在燈光設(shè)備中實現(xiàn)RDM

肖志強(qiáng)，段永順

（1.煙臺電視臺，山東 煙臺 264000；2.佑圖物理應(yīng)用科技發(fā)展（武漢）有限公司，湖北 武漢 430056）

1 從DMX512到RDM

1.1 DMX512協(xié)議簡介

當(dāng)前，專業(yè)的燈光控制系統(tǒng)通常采用DMX（Digital MultipleX，多路數(shù)字傳輸）512協(xié)議來傳輸數(shù)字化的燈光控制數(shù)據(jù)。

DMX512協(xié)議是一個關(guān)于在控制燈光設(shè)備及附件的系統(tǒng)中，數(shù)字化控制數(shù)據(jù)異步串行傳輸?shù)募夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要內(nèi)容包括實施控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砥脚_、信號接口的電氣特征、數(shù)據(jù)鏈路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)總線上的信號時序、數(shù)據(jù)包格式等。

該標(biāo)準(zhǔn)最初由USITT（美國戲劇技術(shù)學(xué)會）于1986年提出，經(jīng)過不斷完善，2004年由ESTA（美國娛樂服務(wù)與技術(shù)協(xié)會）批準(zhǔn)，經(jīng)ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）認(rèn)可并發(fā)布正式版本：ANSI E1.11-2004；2008年，中華人民共和國文化部發(fā)布了等同采用該標(biāo)準(zhǔn)的《DMX512-A燈光控制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議》（標(biāo)準(zhǔn)號WH/T32-2008）。雖然在該標(biāo)準(zhǔn)中定義控制數(shù)據(jù)用于燈光控制，但實際應(yīng)用中也將這些控制數(shù)據(jù)引申用于其他類型的控制。

在ANSI E1.11-2004之前的數(shù)據(jù)鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，雖然已經(jīng)定義有一主一輔兩條數(shù)據(jù)鏈路，但對如何使用輔助數(shù)據(jù)鏈路并沒有明確的限制，而且大多數(shù)傳統(tǒng)設(shè)備也都只使用主數(shù)據(jù)鏈路；為規(guī)范對輔助數(shù)據(jù)鏈路的使用，在ANSI E1.11-2004的附錄B中，定義了4種增強(qiáng)功能的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

在常規(guī)定義的DMX512網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，主?shù)據(jù)鏈路上的信號流方向?qū)嶋H上是確定的，即控制數(shù)據(jù)總是從控制設(shè)備發(fā)出，經(jīng)由數(shù)據(jù)總線單向傳輸至各受控制設(shè)備。控制設(shè)備通過不斷地重復(fù)發(fā)送控制數(shù)據(jù)來保證數(shù)據(jù)的實時性和正確性。由于沒有明確定義的信息逆向傳輸規(guī)范，操作者不能通過控制設(shè)備本身了解應(yīng)用系統(tǒng)的組成以及受控制設(shè)備的運行狀態(tài)信息，使實際操作有諸多的限制。

1.2 RDM協(xié)議簡介

為了讓操作者能通過控制設(shè)備本身了解應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)信息，新的RDM（Remote Device Management，遠(yuǎn)程設(shè)備管理）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生。與DMX512-A技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的正式出臺流程相同，這一標(biāo)準(zhǔn)也是首先由ESTA批準(zhǔn)，再經(jīng)ANSI認(rèn)可并發(fā)布，正式版本為ANSI E1.20-2006。

在ANSI E1.20-2006中明確定義RDM是使用ANSI E1.11中定義的增強(qiáng)功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銭F1，允許控制設(shè)備通過DMX512網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對連接在應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路中的中間及終端設(shè)備的查找、配置、監(jiān)視及管理等功能。因此，RDM與DMX512是緊密關(guān)聯(lián)的，傳統(tǒng)的燈光應(yīng)用系統(tǒng)能方便地升級至具備RDM的功能。

2 RDM與DMX512的異同

要在燈光應(yīng)用系統(tǒng)中實現(xiàn)RDM的功能，相關(guān)的設(shè)備必須符合RDM的基本要求。與DMX512系統(tǒng)中的設(shè)備分類類似，RDM也將應(yīng)用系統(tǒng)中的設(shè)備定義為控制設(shè)備、中間設(shè)備、受控制設(shè)備三大類，其中受控制設(shè)備所用的名詞（RESPONDER，下稱“應(yīng)答設(shè)備”）與在DMX512中所使用的名詞（RECEIVER，下稱“接收設(shè)備”）有明顯區(qū)別。按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，具備RDM功能的設(shè)備在純粹的DMX512應(yīng)用系統(tǒng)中使用時，不應(yīng)對原DMX512設(shè)備造成任何不良影響，也即RDM設(shè)備與DMX512設(shè)備能無縫對接。

推廣應(yīng)用RDM的目的是為了能夠在DMX512網(wǎng)絡(luò)中完成對設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，因此，所有的RDM設(shè)備除了新增加的對RDM的支持，都必須具備與其應(yīng)用特性相同的DMX512設(shè)備的全部功能。本文描述中如果沒有特別提及DMX512特性，不代表不需要關(guān)注DMX512要素。

相對DMX512而言，RDM增加的主要功能是實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，其信號傳輸平臺與DMX512相同，因此，RDM設(shè)備與DMX512設(shè)備生產(chǎn)制造成本幾乎相當(dāng)，增加的功能主要由控制軟件實現(xiàn)。

RDM使用ANSI E1.11中定義的增強(qiáng)功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銭F1，允許主數(shù)據(jù)鏈路上半雙工通信的建立，因此，在RDM設(shè)備中，連接主數(shù)據(jù)鏈路通信端口的信號流向應(yīng)能受控切換。

3 設(shè)備中RDM的實現(xiàn)

3.1 概述

在整個燈光控制應(yīng)用系統(tǒng)中，控制設(shè)備是靈魂，掌握著數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鲗?dǎo)權(quán)；受控制設(shè)備（無論是否具備RDM功能）是應(yīng)用系統(tǒng)實際功能的最終體現(xiàn)者；中間設(shè)備則主要為應(yīng)用系統(tǒng)中各種信息數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸或組建大系統(tǒng)提供保障。設(shè)備除具備RDM要求的功能外，還必須保證DMX512功能的正常實現(xiàn)。

控制設(shè)備的基本功能需求包括：與DMX512相關(guān)的全部功能；RDM控制命令的發(fā)送；RDM反饋信息的接收；RDM信息的顯示。

應(yīng)答設(shè)備的基本功能需求包括：與DMX512相關(guān)的全部功能；RDM控制命令的接收；RDM反饋信息的發(fā)送。

中間設(shè)備的基本功能需求主要是能夠保證數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中信號的雙向傳輸。

設(shè)備中如何實現(xiàn)DMX512的功能，在當(dāng)前的專業(yè)燈光領(lǐng)域都已經(jīng)非常成熟，本文不再贅述。另外，本文也不討論在中間設(shè)備中實現(xiàn)RDM。

3.2 硬件實現(xiàn)

通過分析各種類型RDM設(shè)備的基本要求可以發(fā)現(xiàn)，相對于DMX512，要在設(shè)備中實現(xiàn)RDM，控制設(shè)備主要是需要增加接收RDM反饋信息的能力（對于高端的控制設(shè)備，顯示裝置已是必備，實際上不需要額外的硬件增加）；應(yīng)答設(shè)備主要是增加發(fā)送RDM反饋信息的能力；中間設(shè)備則必須使其具備信號的雙向傳輸能力。

在傳統(tǒng)的DMX512系統(tǒng)中，控制設(shè)備只需要通過主數(shù)據(jù)鏈路單向發(fā)送控制數(shù)據(jù)，因此，主數(shù)據(jù)鏈路的通信端口可以不需要具備切換信號流向的能力；而在RDM系統(tǒng)中，控制設(shè)備除需發(fā)送控制數(shù)據(jù)外，還需要為完成設(shè)備的遠(yuǎn)程管理而接收系統(tǒng)中其他設(shè)備反饋的信息，RDM規(guī)定發(fā)送的控制數(shù)據(jù)和反饋的信息數(shù)據(jù)分時使用主數(shù)據(jù)鏈路，因此，控制設(shè)備必須能夠?qū)χ鲾?shù)據(jù)鏈路通信端口的信號流向進(jìn)行控制切換。在RDM系統(tǒng)中，主數(shù)據(jù)鏈路上數(shù)據(jù)的流向?qū)嵸|(zhì)是由控制設(shè)備確定的。

在控制設(shè)備中實際使用的通信端口器件，一般都同時具備發(fā)送以及接收信號的能力，由使用者根據(jù)實際需要來選擇控制具體的工作狀態(tài)。在DMX512設(shè)備中，對這個器件的控制是選擇一個固定的狀態(tài)（發(fā)送）就可以。在RDM設(shè)備中，只需要將這個狀態(tài)控制修改為動態(tài)選擇就可以完成分時的發(fā)送或接收信號，達(dá)到半雙工通信的要求。

同樣，在應(yīng)答設(shè)備中，只需要將通信端口的器件狀態(tài)控制修改為動態(tài)選擇就可以實現(xiàn)。

因此，對控制設(shè)備和受控制設(shè)備而言，具備RDM功能的設(shè)備和只具備DMX512功能的設(shè)備在硬件要求上幾乎是完全相同的。要使設(shè)備具備RDM的功能，增加功能主要通過加強(qiáng)控制軟件的設(shè)計來完成。

3.3 軟件實現(xiàn)

下文只討論控制軟件中與RDM相關(guān)的部分。

3.3.1 控制設(shè)備完成RDM流程

在具備RDM功能的應(yīng)用控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，主數(shù)據(jù)鏈路上DMX512控制數(shù)據(jù)的傳送仍然是其主要任務(wù)，RDM數(shù)據(jù)的傳送只是在DMX512控制數(shù)據(jù)的傳送間隙中穿插進(jìn)行。RDM控制命令的發(fā)送及反饋信息的接收時機(jī)都是由控制設(shè)備來選擇的，只在需要時進(jìn)行。因此，控制設(shè)備的控制軟件必須能識別RDM的需求時機(jī)，在需要的時候放棄向數(shù)據(jù)總線的發(fā)送。受控制設(shè)備則只在接收到相關(guān)的控制命令后才會被動地向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

控制設(shè)備在完成RDM的功能時，一般需要按以下的流程進(jìn)行：識別RDM需求—等待時機(jī)—發(fā)送RDM控制命令—接收反饋信息—其他任務(wù)。必須注意發(fā)送及接收任務(wù)的執(zhí)行只能在兩個DMX512控制數(shù)據(jù)幀的發(fā)送間隙中進(jìn)行，即不能中斷當(dāng)前DMX512控制數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，且不能使相鄰的兩個DMX512數(shù)據(jù)幀的間隔時間超過限制。

3.3.2 RDM控制命令

控制設(shè)備發(fā)送的RDM控制命令按ANSI E1.20-2006的定義劃分為3類：

（1）設(shè)備查找（DISCOVERY_COMMAND）；

（2）設(shè)備信息收集（GET_COMMAND）；

（3）設(shè)備設(shè)置參數(shù)（SET_COMMAND）。

這3類命令中查找及信息收集這兩類控制命令是為實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程管理的基礎(chǔ)；而改變設(shè)備的設(shè)置參數(shù)則可以視為設(shè)備遠(yuǎn)程管理的具體表現(xiàn)。受控制設(shè)備響應(yīng)控制設(shè)備發(fā)送的RDM控制命令，必要時發(fā)送反饋信息。

3.3.3 RDM數(shù)據(jù)幀要求

除對查找命令（PID=0x0001）的響應(yīng)外，其他的RDM數(shù)據(jù)幀具有相同的結(jié)構(gòu)模式，每數(shù)據(jù)幀按字節(jié)順序的組成見表1。

表1 RDM數(shù)據(jù)幀構(gòu)成

其中第一、二字節(jié)內(nèi)容固定，分別為0xCC、0x01，表明數(shù)據(jù)幀的特性；數(shù)據(jù)幀長度內(nèi)容實際為校驗碼的起始字節(jié)順序號，最小值24，最大值255；而信息數(shù)據(jù)塊由命令類型（CC）、命令參數(shù)ID（PID）、參數(shù)字節(jié)長度（PDL）、具體參數(shù)字節(jié)內(nèi)容（PD）共4個部分組成，其中具體參數(shù)內(nèi)容視具體的命令可有可無，最多231字節(jié)，整個信息塊的最小長度4字節(jié)，最多235字節(jié)，尤其是控制設(shè)備發(fā)出的RDM命令，很多都是參數(shù)長度為0的命令?？刂圃O(shè)備發(fā)送的RDM命令及應(yīng)答設(shè)備發(fā)送的反饋信息都需要按照這種格式來組織具體的數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。

控制設(shè)備中控制信號數(shù)據(jù)幀及應(yīng)答設(shè)備中反饋信息數(shù)據(jù)幀在發(fā)送過程中主要信號時段的時間要求見表2?？刂栖浖仨毐ＷC信號幀中的時間符合這些要求。

表2 信號幀中信號時段要求

表中全數(shù)據(jù)幀中的n是指數(shù)據(jù)幀中需要傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)，對RDM類數(shù)據(jù)，最大值為257，對DMX512類數(shù)據(jù)，最大值為513；并且要求數(shù)據(jù)幀中相鄰字節(jié)間的平均時間值不能超過76 μs。

這個時間要求中，相比ANSI E1.11-2004中的要求定義更加明確，主要是為了保證RDM數(shù)據(jù)的傳輸盡可能少地占用數(shù)據(jù)鏈路的時間。

為保證RDM數(shù)據(jù)的正確傳輸，以及盡可能降低對DMX512控制數(shù)據(jù)發(fā)送的影響，控制軟件除了需要嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)幀中的信號時段外，對于數(shù)據(jù)幀之間的間隔也必須加以關(guān)注并加強(qiáng)控制。ANSI E1.20-2006要求控制設(shè)備信號端口相鄰數(shù)據(jù)幀之間的時間間隔見表3。

表3 控制設(shè)備通信端口相鄰數(shù)據(jù)幀間隔時間要求

對應(yīng)答設(shè)備信號端口相鄰數(shù)據(jù)幀之間的時間間隔見表4。

表4 應(yīng)答設(shè)備通信端口相鄰數(shù)據(jù)幀間隔時間要求

表3及表4中最小時間間隔的規(guī)定是為了保證應(yīng)用系統(tǒng)中各設(shè)備的信號端口有足夠的時間切換通信器件的信號傳輸方向。

3.3.4 控制設(shè)備識別其他設(shè)備的能力

為了實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，控制設(shè)備首先必須具備識別連接在應(yīng)用系統(tǒng)中其他設(shè)備的能力?？刂圃O(shè)備識別連接在應(yīng)用系統(tǒng)中其他設(shè)備是通過發(fā)送查找命令及處理反饋信息來完成的，查找的依據(jù)是設(shè)備的UID，ANSI E1.20-2006定義設(shè)備的UID由48位二進(jìn)制編碼構(gòu)成，包括16位的制造商ID及32位的設(shè)備ID，因此，應(yīng)用系統(tǒng)中連接的設(shè)備數(shù)量理論上限為281 474 976 710 656臺。要在數(shù)量如此巨大的范圍內(nèi)識別出每一臺設(shè)備的UID，如果不采取恰當(dāng)有效的算法，幾乎不可能迅速完成。在ANSI E1.20-2006中推薦了一種二分查找的算法，采用這種算法極其有效地加快查找進(jìn)程，即使是識別應(yīng)用系統(tǒng)中2個相鄰編號的UID，最多也只需要發(fā)送49次查找命令。

3.3.5 響應(yīng)能力

RDM雖然定義有很多的信息收集及設(shè)置參數(shù)命令，但并沒有要求所有的設(shè)備都具備響應(yīng)命令全集的能力。實際上，由于設(shè)備功能要求的差異性，對命令全集的響應(yīng)沒有必要，但為了保證設(shè)備遠(yuǎn)程管理基本功能的實現(xiàn)，規(guī)定了設(shè)備尤其是應(yīng)答設(shè)備對一些基本的控制指令必須予以響應(yīng)；同時，考慮到不同設(shè)備或設(shè)備制造商的特殊需求，規(guī)定設(shè)備制造商可以自行定義一些符合RDM要求的特殊命令。因此，在控制設(shè)備發(fā)送控制命令的軟件設(shè)計中，對于RDM命令的組織應(yīng)該具備足夠的靈活性，以保證控制設(shè)備的兼容能力。

為保證應(yīng)用控制系統(tǒng)基本RDM功能的實現(xiàn)，應(yīng)答設(shè)備必須至少能對表5中列出的命令進(jìn)行響應(yīng)。

設(shè)備中與RDM處理相關(guān)的主要流程見圖1。

圖1 設(shè)備中RDM任務(wù)流程

控制設(shè)備的RDM任務(wù)通過操作者的具體功能操作啟動，受控制設(shè)備的RDM任務(wù)啟動則是在接收到適宜的RDM命令后自行啟動。

經(jīng)過不斷的創(chuàng)新實踐，國內(nèi)有的企業(yè)已研制推出了部分支持RDM的設(shè)備，如佑圖物理應(yīng)用科技發(fā)展（武漢）有限公司的XACT系列智能換色器、XTRA系列機(jī)械調(diào)光器等，佑圖還將在即將推出的大功率的LED聚光燈、成像燈等新產(chǎn)品中植入對RDM的支持。

表5 受控制設(shè)備（應(yīng)答設(shè)備）最少要求的命令響應(yīng)

[1] ANSI E1.11-2004 Entertainment Technology—USITT DMX512-A—Asynchronous Serial digital Data Transmission Standard for Controlling Lighting Equipment and Accessories

[2] ANSI E1.20-2006 Entertainment Technology—RDM—Remote Device Management Over DMX512 Networks

[3] WH/T32-2008 DMX512-A燈光控制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議.中國演藝設(shè)備技術(shù)協(xié)會演出場館設(shè)備專業(yè)委員會編制