09年美國QSC公司隆重推出了其新一代網絡音頻解決方案－Q-Sys系統。該系統由業內頂尖研發團隊耗時3年打造完成，是時下功能最為強大的網絡音頻系統，一經推出就受到了業內廣大人士的關注，成為目前業界熱議的話題。Q - S y s系統是一個完整的系統平臺，它可以完成從音源輸入一直到音箱輸出的整個音頻鏈路的所有功能。Q-Sys系統可以對所有音頻信號進行路由分配，信號處理，對必要的設備進行控制和監測，并保持了高質量的音頻信號品質和QSC聞名的可靠性。Q-Sys系統專為對音頻系統具有很高要求的大型場所設計，是任何需要一套強大的音頻處理系統場所的理想選擇，比如：體育場、體育館、主題公園、演藝場所、交通樞紐、政府、多廳法庭、酒店、賭場、教堂、大學校園、教育機構等。那么，下面我們一起來了解一下Q-Sys系統。

    1.Q-Sys系統的架構和設備構成

    Q-Sys系統是一套基于千兆以太網實時傳輸無損音頻的“集中式處理”的音頻系統，其系統構成非常簡單：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.系統架構：

    由圖中可以看到Q-Sys系統是一套集中式處理，集中和分散相結合式控制管理的一套網絡音頻系統。所有的模擬音頻信號經音頻接口箱進行A/D轉換，然后通過千兆網傳輸至核心Core，進行處理和路由，再通過網絡傳輸回音頻接口箱進行D/A轉換，輸出至功率放大器進行擴聲。在Q-Sys系統網絡中，除了音頻設備之外，其它控制設備可以與Q-Sys系統共用網絡，無需單獨劃分控制網絡VLAN。

    1.2.設備構成

    Core是整套系統的核心，所有的音頻處理、路由控制、設備監控、第三方系統接口以及一些特殊功能應用都是在Core上完成。Core目前具有3個型號：Core1000、Core3000、Core4000；分別可以處理的最大音頻通道數量為：64×64、128×128、512×512。

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

    I/OFrame本身并不具備模擬（AES數字）音頻信號輸入、輸出接口，需配置音頻卡才能工作。I/OFrame本機具有4個卡槽可以配置不同的音頻卡，可以根據系統需要，在同一臺I/OFrame上同時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/線路輸入卡：CIML4；高端麥克風/線路輸入卡：CIML4-HP；線路輸出卡：COL4；數據端口卡（QSC功率放大器專用卡）：CODP4；AES數字音頻輸入/輸出卡：CAES4。

    Q-Sys系統基于千兆以太網，無論核心Core還是音頻接口箱I/OFrame都是千兆網口。其對于交換機的也有一些特殊的要求。Q-Sys系統的網絡交換機必須支持一下3點：a.千兆端口、b.支持QoS服務質量、c.每個端口支持至少4個隊列。

    總體來說，Q-Sys系統的構成非常簡單，只需要根據系統輸入輸出的數量配置相應的音頻接口箱和音頻卡，然后根據系統總的輸入輸出通道確定使用何種型號的處理主機Core即可。

    2.Q-Sys系統的強大處理能力

    雖然Q-Sys 系統的構成非常簡單，但是該系統的處理能力非常強大。這里的處理能力指系統核心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模的音頻系統的需要。

    Core主機采用了全新的技術來進行音頻信號處理，因此Core主機單個處理引擎的音頻處理能力遠遠大于目前音頻設備普遍使用的DSP芯片，所以Core才具備如此豐富的音頻處理資源，使得音頻系統設計人員不再受制于系統音頻處理能力的限制，自由地設計最適合系統需求的音頻系統。

    Core主機內部集成的豐富的音頻處理模塊、邏輯控制模塊、測試工具、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）可以實現對音頻系統的所有音頻處理，由于Core的處理能力非常強大，因此音頻系統設計師可以在每一個音頻通道上都進行復雜的音頻處理。

    除了常規的音頻處理模塊之外，Core內部還集成了很多種邏輯控制模塊，例如邏輯與、邏輯非等邏輯關系模塊以及求和、求平均值等數學計算公式。利用這些邏輯控制模塊，音頻系統設計師可以實現對音頻系統的一些輔助控制，例如，廣播系統中的“臨區報警”等。除此之外，Core內部還集成了一款腳本語言－LUA的編譯環境。LUA腳本語言是當今世界上幾款腳本語言中最小巧的一種，其以代碼簡潔、運行速度快著稱，是非常適用于系統功能的擴展應用。有一定軟件編程基礎的系統設計人員可以利用LUA編程語言編寫較為復雜的系統輔助功能，或者對第三方的控制接口。

    在Core內部突破性的集成了一些測試工具，例如信號插入器、信號截留器、RTA頻譜分析器等等。因此在以后Q-Sys系統的調試中，音頻系統工程師不必再攜帶諸多的信號測試儀器，只需要配上幾只測試話筒，接入到Q-Sys系統中，利用Q-Sys系統內置的測試工具即可方便、準確、快捷地完成音頻系統調試。

    Q-Sys系統為了某些特殊應用，還增加了一些特殊應用模塊，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MP3文件。Core內置大容量的固態存儲器，可以儲存大量的音頻文件。而2D聲像控制器可以通過“聲像算法”將各個音軌的音源分配到各個揚聲器，然后通過系統預設將所有的聲音在整個音頻環境中的聲像位置記錄下來然后按照順序播放，實現聲像的控制。其它還有一些對卡座、攝像頭控制的模塊，可以直接調用，通過網口或者RS232端口（Core和IOFrame上均具有RS232端口，可用于對其它設備進行控制）對第三方設備進行遙控。

    3.Q-Sys系統是一套非常可靠的音頻系統

    一套音頻系統即使功能再強大，但是如果該系統不夠可靠，那么它還是一套失敗的系統。Q-Sys系統在開發之初就考慮到了系統的可靠性問題，并且一直將“把Q-Sys系統打造成最可靠的音頻系統”作為系統開發目標之一。因此Q-Sys系統除了在其產品本身的質量和穩定性做到極致之外，該系統還具有完備的系統備份機制。圖8是一套進行完全備份的Q-Sys系統。Q-Sys系統的備份機制分為四部分：處理主機Core熱備份、音頻接口箱I/OFrame熱備份、網絡熱備份、功率放大器熱備份。

    3.1.處理主機Core熱備份

    Core本身支持“1＋1”熱備份機制。在無需配置第三方軟件或者硬件設備下，只需要簡單的配置系統軟件即可實現處理主機Core的“1＋1”備份，如圖9所示。系統工程師在配置系統的時候選擇Core主機“CoreMain”需要進行熱備份，并配置備份主機的主機名“CoreBackup”即可完成熱備份的設置，操作非常簡單。當系統啟動的時候，“CoreMain”進行工作，而“CoreBackup”處于備份狀態。則 “CoreBackup”每隔1秒探查一次“CoreMain”工作是否正常；“CoreBackup”每300毫秒就會跟“CoreMain”同步一次系統狀態。

    另外，Core的熱備份是互為備份的概念，即當前哪臺主機在工作，哪臺主機就是主機。例如，系統啟動的時候“CoreMain”為主機，“CoreBackup”為備份機，當“CoreMain”出現故障并且下線后，“CoreBackup”開始啟動工作，而當“CoreMain”排除故障重新上線的時候，它僅僅作為“CoreBackup”的備份機，并不完全啟動。這樣，我們剛剛為兩臺Core配置的名字就需要更改一下，更改為“Core1”和“Core2”，因為這兩臺Core之間沒有主備的嚴格界定。由于Core熱備份是基于網絡進行的，因此同一個系統中互為備份的兩臺Core可以配置在兩個機房間中，大大增加系統的安全性。

    3.2.音頻接口箱I/OFrame熱備份

    I/OFrame的備份機制和方法基本和Core一樣，也是在軟件上進行備份選項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：當同一個音源（例如：電容話筒）同時輸入互為備份的I/OFrame中或者互為備份的I/OFrame同時輸出至一臺功率放大器的時候，系統如果不做任何處理的話，就會出現幻相電源供電錯誤和系統輸出衰減6dB的情況。Q-Sys系統避免上述狀況的做法是：利用繼電器控制待機的I/OFrame輸入或者輸出通道斷開。

    由于一個音頻系統中只有一臺Core，因此系統設計人員通常會給Core做一個“1＋1”熱備份，增加系統可靠性，而作為音頻接口的I/OFrame由于數量眾多，因此從系統整體性價比考慮的時候，通常只會將重要場所的I/OFrame做“1＋1”熱備份。

    3.3.網絡熱備份

    在探究集中式系統可靠性的時候，網絡通常被認為是繼Core之后制約系統可靠性的一個重要因素。其實以太網發展至今，技術已經非常的成熟，且各種網絡設備也已經非�？煽俊５菫榱嗽黾観-Sys系統的可靠性，所有的Q-Sys系統設備（Core、I/OFrame）均帶有雙網口，支持雙網絡。兩個網口為獨立的標準網絡硬件設備，可以設置成不同的IP地址。

    如果Q-Sys系統被設計成雙網的話，所有設備的兩個網口都是在工作的，不停的傳輸數據。因此如果網絡出現“斷網”的故障，完全不影響系統的正常運行，聲音不會被打斷。

    3.4.功放“N＋1”熱備份

    Q-Sys系統既是一套通用的音頻系統，可以搭配其它后端設備應用；也是一套集成了QSC后端設備的“QSC網絡音頻整體系統”。Q-Sys系統集成了QSC所有的帶“DataPort”端口的功率放大器和所有QSC揚聲器的“本征校正”處理，如圖11所示，QSC后端產品的控制模塊。

    Q-Sys系統提供一個功放切換器DAB801（如：圖12所示），該產品搭配Q-Sys系統和“DataPort”功率放大器可以實現功率放大器的“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可以通過網絡檢測功率放大器的狀態，如：“過熱”、“削波”、“回路開/短路”等故障。Core發送控制命令給故障功率放大器，關閉故障功率放大器；并發送“開啟”命令至備份功率放大器，開啟備份功率放大器。同時發送命令給DAB801，切換故障功率放大器的輸入和揚聲器回路至備份功率放大器。

    Q-Sys系統從主機、音頻接口箱、網絡和功率放大器四部分都可以進行系統熱備份，使得系統具有最高的可靠性，適用于對于系統可靠性有嚴格要求的所有的音頻系統。

    4.Q-Sys系統中應用的一些新技術

    Q-Sys系統還創新地將很多其它領域的技術應用到了專業音頻領域。下面我們做一下簡單的介紹（詳細的介紹在以后的文章中會陸續介紹給大家）。

    4.1.全新的音頻處理實現方式

    在前面我們已經提過，Q-Sys系統采用了全新的音頻信號處理的方式，因此實現了處理主機Core在音頻信號處理能力上遠遠領先于市面上的其它所有音頻處理設備。這種音頻處理方式可以簡單概括為：采用一種特殊的方法，使得具有更強大處理能力的處理芯片代替傳統的音頻處理芯片進行音頻信號處理，相信在不久的將來這種新技術會廣泛應用在數字音頻領域。

    4.2.更精確的同步技術

    網絡音頻系統實現音頻信號實時傳輸的基礎就是“系統同步”。每一款網絡音頻傳輸協議都有自己的系統同步機制，Q-Sys系統的系統同步則采用了時下廣泛應用的“網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準”－IEEE1588標準，簡稱PTP（Precision Timing Protocol）。

    IEEE1588標準的主要原理是通過一個同步信號周期性的對網絡中所有節點的時鐘進行校正同步，可以使基于以太網的分布式系統達到精確同步，具有容易配置、快速收斂以及對網絡帶寬和資源消耗少等特點。

    4.3.更簡單的設備網絡配置和搜索技術

    Q-Sys系統采用了蘋果公司的“零配置網絡協議”，使得系統的網絡配置變得非常簡單。“零配置網絡協議”中有四大關鍵技術：IP地址自動分配、域名到地址的轉換、服務發現以及多播地址分配。從“零配置網絡協議”的關鍵技術，我們就不難發現：Q-Sys系統在搭建一個不是很復雜的網絡系統的時候，只需要將各個硬件設備設置成“自動獲取IP地址”，系統會自動配置所有設備的IP，無需對每個設備進行IP或者ID的設置；并且各個設備之間的通訊設置可以通過帶有含義的“機器名”通訊，而不是用毫無含義、難以記憶的IP地址；在查看系統硬件設備狀態的時候，不用去輸入各個設備的IP地址查看，“零配置網絡協議”可以將所有網絡中的支持設備自動列在列表中，方便查看設備狀態。

    由于支持“零配置網絡協議”，Q-Sys系統在系統網絡配置、設備管理方面非常的方便。

    4.4.基于廣域網的音頻傳輸技術

    在Q-Sys系統中，可以用兩種音頻格式的音頻數據傳輸。一種是應用在大部分項目中的局域網音頻數據，也就是采用Q-Sys系統中的“Q-LAN”網絡音頻傳輸私有協議進行音頻信號傳輸，“Q-LAN”協議可以實現在局域網中實時傳輸無壓縮音頻信號。另一種就是在廣域網中實時傳輸壓縮音頻信號，我們稱之為“Q-WAN”，常用于一些需要進行遠程信號傳輸的特殊應用�！癚-WAN”的核心協議是RTP網絡傳輸協議。

    實時傳送協議（Real-time Transport Protocol或簡寫RTP）是一個網絡傳輸協議，該協議詳細說明了在互聯網上傳遞音頻和視頻的標準數據包格式。RTP 由兩個緊密鏈接部分組成：

    a) RTP－傳送具有實時屬性的數據；

    b) RTCP（RTP 控制協議）－監控服務質量并傳送正在進行的會話參與者的相關信息。RTP協議本身并沒有提供按時發送機制或其它服務質量（QoS）保證，它依賴于底層服務去實現這一過程。RTP 實行有序傳送， RTP 中的序列號允許接收方重組發送方的包序列，同時序列號也能用于決定適當的包位置。

    RTP協議常用于流媒體系統（配合RTCP協議），視頻會議和一鍵通（Push to Talk）系統（配合H.323或SIP），使它成為IP電話產業的技術基礎。

    本文主要介紹了Q-Sys系統的結構、系統特點以及部分特殊功能，在以后的時間里，將會陸續給大家詳細的介紹Q-Sys系統的細節。