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從G20峰會看AoIP技術在大型會議中應用

2019年06月18日 15:36  來源:中國數字視聽網  字體【   

【數字視聽網訊】近年來,基于AoIP技術的網絡化解決方案逐漸在國內固定安裝市場應用,2016年9月4日,G20峰會在杭州盛大開幕,以AoIP為代表的網絡化專業視聽技術又一次在中國外交盛事中發揮著無可替代的作用,展現出獨特的靈活性。本文以杭州G20峰會為參考案例,介紹基于Q-SYS解決方案的AoIP技術在大型會議中的應用。

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項目概述

G20會議主會場選定在杭州國際博覽中心,該中心平時主要承擔大規模高端會議、會展及服務功能,是該區域最重要的標志性建筑之一,為承擔G20會議,對原會場AV系統進行了針對性的改造。

杭州國際博覽中心內各功能房間見下表。


合計32間會議室,其中3間為領導人主會場,其余29間為聽會室。

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功能需求

1、杭州峰會要求3間領導人會議場所中的音視頻信號能實時轉播至29間聽會室中,不同的聽會室有不同的音視頻需求(圖像、同聲傳譯、聲音通道等)。

2、聽會室主要供各國高官、領導隨從、新聞媒體人員通過現場轉播的視頻、音頻參加會議。

3、各聽會室本身也要具有完整的會議功能,供平時開會使用。

4、為便于遠程設備狀態監控和管理,涉及到峰會的32間會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,也便于峰會組委會掌控全局。

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項目難度

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

2、項目穩定性要求高:“外交無小事”,更何況杭州G20峰會是中國建國以來主辦的最重大外交活動之一,舉世關注,其重要程度是不言而喻的。峰會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,即便是一條線纜和接插頭也存在這樣的故障幾率。在絕大部分活動中,都可以忽略這樣的幾率,但此次G20峰會,必須確保萬無一失,其解決方案就是采用支持多重備份技術的解決方案。

3、網絡安全問題:此次杭州峰會音視頻解決方案是基于網絡架構的,沒有網絡安全和設備安全就無從談起。網絡安全涉及兩個層面,一是網絡設備的物理安全,二是要防止網絡攻擊。解決網絡物理安全的手段還是備份,其中系統核心網絡交換機和重要光纖都采用了雙備份及多備份方式,確保網絡的物理安全。在防止網絡攻擊方面,也做了周密的部署,此次峰會中所有接入網絡的音視頻設備(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,確保網絡系統不會被有心之人遠程攻擊。

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解決方案

杭州峰會網絡化AV系統由50套Q-SYS網絡音頻處理系統和150臺HDMI高清網絡視頻編解碼設備組成。這些設備應用于G20主場館內的30間多功能廳中,包括3間峰會主要的會議場所——主會場、午宴廳和新聞發布廳,另外有29間聽會室及1間中央控制機房。

這些網絡化AV系統在峰會的主場館內構建了一套基于網絡架構的音視頻信號傳輸、處理、控制平臺,實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間領導人會議室中,Q-SYS處理器還擔任了本地擴聲信號處理功能。為確保萬無一失,3間領導人會議室均采用了模擬與數字雙調音臺的主備架構,Q-SYS同時接收兩套調音臺的輸出信號,通過內置于處理器的LUA腳本語言判斷,自動識別主備調音臺輸出的信號狀態,確保同時只有一個調音臺的信號通過處理器。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個子房間,每個房間有一臺QSC Core主機作為音頻處理主機,配合網絡數字功放和觸控屏對本地房間進行音頻輸入、處理及輸出管理;同時所有子房間通過千兆網絡交換機系統與主機房的一臺Core進行網絡音頻互傳,主機房的電腦也可以監視所有網絡中的Q-SYS設備、功放和音箱回路的運行狀態并加以控制。

Q-SYS系統具有中文圖形化、友好的人機交互界面,系統操作人員無需進行專業的培訓即可根據界面上的中文提示進行系統操作。無論是普通電腦還是QSC配備的觸摸屏或是流行時尚的Apple iPad、iPhone,只要把它們接入Q-SYS網絡中,通過鼠標或者觸摸屏,就能對本系統進行控制。

Q-SYS可以集中管理系統中的所有設備,通過監控指示燈即可看到每臺設備的工作狀態,以便在第一時間了解設備的運行狀態。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關,靜音,音量,并且能監視負載阻抗,功放溫度,輸出電平,動態余量等。通過統一的系統界面,操作人員可以操作整套系統,甚至是每一個會議室的話筒音量和音箱音量。

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(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,溫度,風扇轉速,開關機等。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。可調節輸入、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子房間的音頻系統進行操作和控制的時候,總控室電腦上的一個Q-SYS系統UCI平臺就能解決問題。不再需要多個人員繁雜的工作,用一個界面,就可以對每個房間的路由、音量等進行控制。如下圖所示,總控與子房間、或子房間之間還可以把音頻進行互聯,在一間子房間中開會,另一個子房間中也可以收到其分配信號,完成房間擴展功能。


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


網絡原則

Q-SYS系統可以單獨建立一套千兆網系統,也可以利用大樓內部現有的千兆網絡系統。如果跟大樓內部網絡系統共用網絡的時候,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議室接口機的距離小于100米時,會議室與交換機間敷設6類網線,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,可以采用兩套網絡運行,Q-SYS系統支持雙網絡運行,且可以無縫切換主網絡和備份網絡。

Q-SYS系統的網絡要求

網絡交換機支持QoS(DSCP協議)

數據包報轉發時間小于10us

支持最少80kB的音頻類型服務的緩存

網絡交換機端口至少支持4個優先級

千兆以太網

網絡最大不可超過7跳

Q-SYS系統網絡Q-LAN

Q-LAN是一項三層網絡傳輸技術,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絡環境中,無需專用的網絡設備。這就意味著很多場所現有的網絡就可以運行Q-SYS系統,無需進行網絡升級和更新。對現有網絡的兼容以及眾多可選硬件設備使得Q-SYS系統建網的成本非常低廉。同時,由于IT從業者非常熟悉Q-SYS系統的網絡基礎,因此利用很多現有工具,經過簡單培訓后,用戶就可以掌握使用新系統。

Q-LAN的優勢

兼容常用網絡硬件—Q-LAN基于標準千兆以太網交換機傳輸音頻信號,而不依賴于昂貴的、罕見的專用交換機。

相似的IP標準協議—Q-LAN使用三層網絡協議(UDP/IP)傳輸音頻數據包,這也是IT從業者最為熟悉、每天都在使用的協議。

廣域登錄—由于Q-LAN采用標準的網絡協議和硬件,用戶界面和控制系統可以通過不同網絡(如:快速以太網、無線局域網或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。

網絡基礎共享—Q-LAN利用三層QoS(區分服務)技術實現網絡數據傳輸的分類和優先級管理,因此Q-SYS可以在共享網絡上運行,而不需要為音頻傳輸劃分虛擬局域網。

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

定時系統—Q-LAN采用IEEE1588精密時鐘協議實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系統支持雙網絡備份,并且Q-LAN支持所有標準以太網和三層網絡容錯策略(生成樹、鏈路聚合、三層路由、無縫自動切換、自檢和冗余供電)。

VoIP功能—除Q-LAN外,Q-SYS處理主機Core還能實現VoIP電話功能,當與Core內置的多路AEC組件配合使用時,可以實現高質量遠程電話會議功能。Q-SYS的VoIP功能不依賴于硬件支持,而是由處理主機Core通過軟件實現,并且在一個運行的Q-SYS程序中可實現多路VoIP終端同時接入。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和無壓縮PCM協議。

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、動態處理、分頻、延時和回聲抑制。

揚聲器優化處理—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—可現場或遠程實時監測整個Q-SYS系統和所有功率放大器(帶DataPort端口)

實時測試—在系統信號路徑中,可以在任意節點加入虛擬測試信號探針和電平表,用來進行實時測試、遠程診斷和排除故障。

聲學分析—系統連接測試話筒后即可進行現場房間聲學測量和分析。

系統日志—日志工具會自動記錄并保存系統運行狀態以及故障發生時間和原因等系統日志。

系統的可靠性實現

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,可以實現實時的系統備份功能供用戶選擇。如圖所示:


主機熱備份

Core支持雙機熱備份,兩個主機互為備份,每300毫秒進行系統控制參數同步,當主機出現故障的時候,備份機可以馬上接替主機工作,不會造成系統停止。無需任何編程、無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,兩個接口箱互為熱備份。當主接口箱出現問題的時候,備份接口箱可以自動接替主接口箱工作。兩個接口箱可以同時接在一套功率放大器上面,由于其內部設計了備機斷開機制,因此不會出現輸入阻抗減小一半的情況。無需任何編程、無需增加任何軟硬件即可完成接口箱熱備份。

網絡熱備份

Q-SYS系統的所有設備均支持雙網絡,具有兩個網口,實現網絡系統的雙備份。當一個網絡出現問題的時候,可以自動切換到另一個網絡上面。(無延時)

功放熱備份

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


每臺DAB-801可以實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,實現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,在一些重要的會議場所也可以進行功率放大器的備份。

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

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方案優勢

AoIP解決方案在大型項目中應用的優勢:

1、布線標準化:在一個需要多間房間互聯互通的大型的建筑物內布設數以百計的模擬音頻、VGA、HDMI等音視頻線纜是難以想象的,而采用標準的網絡光纖布線,可輕而易舉地解決布線問題。

2、管理方便:在此次峰會中,所有聽會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,也便于峰會組委會掌控全局。這就要求所有音視頻設備必須支持遠程訪問和控制,這也正好是網絡系統的基本屬性之一。

3、品質更佳: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生的衰減、失真、干擾、串擾及接地回路等問題,使得聲音、畫面的品質都有了保證,最終輸出的聲音、圖像效果只取決于信號源的品質。

4、靈活擴展:現在新建的大樓內,千兆網絡已經成為基本配置,只要網絡所及之處,就可以靈活地部署音視頻系統,為未來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、人工安裝、運營維護等方面,網絡化音視頻系統的成本大大低于傳統解決方案。

(編輯:daisy)

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