从G20峰会看AoIP技术在大型会议中应用

【数字视听网讯】近年来，基于AoIP技术的网络化解决方案逐渐在国内固定安装市场应用，2016年9月4日，G20峰会在杭州盛大开幕，以AoIP为代表的网络化专业视听技术又一次在中国外交盛事中发挥着无可替代的作用，展现出独特的灵活性。本文以杭州G20峰会为参考案例，介绍基于Q-SYS解决方案的AoIP技术在大型会议中的应用。

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项目概述

G20会议主会场选定在杭州国际博览中心，该中心平时主要承担大规模高端会议、会展及服务功能，是该区域最重要的标志性建筑之一，为承担G20会议，对原会场AV系统进行了针对性的改造。

杭州国际博览中心内各功能房间见下表。

合计32间会议室，其中3间为领导人主会场，其余29间为听会室。

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功能需求

1、杭州峰会要求3间领导人会议场所中的音视频信号能实时转播至29间听会室中，不同的听会室有不同的音视频需求(图像、同声传译、声音通道等)。

2、听会室主要供各国高官、领导随从、新闻媒体人员通过现场转播的视频、音频参加会议。

3、各听会室本身也要具有完整的会议功能，供平时开会使用。

4、为便于远程设备状态监控和管理，涉及到峰会的32间会议室所有的音视频设备都由中央控制室集中管控，这主要是为了指令执行的统一和精准，也便于峰会组委会掌控全局。

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项目难度

1、布线距离远：峰会所在的杭州国际博览中心，为国内最大单体建筑，各会议室分散在建筑内部各处，距离远，最大布线距离超过1公里，远远超过常规AV线缆的最远传输距离。

2、项目稳定性要求高：“外交无小事”，更何况杭州G20峰会是中国建国以来主办的最重大外交活动之一，举世关注，其重要程度是不言而喻的。峰会中最大的难题之一是要确保全部设备的稳定可靠运行，所有设备都有出现故障的几率，即便是一条线缆和接插头也存在这样的故障几率。在绝大部分活动中，都可以忽略这样的几率，但此次G20峰会，必须确保万无一失，其解决方案就是采用支持多重备份技术的解决方案。

3、网络安全问题：此次杭州峰会音视频解决方案是基于网络架构的，没有网络安全和设备安全就无从谈起。网络安全涉及两个层面，一是网络设备的物理安全，二是要防止网络攻击。解决网络物理安全的手段还是备份，其中系统核心网络交换机和重要光纤都采用了双备份及多备份方式，确保网络的物理安全。在防止网络攻击方面，也做了周密的部署，此次峰会中所有接入网络的音视频设备(包括调试电脑)，都做了MAC地址物理绑定和一系列的安全策略部署，确保网络系统不会被有心之人远程攻击。

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解决方案

杭州峰会网络化AV系统由50套Q-SYS网络音频处理系统和150台HDMI高清网络视频编解码设备组成。这些设备应用于G20主场馆内的30间多功能厅中，包括3间峰会主要的会议场所——主会场、午宴厅和新闻发布厅，另外有29间听会室及1间中央控制机房。

这些网络化AV系统在峰会的主场馆内构建了一套基于网络架构的音视频信号传输、处理、控制平台，实现了中央控制室集中控制，以及任意房间之间的音视频信号路由切换功能。

在3间领导人会议室中，Q-SYS处理器还担任了本地扩声信号处理功能。为确保万无一失，3间领导人会议室均采用了模拟与数字双调音台的主备架构，Q-SYS同时接收两套调音台的输出信号，通过内置于处理器的LUA脚本语言判断，自动识别主备调音台输出的信号状态，确保同时只有一个调音台的信号通过处理器。此外，Q-SYS处理器本身也支持热备份，完美地解决了音频系统链路稳定的瓶颈环节。

系统总拓扑图

各厅系统拓扑图

AoIP 系统架构图

本系统中有32个子房间，每个房间有一台QSC Core主机作为音频处理主机，配合网络数字功放和触控屏对本地房间进行音频输入、处理及输出管理;同时所有子房间通过千兆网络交换机系统与主机房的一台Core进行网络音频互传，主机房的电脑也可以监视所有网络中的Q-SYS设备、功放和音箱回路的运行状态并加以控制。

Q-SYS系统具有中文图形化、友好的人机交互界面，系统操作人员无需进行专业的培训即可根据界面上的中文提示进行系统操作。无论是普通电脑还是QSC配备的触摸屏或是流行时尚的Apple iPad、iPhone，只要把它们接入Q-SYS网络中，通过鼠标或者触摸屏，就能对本系统进行控制。

Q-SYS可以集中管理系统中的所有设备，通过监控指示灯即可看到每台设备的工作状态，以便在第一时间了解设备的运行状态。系统监控包含Q-SYS系统主机、接口机、如果系统中配有QSC功放的话甚至能监控QSC功率放大器、扬声器回路。对QSC功放可监控内容包括功放开关，静音，音量，并且能监视负载阻抗，功放温度，输出电平，动态余量等。通过统一的系统界面，操作人员可以操作整套系统，甚至是每一个会议室的话筒音量和音箱音量。

以下均为Q-SYS系统在案例中的界面：

监控系统设备的运行状态(下图)。包括主机运行，激活主机，待机，温度;接口机接收信号状态，温度，风扇转速，开关机等。如果配置QSC功放，可监控的内容更加丰富。

对每台设备的输入、输出接口，Q-SYS系统都具有完善的监测和控制功能。可调节输入、输出电平，监控输入输出音量，查看数据流情况，做静音处理等。

总控制室系统设计

总控制室需要对各个子房间的音频系统进行操作和控制的时候，总控室电脑上的一个Q-SYS系统UCI平台就能解决问题。不再需要多个人员繁杂的工作，用一个界面，就可以对每个房间的路由、音量等进行控制。如下图所示，总控与子房间、或子房间之间还可以把音频进行互联，在一间子房间中开会，另一个子房间中也可以收到其分配信号，完成房间扩展功能。

同时各个子房间本地可以通过触控屏进入到每一间独立会议室的控制界面，对各自的房间进行更详细的调节，对输入和输出信号进行分别检测和控制。

网络原则

Q-SYS系统可以单独建立一套千兆网系统，也可以利用大楼内部现有的千兆网络系统。如果跟大楼内部网络系统共用网络的时候，需要给Q-SYS系统划定千兆带宽的VLAN。在楼层间用光纤连接交换机，同一楼层内交换机与各会议室接口机的距离小于100米时，会议室与交换机间敷设6类网线，这样既节省了交换机成本，又能确保系统的使用安全。如距离大于100米，就需要在较远的接口机附近增加光纤交换机。如果为了增加系统的可靠性，可以采用两套网络运行，Q-SYS系统支持双网络运行，且可以无缝切换主网络和备份网络。

Q-SYS系统的网络要求

网络交换机支持QoS(DSCP协议)

数据包报转发时间小于10us

支持最少80kB的音频类型服务的缓存

网络交换机端口至少支持4个优先级

千兆以太网

网络最大不可超过7跳

Q-SYS系统网络Q-LAN

Q-LAN是一项三层网络传输技术，具有很好的IT兼容性，是Q-SYS系统的重要组成部分。由于Q-LAN可以运行在标准的千兆以太网络环境中，无需专用的网络设备。这就意味着很多场所现有的网络就可以运行Q-SYS系统，无需进行网络升级和更新。对现有网络的兼容以及众多可选硬件设备使得Q-SYS系统建网的成本非常低廉。同时，由于IT从业者非常熟悉Q-SYS系统的网络基础，因此利用很多现有工具，经过简单培训后，用户就可以掌握使用新系统。

Q-LAN的优势

兼容常用网络硬件—Q-LAN基于标准千兆以太网交换机传输音频信号，而不依赖于昂贵的、罕见的专用交换机。

相似的IP标准协议—Q-LAN使用三层网络协议(UDP/IP)传输音频数据包，这也是IT从业者最为熟悉、每天都在使用的协议。

广域登录—由于Q-LAN采用标准的网络协议和硬件，用户界面和控制系统可以通过不同网络(如：快速以太网、无线局域网或WAN)远程接入，突破了本地控制的局限性，极大地扩展了控制范围。

网络基础共享—Q-LAN利用三层QoS(区分服务)技术实现网络数据传输的分类和优先级管理，因此Q-SYS可以在共享网络上运行，而不需要为音频传输划分虚拟局域网。

极低的固定延时—Q-LAN协议的音频传输延时小于0.66毫秒，而整体系统延时(任意输入经处理后到任意输出)则是固定的2.5毫秒。对于典型的分布式处理音频系统来说，要想实现系统固定延时是非常困难的，这需要非常复杂的运算和调整。

定时系统—Q-LAN采用IEEE1588精密时钟协议实现音频数据包的同步。

容错能力—为了最大限度地避免系统故障，Q-SYS系统支持双网络备份，并且Q-LAN支持所有标准以太网和三层网络容错策略(生成树、链路聚合、三层路由、无缝自动切换、自检和冗余供电)。

VoIP功能—除Q-LAN外，Q-SYS处理主机Core还能实现VoIP电话功能，当与Core内置的多路AEC组件配合使用时，可以实现高质量远程电话会议功能。Q-SYS的VoIP功能不依赖于硬件支持，而是由处理主机Core通过软件实现，并且在一个运行的Q-SYS程序中可实现多路VoIP终端同时接入。Q-SYS的VoIP组件支持ITU标准编解码，例如G711(μ-规则，A-规则)，G.722，G.726和无压缩PCM协议。

Q-SYS系统功能

混音和路由—任意混合输入信号并路由到任意输出

数字音频处理—支持所有的音频信号处理，如均衡、动态处理、分频、延时和回声抑制。

扬声器优化处理—软件内置QSC扬声器预置调音处理模块，非QSC扬声器可以自定义调音处理模块，并在系统设计中使用。

系统管理—可现场或远程实时监测整个Q-SYS系统和所有功率放大器(带DataPort端口)

实时测试—在系统信号路径中，可以在任意节点加入虚拟测试信号探针和电平表，用来进行实时测试、远程诊断和排除故障。

声学分析—系统连接测试话筒后即可进行现场房间声学测量和分析。

系统日志—日志工具会自动记录并保存系统运行状态以及故障发生时间和原因等系统日志。

系统的可靠性实现

传统的模拟系统通常采用系统冷备份方式，当系统出现故障的时候，需要重新连接系统，容易出现系统连接错误、导致系统不能马上工作。而Q-SYS系统具有热备份机制，可以实现实时的系统备份功能供用户选择。如图所示：

主机热备份

Core支持双机热备份，两个主机互为备份，每300毫秒进行系统控制参数同步，当主机出现故障的时候，备份机可以马上接替主机工作，不会造成系统停止。无需任何编程、无需增加任何软硬件即可完成主机热备份。

音频接口箱热备份

I/O Frame支持双机热备份，两个接口箱互为热备份。当主接口箱出现问题的时候，备份接口箱可以自动接替主接口箱工作。两个接口箱可以同时接在一套功率放大器上面，由于其内部设计了备机断开机制，因此不会出现输入阻抗减小一半的情况。无需任何编程、无需增加任何软硬件即可完成接口箱热备份。

网络热备份

Q-SYS系统的所有设备均支持双网络，具有两个网口，实现网络系统的双备份。当一个网络出现问题的时候，可以自动切换到另一个网络上面。(无延时)

功放热备份

QSC功率放大器在配合Q-SYS系统工作的时候，可以实现N+1备份。即用一台功率放大器就可以实现对N(N小于等于8)台功率放大器的备份工作。实现功放备份功能的时候，需要增加一台功放倒备器DAB-801。

每台DAB-801可以实现一台两通道功率放大器备份4台两通道功率放大器，两台DAB-801可以级联，实现1台两通道功率放大器备份8台两通道功率放大器。该功能多用于广播系统，在一些重要的会议场所也可以进行功率放大器的备份。

Q-SYS系统提供了上述多重备份功能，用户可以根据自身系统的需要，选择需要的备份设备。

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方案优势

AoIP解决方案在大型项目中应用的优势：

1、布线标准化：在一个需要多间房间互联互通的大型的建筑物内布设数以百计的模拟音频、VGA、HDMI等音视频线缆是难以想象的，而采用标准的网络光纤布线，可轻而易举地解决布线问题。

2、管理方便：在此次峰会中，所有听会室的音视频设备都由中央控制室集中管控，这主要是为了指令执行的统一和精准，也便于峰会组委会掌控全局。这就要求所有音视频设备必须支持远程访问和控制，这也正好是网络系统的基本属性之一。

3、品质更佳：由于采用光纤数字信号传输，彻底克服了传统模拟信号远距离传输所产生的衰减、失真、干扰、串扰及接地回路等问题，使得声音、画面的品质都有了保证，最终输出的声音、图像效果只取决于信号源的品质。

4、灵活扩展：现在新建的大楼内，千兆网络已经成为基本配置，只要网络所及之处，就可以灵活地部署音视频系统，为未来的系统升级扩展奠定基础。

5、成本更低：综合整体的系统布线、人工安装、运营维护等方面，网络化音视频系统的成本大大低于传统解决方案。

（编辑：daisy）