QSC新一代網(wǎng)絡(luò)音頻解決方案－Q-Sys系統(tǒng)

    09年美國(guó)QSC公司隆重推出了其新一代網(wǎng)絡(luò)音頻解決方案－Q-Sys系統(tǒng)。該系統(tǒng)由業(yè)內(nèi)頂尖研發(fā)團(tuán)隊(duì)耗時(shí)3年打造完成，是時(shí)下功能最為強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)，一經(jīng)推出就受到了業(yè)內(nèi)廣大人士的關(guān)注，成為目前業(yè)界熱議的話題。Q - S y s系統(tǒng)是一個(gè)完整的系統(tǒng)平臺(tái)，它可以完成從音源輸入一直到音箱輸出的整個(gè)音頻鏈路的所有功能。Q-Sys系統(tǒng)可以對(duì)所有音頻信號(hào)進(jìn)行路由分配，信號(hào)處理，對(duì)必要的設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，并保持了高質(zhì)量的音頻信號(hào)品質(zhì)和QSC聞名的可靠性。Q-Sys系統(tǒng)專為對(duì)音頻系統(tǒng)具有很高要求的大型場(chǎng)所設(shè)計(jì)，是任何需要一套強(qiáng)大的音頻處理系統(tǒng)場(chǎng)所的理想選擇，比如：體育場(chǎng)、體育館、主題公園、演藝場(chǎng)所、交通樞紐、政府、多廳法庭、酒店、賭場(chǎng)、教堂、大學(xué)校園、教育機(jī)構(gòu)等。那么，下面我們一起來(lái)了解一下Q-Sys系統(tǒng)。

    1.Q-Sys系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)備構(gòu)成

    Q-Sys系統(tǒng)是一套基于千兆以太網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸無(wú)損音頻的“集中式處理”的音頻系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成非常簡(jiǎn)單：音頻處理核心：Core；音頻接口箱：I/OFrame以及5款音頻輸入/輸出音頻卡。

    1.1.系統(tǒng)架構(gòu)：

    由圖中可以看到Q-Sys系統(tǒng)是一套集中式處理，集中和分散相結(jié)合式控制管理的一套網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)。所有的模擬音頻信號(hào)經(jīng)音頻接口箱進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過千兆網(wǎng)傳輸至核心Core，進(jìn)行處理和路由，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸回音頻接口箱進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，輸出至功率放大器進(jìn)行擴(kuò)聲。在Q-Sys系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，除了音頻設(shè)備之外，其它控制設(shè)備可以與Q-Sys系統(tǒng)共用網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需單獨(dú)劃分控制網(wǎng)絡(luò)VLAN。

    1.2.設(shè)備構(gòu)成

    Core是整套系統(tǒng)的核心，所有的音頻處理、路由控制、設(shè)備監(jiān)控、第三方系統(tǒng)接口以及一些特殊功能應(yīng)用都是在Core上完成。Core目前具有3個(gè)型號(hào)：Core1000、Core3000、Core4000；分別可以處理的最大音頻通道數(shù)量為：64×64、128×128、512×512。

    I/OFrame為音頻接口箱，顧名思義就是Q-Sys系統(tǒng)的對(duì)外音頻接口。I/OFrame可以無(wú)限接近模擬音源的輸入或者功率放大器，以千兆網(wǎng)線代替模擬線纜傳輸音頻信號(hào)。增大了系統(tǒng)的覆蓋面積、減少模擬線纜的布設(shè)（1條千兆網(wǎng)線最多可以單項(xiàng)傳輸512路音頻通道）、減少音頻信號(hào)在傳輸過程中的衰減、增加了音頻信號(hào)在傳輸過程的抗干擾性。

    I/OFrame本身并不具備模擬（AES數(shù)字）音頻信號(hào)輸入、輸出接口，需配置音頻卡才能工作。I/OFrame本機(jī)具有4個(gè)卡槽可以配置不同的音頻卡，可以根據(jù)系統(tǒng)需要，在同一臺(tái)I/OFrame上同時(shí)配置不同種類的輸入卡和輸出卡。音頻卡均為4通道，可分為：

    麥克風(fēng)/線路輸入卡：CIML4；高端麥克風(fēng)/線路輸入卡：CIML4-HP；線路輸出卡：COL4；數(shù)據(jù)端口卡（QSC功率放大器專用卡）：CODP4；AES數(shù)字音頻輸入/輸出卡：CAES4。

    Q-Sys系統(tǒng)基于千兆以太網(wǎng)，無(wú)論核心Core還是音頻接口箱I/OFrame都是千兆網(wǎng)口。其對(duì)于交換機(jī)的也有一些特殊的要求。Q-Sys系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)必須支持一下3點(diǎn)：a.千兆端口、b.支持QoS服務(wù)質(zhì)量、c.每個(gè)端口支持至少4個(gè)隊(duì)列。

    總體來(lái)說(shuō)，Q-Sys系統(tǒng)的構(gòu)成非常簡(jiǎn)單，只需要根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出的數(shù)量配置相應(yīng)的音頻接口箱和音頻卡，然后根據(jù)系統(tǒng)總的輸入輸出通道確定使用何種型號(hào)的處理主機(jī)Core即可。

    2.Q-Sys系統(tǒng)的強(qiáng)大處理能力

    雖然Q-Sys 系統(tǒng)的構(gòu)成非常簡(jiǎn)單，但是該系統(tǒng)的處理能力非常強(qiáng)大。這里的處理能力指系統(tǒng)核心Core的通道處理能力以及音頻處理能力。大中小三種型號(hào)的Core，分別可以處理64×64、128×128、512×512音頻輸入輸出通道。幾乎可以滿足各種規(guī)模的音頻系統(tǒng)的需要。

    Core主機(jī)采用了全新的技術(shù)來(lái)進(jìn)行音頻信號(hào)處理，因此Core主機(jī)單個(gè)處理引擎的音頻處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前音頻設(shè)備普遍使用的DSP芯片，所以Core才具備如此豐富的音頻處理資源，使得音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員不再受制于系統(tǒng)音頻處理能力的限制，自由地設(shè)計(jì)最適合系統(tǒng)需求的音頻系統(tǒng)。

    Core主機(jī)內(nèi)部集成的豐富的音頻處理模塊、邏輯控制模塊、測(cè)試工具、特殊用途模塊等。豐富的音頻處理模塊（例如：圖示均衡器、壓限器、噪聲門等等）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻系統(tǒng)的所有音頻處理，由于Core的處理能力非常強(qiáng)大，因此音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以在每一個(gè)音頻通道上都進(jìn)行復(fù)雜的音頻處理。

    除了常規(guī)的音頻處理模塊之外，Core內(nèi)部還集成了很多種邏輯控制模塊，例如邏輯與、邏輯非等邏輯關(guān)系模塊以及求和、求平均值等數(shù)學(xué)計(jì)算公式。利用這些邏輯控制模塊，音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻系統(tǒng)的一些輔助控制，例如，廣播系統(tǒng)中的“臨區(qū)報(bào)警”等。除此之外，Core內(nèi)部還集成了一款腳本語(yǔ)言－LUA的編譯環(huán)境。LUA腳本語(yǔ)言是當(dāng)今世界上幾款腳本語(yǔ)言中最小巧的一種，其以代碼簡(jiǎn)潔、運(yùn)行速度快著稱，是非常適用于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展應(yīng)用。有一定軟件編程基礎(chǔ)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以利用LUA編程語(yǔ)言編寫較為復(fù)雜的系統(tǒng)輔助功能，或者對(duì)第三方的控制接口。

    在Core內(nèi)部突破性的集成了一些測(cè)試工具，例如信號(hào)插入器、信號(hào)截留器、RTA頻譜分析器等等。因此在以后Q-Sys系統(tǒng)的調(diào)試中，音頻系統(tǒng)工程師不必再攜帶諸多的信號(hào)測(cè)試儀器，只需要配上幾只測(cè)試話筒，接入到Q-Sys系統(tǒng)中，利用Q-Sys系統(tǒng)內(nèi)置的測(cè)試工具即可方便、準(zhǔn)確、快捷地完成音頻系統(tǒng)調(diào)試。

    Q-Sys系統(tǒng)為了某些特殊應(yīng)用，還增加了一些特殊應(yīng)用模塊，其中比較有代表性的就是多軌音頻播放器和2D聲像控制器。多軌音頻播放器可以播放最多128軌的WAV音頻文件或者M(jìn)P3文件。Core內(nèi)置大容量的固態(tài)存儲(chǔ)器，可以儲(chǔ)存大量的音頻文件。而2D聲像控制器可以通過“聲像算法”將各個(gè)音軌的音源分配到各個(gè)揚(yáng)聲器，然后通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)將所有的聲音在整個(gè)音頻環(huán)境中的聲像位置記錄下來(lái)然后按照順序播放，實(shí)現(xiàn)聲像的控制。其它還有一些對(duì)卡座、攝像頭控制的模塊，可以直接調(diào)用，通過網(wǎng)口或者RS232端口（Core和IOFrame上均具有RS232端口，可用于對(duì)其它設(shè)備進(jìn)行控制）對(duì)第三方設(shè)備進(jìn)行遙控。

    3.Q-Sys系統(tǒng)是一套非�？煽康囊纛l系統(tǒng)

    一套音頻系統(tǒng)即使功能再?gòu)?qiáng)大，但是如果該系統(tǒng)不夠可靠，那么它還是一套失敗的系統(tǒng)。Q-Sys系統(tǒng)在開發(fā)之初就考慮到了系統(tǒng)的可靠性問題，并且一直將“把Q-Sys系統(tǒng)打造成最可靠的音頻系統(tǒng)”作為系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)之一。因此Q-Sys系統(tǒng)除了在其產(chǎn)品本身的質(zhì)量和穩(wěn)定性做到極致之外，該系統(tǒng)還具有完備的系統(tǒng)備份機(jī)制。圖8是一套進(jìn)行完全備份的Q-Sys系統(tǒng)。Q-Sys系統(tǒng)的備份機(jī)制分為四部分：處理主機(jī)Core熱備份、音頻接口箱I/OFrame熱備份、網(wǎng)絡(luò)熱備份、功率放大器熱備份。

    3.1.處理主機(jī)Core熱備份

    Core本身支持“1＋1”熱備份機(jī)制。在無(wú)需配置第三方軟件或者硬件設(shè)備下，只需要簡(jiǎn)單的配置系統(tǒng)軟件即可實(shí)現(xiàn)處理主機(jī)Core的“1＋1”備份，如圖9所示。系統(tǒng)工程師在配置系統(tǒng)的時(shí)候選擇Core主機(jī)“CoreMain”需要進(jìn)行熱備份，并配置備份主機(jī)的主機(jī)名“CoreBackup”即可完成熱備份的設(shè)置，操作非常簡(jiǎn)單。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，“CoreMain”進(jìn)行工作，而“CoreBackup”處于備份狀態(tài)。則 “CoreBackup”每隔1秒探查一次“CoreMain”工作是否正常；“CoreBackup”每300毫秒就會(huì)跟“CoreMain”同步一次系統(tǒng)狀態(tài)。

    另外，Core的熱備份是互為備份的概念，即當(dāng)前哪臺(tái)主機(jī)在工作，哪臺(tái)主機(jī)就是主機(jī)。例如，系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候“CoreMain”為主機(jī)，“CoreBackup”為備份機(jī)，當(dāng)“CoreMain”出現(xiàn)故障并且下線后，“CoreBackup”開始啟動(dòng)工作，而當(dāng)“CoreMain”排除故障重新上線的時(shí)候，它僅僅作為“CoreBackup”的備份機(jī)，并不完全啟動(dòng)。這樣，我們剛剛為兩臺(tái)Core配置的名字就需要更改一下，更改為“Core1”和“Core2”，因?yàn)檫@兩臺(tái)Core之間沒有主備的嚴(yán)格界定。由于Core熱備份是基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，因此同一個(gè)系統(tǒng)中互為備份的兩臺(tái)Core可以配置在兩個(gè)機(jī)房間中，大大增加系統(tǒng)的安全性。

    3.2.音頻接口箱I/OFrame熱備份

    I/OFrame的備份機(jī)制和方法基本和Core一樣，也是在軟件上進(jìn)行備份選項(xiàng)的配置和配置備份接口箱的名字，如圖10所示。值得注意的是：當(dāng)同一個(gè)音源（例如：電容話筒）同時(shí)輸入互為備份的I/OFrame中或者互為備份的I/OFrame同時(shí)輸出至一臺(tái)功率放大器的時(shí)候，系統(tǒng)如果不做任何處理的話，就會(huì)出現(xiàn)幻相電源供電錯(cuò)誤和系統(tǒng)輸出衰減6dB的情況。Q-Sys系統(tǒng)避免上述狀況的做法是：利用繼電器控制待機(jī)的I/OFrame輸入或者輸出通道斷開。

    由于一個(gè)音頻系統(tǒng)中只有一臺(tái)Core，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常會(huì)給Core做一個(gè)“1＋1”熱備份，增加系統(tǒng)可靠性，而作為音頻接口的I/OFrame由于數(shù)量眾多，因此從系統(tǒng)整體性價(jià)比考慮的時(shí)候，通常只會(huì)將重要場(chǎng)所的I/OFrame做“1＋1”熱備份。

    3.3.網(wǎng)絡(luò)熱備份

    在探究集中式系統(tǒng)可靠性的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)通常被認(rèn)為是繼Core之后制約系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要因素。其實(shí)以太網(wǎng)發(fā)展至今，技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，且各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也已經(jīng)非常可靠。但是為了增加Q-Sys系統(tǒng)的可靠性，所有的Q-Sys系統(tǒng)設(shè)備（Core、I/OFrame）均帶有雙網(wǎng)口，支持雙網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)網(wǎng)口為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，可以設(shè)置成不同的IP地址。

    如果Q-Sys系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成雙網(wǎng)的話，所有設(shè)備的兩個(gè)網(wǎng)口都是在工作的，不停的傳輸數(shù)據(jù)。因此如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)“斷網(wǎng)”的故障，完全不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，聲音不會(huì)被打斷。

    3.4.功放“N＋1”熱備份

    Q-Sys系統(tǒng)既是一套通用的音頻系統(tǒng)，可以搭配其它后端設(shè)備應(yīng)用；也是一套集成了QSC后端設(shè)備的“QSC網(wǎng)絡(luò)音頻整體系統(tǒng)”。Q-Sys系統(tǒng)集成了QSC所有的帶“DataPort”端口的功率放大器和所有QSC揚(yáng)聲器的“本征校正”處理，如圖11所示，QSC后端產(chǎn)品的控制模塊。

    Q-Sys系統(tǒng)提供一個(gè)功放切換器DAB801（如：圖12所示），該產(chǎn)品搭配Q-Sys系統(tǒng)和“DataPort”功率放大器可以實(shí)現(xiàn)功率放大器的“N+1”熱備份，N最大為8，即功率放大器最多可以“8＋1”熱備份。功率放大器的熱備份切換原理為：Core可以通過網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)功率放大器的狀態(tài)，如：“過熱”、“削波”、“回路開/短路”等故障。Core發(fā)送控制命令給故障功率放大器，關(guān)閉故障功率放大器；并發(fā)送“開啟”命令至備份功率放大器，開啟備份功率放大器。同時(shí)發(fā)送命令給DAB801，切換故障功率放大器的輸入和揚(yáng)聲器回路至備份功率放大器。

    Q-Sys系統(tǒng)從主機(jī)、音頻接口箱、網(wǎng)絡(luò)和功率放大器四部分都可以進(jìn)行系統(tǒng)熱備份，使得系統(tǒng)具有最高的可靠性，適用于對(duì)于系統(tǒng)可靠性有嚴(yán)格要求的所有的音頻系統(tǒng)。

    4.Q-Sys系統(tǒng)中應(yīng)用的一些新技術(shù)

    Q-Sys系統(tǒng)還創(chuàng)新地將很多其它領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用到了專業(yè)音頻領(lǐng)域。下面我們做一下簡(jiǎn)單的介紹（詳細(xì)的介紹在以后的文章中會(huì)陸續(xù)介紹給大家）。

    4.1.全新的音頻處理實(shí)現(xiàn)方式

    在前面我們已經(jīng)提過，Q-Sys系統(tǒng)采用了全新的音頻信號(hào)處理的方式，因此實(shí)現(xiàn)了處理主機(jī)Core在音頻信號(hào)處理能力上遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于市面上的其它所有音頻處理設(shè)備。這種音頻處理方式可以簡(jiǎn)單概括為：采用一種特殊的方法，使得具有更強(qiáng)大處理能力的處理芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的音頻處理芯片進(jìn)行音頻信號(hào)處理，相信在不久的將來(lái)這種新技術(shù)會(huì)廣泛應(yīng)用在數(shù)字音頻領(lǐng)域。

    4.2.更精確的同步技術(shù)

    網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)幕�礎(chǔ)就是“系統(tǒng)同步”。每一款網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸協(xié)議都有自己的系統(tǒng)同步機(jī)制，Q-Sys系統(tǒng)的系統(tǒng)同步則采用了時(shí)下廣泛應(yīng)用的“網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)”－IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱PTP（Precision Timing Protocol）。

    IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的主要原理是通過一個(gè)同步信號(hào)周期性的對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行校正同步，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達(dá)到精確同步，具有容易配置、快速收斂以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源消耗少等特點(diǎn)。

    4.3.更簡(jiǎn)單的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)配置和搜索技術(shù)

    Q-Sys系統(tǒng)采用了蘋果公司的“零配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”，使得系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置變得非常簡(jiǎn)單�！傲闩渲镁W(wǎng)絡(luò)協(xié)議”中有四大關(guān)鍵技術(shù)：IP地址自動(dòng)分配、域名到地址的轉(zhuǎn)換、服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及多播地址分配。從“零配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”的關(guān)鍵技術(shù)，我們就不難發(fā)現(xiàn)：Q-Sys系統(tǒng)在搭建一個(gè)不是很復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時(shí)候，只需要將各個(gè)硬件設(shè)備設(shè)置成“自動(dòng)獲取IP地址”，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)配置所有設(shè)備的IP，無(wú)需對(duì)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行IP或者ID的設(shè)置；并且各個(gè)設(shè)備之間的通訊設(shè)置可以通過帶有含義的“機(jī)器名”通訊，而不是用毫無(wú)含義、難以記憶的IP地址；在查看系統(tǒng)硬件設(shè)備狀態(tài)的時(shí)候，不用去輸入各個(gè)設(shè)備的IP地址查看，“零配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”可以將所有網(wǎng)絡(luò)中的支持設(shè)備自動(dòng)列在列表中，方便查看設(shè)備狀態(tài)。

    由于支持“零配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”，Q-Sys系統(tǒng)在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置、設(shè)備管理方面非常的方便。

    4.4.基于廣域網(wǎng)的音頻傳輸技術(shù)

    在Q-Sys系統(tǒng)中，可以用兩種音頻格式的音頻數(shù)據(jù)傳輸。一種是應(yīng)用在大部分項(xiàng)目中的局域網(wǎng)音頻數(shù)據(jù)，也就是采用Q-Sys系統(tǒng)中的“Q-LAN”網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸私有協(xié)議進(jìn)行音頻信號(hào)傳輸，“Q-LAN”協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)在局域網(wǎng)中實(shí)時(shí)傳輸無(wú)壓縮音頻信號(hào)。另一種就是在廣域網(wǎng)中實(shí)時(shí)傳輸壓縮音頻信號(hào)，我們稱之為“Q-WAN”，常用于一些需要進(jìn)行遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸?shù)奶厥鈶?yīng)用�！癚-WAN”的核心協(xié)議是RTP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。

    實(shí)時(shí)傳送協(xié)議（Real-time Transport Protocol或簡(jiǎn)寫RTP）是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，該協(xié)議詳細(xì)說(shuō)明了在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞音頻和視頻的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包格式。RTP 由兩個(gè)緊密鏈接部分組成：

    a) RTP－傳送具有實(shí)時(shí)屬性的數(shù)據(jù)；

    b) RTCP（RTP 控制協(xié)議）－監(jiān)控服務(wù)質(zhì)量并傳送正在進(jìn)行的會(huì)話參與者的相關(guān)信息。RTP協(xié)議本身并沒有提供按時(shí)發(fā)送機(jī)制或其它服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證，它依賴于底層服務(wù)去實(shí)現(xiàn)這一過程。RTP 實(shí)行有序傳送， RTP 中的序列號(hào)允許接收方重組發(fā)送方的包序列，同時(shí)序列號(hào)也能用于決定適當(dāng)?shù)陌�位置�?/P>

    RTP協(xié)議常用于流媒體系統(tǒng)（配合RTCP協(xié)議），視頻會(huì)議和一鍵通（Push to Talk）系統(tǒng)（配合H.323或SIP），使它成為IP電話產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)。

    本文主要介紹了Q-Sys系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特點(diǎn)以及部分特殊功能，在以后的時(shí)間里，將會(huì)陸續(xù)給大家詳細(xì)的介紹Q-Sys系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。