系統連接測試話(huà)筒后即可進(jìn)行現場(chǎng)房間聲學(xué)測量和分析。

　　系統日志—日志工具會(huì )自動(dòng)記錄并保存系統運行狀態(tài)以及故障發(fā)生時(shí)間和原因等系統日志。

　　系統的可靠性實(shí)現

　　傳統的模擬系統通常采用系統冷備份方式，當系統出現故障的時(shí)候，需要重新連接系統，容易出現系統連接錯誤、導致系統不能馬上工作。而Q-SYS系統具有熱備份機制，可以實(shí)現實(shí)時(shí)的系統備份功能供用戶(hù)選擇。如圖所示：

　　主機熱備份

　　Core支持雙機熱備份，兩個(gè)主機互為備份，每300毫秒進(jìn)行系統控制參數同步，當主機出現故障的時(shí)候，備份機可以馬上接替主機工作，不會(huì )造成系統停止。無(wú)需任何編程、無(wú)需增加任何軟硬件即可完成主機熱備份。

　　音頻接口箱熱備份

　　I/O Frame支持雙機熱備份，兩個(gè)接口箱互為熱備份。當主接口箱出現問(wèn)題的時(shí)候，備份接口箱可以自動(dòng)接替主接口箱工作。兩個(gè)接口箱可以同時(shí)接在一套功率放大器上面，由于其內部設計了備機斷開(kāi)機制，因此不會(huì )出現輸入阻抗減小一半的情況。無(wú)需任何編程、無(wú)需增加任何軟硬件即可完成接口箱熱備份。

　　網(wǎng)絡(luò )熱備份

　　Q-SYS系統的所有設備均支持雙網(wǎng)絡(luò )，具有兩個(gè)網(wǎng)口，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )系統的雙備份。當一個(gè)網(wǎng)絡(luò )出現問(wèn)題的時(shí)候，可以自動(dòng)切換到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上面。(無(wú)延時(shí))

　　功放熱備份

　　QSC功率放大器在配合Q-SYS系統工作的時(shí)候，可以實(shí)現N+1備份。即用一臺功率放大器就可以實(shí)現對N(N小于等于8)臺功率放大器的備份工作。實(shí)現功放備份功能的時(shí)候，需要增加一臺功放倒備器DAB-801。

　　每臺DAB-801可以實(shí)現一臺兩通道功率放大器備份4臺兩通道功率放大器，兩臺DAB-801可以級聯(lián)，實(shí)現1臺兩通道功率放大器備份8臺兩通道功率放大器。該功能多用于廣播系統，在一些重要的會(huì )議場(chǎng)所也可以進(jìn)行功率放大器的備份。

　　Q-SYS系統提供了上述多重備份功能，用戶(hù)可以根據自身系統的需要，選擇需要的備份設備。

　　5

　　方案優(yōu)勢

　　AoIP解決方案在大型項目中應用的優(yōu)勢：

　　1、布線(xiàn)標準化： 在一個(gè)需要多間房間互聯(lián)互通的大型的建筑物內布設數以百計的模擬音頻、VGA、HDMI等音視頻線(xiàn)纜是難以想象的，而采用標準的網(wǎng)絡(luò )光纖布線(xiàn)，可輕而易舉地解決布線(xiàn)問(wèn)題。

　　2、管理方便： 在此次峰會(huì )中，所有聽(tīng)會(huì )室的音視頻設備都由中央控制室集中管控，這主要是為了指令執行的統一和精準，也便于峰會(huì )組委會(huì )掌控全局。這就要求所有音視頻設備必須支持遠程訪(fǎng)問(wèn)和控制，這也正好是網(wǎng)絡(luò )系統的基本屬性之一。

　　3、品質(zhì)更佳： 由于采用光纖數字信號傳輸，徹底克服了傳統模擬信號遠距離傳輸所產(chǎn)生的衰減、失真、干擾、串擾及接地回路等問(wèn)題，使得聲音、畫(huà)面的品質(zhì)都有了保證，最終輸出的聲音、圖像效果只取決于信號源的品質(zhì)。

　　4、靈活擴展： 現在新建的大樓內，千兆網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)成為基本配置，只要網(wǎng)絡(luò )所及之處，就可以靈活地部署音視頻系統，為未來(lái)的系統升級擴展奠定基礎。

　　5、成本更低： 綜合整體的系統布線(xiàn)、人工安裝、運營(yíng)維護等方面，網(wǎng)絡(luò )化音視頻系統的成本大大低于傳統解決方案。