基于WiFi技術(shù)的演播室布光綜合控制系統(tǒng)

朱 云 羅 珂 唐子翔 周競(jìng)章

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

WiFi——WirelessFidelity，WiFi（Wi-Fi）IEEE 802.11b/g無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的變種，最高帶寬為11 Mbps，在信號(hào)較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，帶寬的自動(dòng)調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。其主要特性為：速度快，可靠性高，在開放性區(qū)域，通訊距離可達(dá)305米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76米到122米，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，組網(wǎng)的成本更低。

無線2.4GHz的射頻方式是依據(jù)ISM頻段以展頻技術(shù)可做不須授權(quán)使用的規(guī)定，這個(gè)頻段的使用在全世界包含美國(guó)、歐洲、日本及臺(tái)灣等主要國(guó)家(地區(qū))都有開放。

選用Wireless LAN 802.11作為無線傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：

（1）使用上，它的機(jī)動(dòng)性、便利性，是有線網(wǎng)絡(luò)所不能及的；成本上，它可省下一筆可觀的布線費(fèi)用。

（2）基本上，無線網(wǎng)絡(luò)所使用的頻段是屬于ISM 2.4GHz的高頻率范圍，日常生活場(chǎng)所或辦公室等所用電器設(shè)備不會(huì)相互干擾。因?yàn)轭l率差異甚多，而且無線網(wǎng)絡(luò)本身共有12個(gè)信道可供調(diào)整，自然就不會(huì)相互干擾。

（3）電流消耗250mA，發(fā)射功率60-70mW。

（4）傳輸距離在視野所及之處約250M，若屬半開放性空間、有隔間的區(qū)域，則約為76-122M。

（5）硬件成本價(jià)格低，普及性廣。

南寧電視臺(tái)800㎡演播室布光控制系統(tǒng)原有控制方式為：采用手動(dòng)直接控制或者WiFi遙控方式（使用一臺(tái)HP IPAQ RX3715掌上無線PDA，軟件為廠家配送）， 操作斯全德STRAND 550i大型燈光控制臺(tái)，對(duì)各基礎(chǔ)照明燈具開關(guān)及亮度進(jìn)行調(diào)控；采用手動(dòng)直接控制或者采用有線控制方式，控制星光DCSV-401布光控制臺(tái)，對(duì)燈具照射角度、燈具吊桿位置進(jìn)行控制。本項(xiàng)目完成后，除保留各自手動(dòng)控制外，在遙控部分，則將兩套控制系統(tǒng)都統(tǒng)一采用WiFi控制（星光DCSV-401布光控制臺(tái)遙控軟件自主開發(fā)），兩套控制系統(tǒng)在同一臺(tái)PDA上進(jìn)行操作，這樣極大提高演播室燈光人員布光工作效率，同時(shí)優(yōu)化崗位設(shè)置，實(shí)現(xiàn)單人獨(dú)立完成演播室常規(guī)燈具布光工作。

二、項(xiàng)目詳細(xì)內(nèi)容

1.立項(xiàng)背景

南寧電視臺(tái)800㎡演播室于2006年11月投入使用，燈具吊掛系統(tǒng)由北京星光影視設(shè)備科技有限公司安裝調(diào)試完成，燈光控制臺(tái)采用Strand 550i調(diào)光臺(tái)。由于Strand 550i調(diào)光臺(tái)具備PDA無線調(diào)光功能，而星光公司布光控制臺(tái)仍舊采用有線控制方式，實(shí)際調(diào)光工作中，布光人員需要手拿兩套PDA進(jìn)行操作，一套是Strand公司無線PDA，一套是星光公司的有線PDA。操作時(shí)受有線的影響，特別是演播室舞美布景完成后，操作人員需要拖著一根PDA線纜繞來繞去才能到達(dá)預(yù)定的布光地點(diǎn)，工作比較麻煩，而且控制線纜容易被拉斷。

經(jīng)過對(duì)星光公司有線PDA、有線DCSV-401布光控制電腦的深入研究，硬件各方面完全可以達(dá)到做無線控制的要求，而且可以把兩套控制軟件融合到一個(gè)無線PDA上使用，這樣既能方便布光人員的調(diào)光，顯著提高工作效率，又能有效提高控制設(shè)備的可靠性。因此開展此項(xiàng)目。

2.詳細(xì)科學(xué)技術(shù)內(nèi)容

南寧電視臺(tái)800㎡演播室布光控制系統(tǒng)采用星光集團(tuán)的布光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由電腦控制臺(tái)、有線PDA（Windows Pocket CE操作系統(tǒng)）、吊桿燈具控制系統(tǒng)組成，如圖1。系統(tǒng)均采用DMX512信號(hào)線作為傳輸控制線，串口協(xié)議作為主要傳輸協(xié)議。從實(shí)際安全角度出發(fā)，有線傳輸安全可靠性強(qiáng)于無線傳輸，但從未來發(fā)展角度出發(fā)，無線控制發(fā)展及市場(chǎng)前景要強(qiáng)于有線傳輸。南寧臺(tái)800㎡演播室燈具相對(duì)較少，有線傳輸基本夠用，目前國(guó)內(nèi)1000㎡、2000㎡或更大的演播室比比皆是，如果仍舊采用有線布光控制系統(tǒng)，布光時(shí)拖拽一根控制線到處走，布光工作將會(huì)帶來極大的麻煩，鑒于以上的使用經(jīng)驗(yàn)，無線WiFi布光燈具控制系統(tǒng)將是未來的發(fā)展方向。

本項(xiàng)目分成三個(gè)階段開展。

（1）通訊協(xié)議的測(cè)試：

第一步是測(cè)試布光電腦控制臺(tái)跟燈具控制系統(tǒng)之間的通訊協(xié)議，根據(jù)通訊協(xié)議編寫了測(cè)試軟件，該測(cè)試軟件主要對(duì)323吊桿的升降控制，111、112、113、114、115號(hào)燈具的水平、俯仰、調(diào)焦的控制，軟件測(cè)試已通過，目的是測(cè)試控制系統(tǒng)之間的串口通信協(xié)議是否正確、是否加密。

（2）基于布光控制電腦為主機(jī)服務(wù)器的WiFi布光燈具控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：

通訊協(xié)議測(cè)試通過后，開始著手軟件的編寫工作。WiFi布光燈具控制系統(tǒng)主要由WiFi功能的PDA或手機(jī)、電腦布光控制臺(tái)（Windows 2000系統(tǒng)）、WiFi無線路由器、燈具控制系統(tǒng)組成，編寫完后的軟件要把它編譯到帶WiFi功能的PDA或手機(jī)上測(cè)試，PDA、手機(jī)軟件操作平臺(tái)使用Pocket PC 2003或Windows Mobile 2006更高系統(tǒng)。測(cè)試時(shí)，先在Pocket PC 2003系統(tǒng)上編寫PDA測(cè)試軟件，通過布光控制電腦做服務(wù)器，對(duì)某一吊桿進(jìn)行單獨(dú)控制，類似第一階段的測(cè)試。

編寫好的軟件分成兩部分，一部分是在DCSV-401布光控制電腦上安裝服務(wù)端控制程序（自主開發(fā)），主要編譯WiFi無線路由器傳輸過來的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，把網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成串口信號(hào)輸出到燈具中央控制器；另一部分，PDA上的控制軟件部分，主要控制燈具、吊桿動(dòng)作，指令通過無線信號(hào)傳輸?shù)絎iFi路由器。（圖2、圖 3）

通過無線路由器，把HP IPAQ RX3715 PDA、Strand 550i調(diào)光控制臺(tái)、DCSV-401星光演播室布光控制臺(tái)融合到一個(gè)無線局域網(wǎng)當(dāng)中。改造后的系統(tǒng)，可以通過HP IPAQ RX3715掌上PDA對(duì)演播室燈光、燈具吊桿進(jìn)行無線控制。（圖4）

軟件操作步驟：

第一步，設(shè)置HP IPAQ RX3715 IP地址：

首先打開PDA的WiFi功能，點(diǎn)擊“設(shè)置”選項(xiàng)，對(duì)話框中出現(xiàn)連接的無線路由器“TP-LINK”，然后點(diǎn)擊“網(wǎng)路適配器”，填寫“使用特點(diǎn)的IP地址”。

第二步，打開Strand 550i燈光控制軟件：

軟件打開后，點(diǎn)擊屏幕左下角的“console”，選擇控制臺(tái)的端口，默認(rèn)端口為“Remote 1（500i/500/300）”，點(diǎn)擊OK后，PDA與無線網(wǎng)絡(luò)連通，軟件選項(xiàng)框中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)正方形的小框，說明軟件可正常使用。

第三步，打開LIGHT WiFi程序（自主編寫）：

點(diǎn)擊“資源管理器”，從SD CARD卡中選中WiFiConsoleClient程序，點(diǎn)擊界面正下角“設(shè)置”，設(shè)置服務(wù)器IP地址，IP地址指向DCSV-401演播室布光控制臺(tái)，設(shè)置界面中有“電機(jī)行程、按鍵靈敏度調(diào)整”。設(shè)置好IP地址后返回主界面，點(diǎn)擊設(shè)置旁的“連接”，如系統(tǒng)連接上后，界面顯示“已連接”，并且為灰色。

由于演播室燈光、吊桿系統(tǒng)是以編號(hào)區(qū)分，1-300為燈具編號(hào)，300-368為吊桿編號(hào)，當(dāng)選擇數(shù)字時(shí)，軟件自動(dòng)判別是燈具還是吊桿。

軟件右上方十字鍵是控制燈具上、下、左、右，然后燈具的聚焦、散射，吊桿上下控制是吊桿升起、吊桿降下，界面簡(jiǎn)單明了，操作快捷容易上手。

第四步，STRAND 550I控制程序和自主編寫的LIGHT WIFI程序切換使用：

兩個(gè)軟件通過屏幕右上角的“開始”菜單進(jìn)行切換，Strand Remote軟件已經(jīng)安裝在菜單欄中。

（3）基于Mini 2440模塊的WiFi布光燈具控制系統(tǒng)編程開發(fā)板：

Mini2440是一款低價(jià)實(shí)用的ARM9開發(fā)板，它采用Samsung S3C2440為處理器，并采用專業(yè)穩(wěn)定的CPU內(nèi)核電源芯片和復(fù)位芯片來保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。模塊支持Linux 2.6.13、Windows CE.NET.5.0操作系統(tǒng)。隨著研究的深入，還能實(shí)現(xiàn)支持Android、Mac Os X等現(xiàn)今主流操作系統(tǒng)。

Mini2440主要是替代DCSV-401布光控制臺(tái)，當(dāng)PDA無線布光控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，它可以作為備份臺(tái)使用。把原有在DCSV-401上使用的服務(wù)端程序（自主開發(fā)）移植到Mini2440模塊上，模塊編寫平臺(tái)為L(zhǎng)inux 2.6.13。由于Linux為開放式平臺(tái)，各種插件不涉及法律授權(quán)問題。（圖5）

3.發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)

PDA布光控制系統(tǒng)以無線路由器為主創(chuàng)建一個(gè)局域網(wǎng)，主要有以下特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)中的DCSV-401布光控制臺(tái)和Mini2440模塊可以互相備份，當(dāng)Mini2440模塊出現(xiàn)故障時(shí)，可以采用上述開發(fā)階段二中的模式，以DDSV-401作為服務(wù)器進(jìn)行無線操作。

（2）當(dāng)PDA出現(xiàn)故障時(shí)，帶WiFi功能的手機(jī)也可以對(duì)布光控制進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)備份好處。

（3）優(yōu)化了崗位，提高布光工作人員效率，實(shí)現(xiàn)單人獨(dú)立完成大型演播室常規(guī)燈布光工作。

（4）有效地解決了燈光控制臺(tái)與布光控制臺(tái)無法在同一系統(tǒng)中共同運(yùn)行的缺點(diǎn)。

4.經(jīng)濟(jì)效益分析

演播室燈具無線布光控制軟件開發(fā)投入分成軟件和硬件兩部分。（表1、表2）

國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)演播室燈具吊桿系統(tǒng)的知名企業(yè)還有焦作龍光影視設(shè)備公司等其他公司，這套系統(tǒng)主要針對(duì)星光影視科技公司的燈具吊桿系統(tǒng)進(jìn)行改造。同樣無線布光控制系統(tǒng)也適用于其他公司的吊桿系統(tǒng)，只需在軟件上進(jìn)行更改。據(jù)由星光、焦作龍光公司官方網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，2003年至2008年僅兩家公司就完成全國(guó)94個(gè)大、中型演播室，包括南寧臺(tái)800㎡演播室在內(nèi)的設(shè)備供應(yīng)，大部分燈光系統(tǒng)使用情況與南寧臺(tái)類似。參照國(guó)外Strand 550i無線燈光控制系統(tǒng)3萬元市場(chǎng)定價(jià)，自主開發(fā)的系統(tǒng)可以定2.8萬元市場(chǎng)價(jià)格。如果以技術(shù)改造的形式在全國(guó)進(jìn)行推廣，按50個(gè)演播室計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益約為100萬元。

5.社會(huì)效益分析

無線控制不受演播室內(nèi)環(huán)境影響，可優(yōu)化工作崗位，提高布光的工作效率，一個(gè)人就可以很快完成大型演播室布光工作，因而可以滿足大、中型演播室更好、更快制作更多的大型電視節(jié)目的要求，從而更好地開展宣傳工作，滿足喉舌功能及廣大觀眾文化生活的需要。

三、應(yīng)用效果

南寧電視臺(tái)800㎡演播室WiFi技術(shù)的演播室布光綜合控制系統(tǒng)項(xiàng)目，從2007年9月份開始研發(fā)，包括硬件設(shè)計(jì)、軟件編寫、系統(tǒng)調(diào)試，至2007年11月份開始投入使用。

系統(tǒng)采用WiFi無線控制技術(shù)，經(jīng)過實(shí)際使用，達(dá)到原有預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。這期間，完成了2008年中越《春天的旋律》、2008年《中泰友好主題晚會(huì)》等大型電視節(jié)目制作。特別是這些大型電視晚會(huì)中舞臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，更體現(xiàn)了該無線系統(tǒng)的靈活性、快捷性的特點(diǎn)。這套系統(tǒng)為南寧電視臺(tái)節(jié)目制作搭建可靠、快捷的技術(shù)平臺(tái)，為南寧電視臺(tái)節(jié)目制作提供了有力的支持。