舞臺多元素集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用探討

范緒威，莊 暢，楊 勉

（湖南明和光電設(shè)備有限公司，湖南 長沙 410100）

舞臺多元素集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用探討

范緒威，莊 暢，楊 勉

（湖南明和光電設(shè)備有限公司，湖南 長沙 410100）

探討一種舞臺多元素集中控制系統(tǒng)，可用其實現(xiàn)舞臺燈光、音響、視頻等各類設(shè)備的集中控制；介紹該系統(tǒng)的基本條件及應(yīng)用案例。

舞臺多元素；集中控制；Art-Net協(xié)議；媒體服務(wù)器

當(dāng)今時代，文化藝術(shù)與科技緊密相連。舞臺藝術(shù)家和舞臺技術(shù)工作者一直在思考，如何把各種高新技術(shù)融入舞臺表演中。北京奧運會開幕式等國內(nèi)外各種大型的文體表演、保留劇目與數(shù)字化多媒體技術(shù)的融合，及多媒體劇或3D Mapping表演秀等等，無不體現(xiàn)出多元素融合的創(chuàng)新設(shè)計理念、新穎而多元化的舞臺表現(xiàn)形式，和機械運動與聲音、光影變化運動相結(jié)合的藝術(shù)表現(xiàn)手法，它們都極大地豐富了舞臺藝術(shù)語言，構(gòu)建了良好的觀演關(guān)系。

隨著文藝演出舞臺形式的豐富，演出中使用的舞臺機械、燈光、音響、視頻等演藝設(shè)備的種類和產(chǎn)品數(shù)量均日益增加，設(shè)備技術(shù)應(yīng)用也更加復(fù)雜，演出過程中對各種設(shè)備之間的協(xié)同工作和集中控制提出了新的要求。

1 舞臺系統(tǒng)設(shè)備集中控制的意義

舞臺演出是一門綜合藝術(shù)，編劇、導(dǎo)演、表演、舞臺美術(shù)、舞臺機械等都是其重要組成部分。對舞臺燈光、音響、機械、視頻和多媒體等舞臺應(yīng)用各技術(shù)元素在一定程度上進(jìn)行集中控制，可以拓寬舞臺表演空間、加強演員與多媒體影像的互動性，最大限度地將各類舞臺專業(yè)設(shè)備與藝術(shù)深度融合，更精確地為舞臺藝術(shù)服務(wù)。

2 舞臺多元素集中控制的基本條件

2.1 構(gòu)建一個穩(wěn)定可靠高效的系統(tǒng)局域網(wǎng)

不同的設(shè)備之間要通過局域網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接、通訊，上傳媒體文件、發(fā)送控制指令、接收控制指令等等，需要一個穩(wěn)定可靠高效的局域網(wǎng)平臺。應(yīng)在不同的數(shù)據(jù)節(jié)點位置設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)工作站。數(shù)據(jù)工作站必須配備在線式UPS不間斷電源，配置可堆疊、可級聯(lián)的千兆網(wǎng)絡(luò)交換機。為方便各數(shù)據(jù)基站間隔較遠(yuǎn)時，可通過光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，交換機必須帶有SFP光電轉(zhuǎn)化模塊。光接口要求符合SFP MSA和IEEE802.3 z標(biāo)準(zhǔn)，為防止光纖跳線脫落，建議采用雙LC連接器; SFP光電轉(zhuǎn)化模塊須支持熱插拔，支持傳輸距離不小于2 km。

2.2 構(gòu)建一個演出媒體交互平臺

嵌入式Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)的媒體服務(wù)器的操作系統(tǒng)穩(wěn)定性好，但不支持多媒體素材文件本地上傳，必須采用客戶端軟件（見圖1）進(jìn)行上傳。另外，控制（見圖2）、監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)信息的查閱、拾取、打印也需要一個素材交互傳輸平臺。此部分的網(wǎng)絡(luò)通訊可以采用在數(shù)據(jù)工作站的管理型交換機下堆疊交換機的方式進(jìn)行搭建。

2.3 支持Art-Net網(wǎng)絡(luò)控制的綜合控制臺

作為綜合型的網(wǎng)絡(luò)控制臺，應(yīng)該具有公共的Art-Net控制功能。Art-Net是一個10BaseT（現(xiàn)在Art-Net 3已經(jīng)適用于千兆網(wǎng)，即1000BaseT）基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，其目的是用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)允許遠(yuǎn)程傳輸大量的DMX512數(shù)據(jù)?？刂婆_本身Art-Net控制域越多，意味著它所能供給第三方被控制設(shè)備分配的DMX地址也就越多，但考慮到系統(tǒng)多機熱備份和控制臺本身運算壓力的問題，一般認(rèn)為超過一定參數(shù)后，需要增加具備獨立處理能力的網(wǎng)絡(luò)處理器。同時，考慮到視頻控制的便捷性，網(wǎng)絡(luò)控制臺和媒體服務(wù)器（見圖3）都應(yīng)該支持CITP協(xié)議，支持全連通性的縮略圖導(dǎo)入和視頻信息預(yù)覽（見圖4）。綜合控制臺在對舞臺機械進(jìn)行控制時，必須能夠在控制臺上直接監(jiān)視到舞臺的具體情況（見圖5），若顯示器窗口不夠，可外接屏幕作為舞臺機械運行的專業(yè)監(jiān)視器。

2.4 具備獨立運算能力的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)處理器

隨著局域網(wǎng)內(nèi)控制參數(shù)增加到一定程度時，這時通過控制臺本身的系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控界面可以看到需要占用控制臺更多的硬件資源，從理論上講會給控制系統(tǒng)的運行帶來一定的系統(tǒng)風(fēng)險。這時，需要在系統(tǒng)中加入網(wǎng)絡(luò)處理器（工作界面見圖6）來獨立分擔(dān)參數(shù)運算或減輕控制臺的運算負(fù)擔(dān)。

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理器具有和控制臺相同的主板、處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器通過主控制臺授權(quán)經(jīng)過千兆局域網(wǎng)加入系統(tǒng)會話后，在運算時不會占用控制臺資源同時還能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。在滿足系統(tǒng)安全性的前提下，還能滿足控制域和物理DMX512地址擴(kuò)展的需求，非常安全可靠。另外有時為了信號傳輸?shù)谋憬菪?，還需要在系統(tǒng)中加入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器。某大型演出中的部分網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)（見圖7）。

圖1 Linux操作系統(tǒng)的媒體服務(wù)器客戶端軟件素材上傳界面

圖2 Linux操作系統(tǒng)的媒體服務(wù)器客戶端軟件部分控制界面

圖3 媒體服務(wù)器CITP協(xié)議設(shè)置界面

圖4 支持CITP協(xié)議控制臺的縮略圖自動導(dǎo)入

圖5 綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺直接對舞臺進(jìn)行監(jiān)視

2.5 支持DVI-D、DisplayPort視頻信號輸出的媒體服務(wù)器

數(shù)字媒體服務(wù)器，在舞臺多元素集中 控制系統(tǒng)中不僅承擔(dān)著媒體文件播放控制的作用，往往還承擔(dān)著畫面拼接融合、圖層控制、時間軸線性編輯、多點曲面校正、梯形校正、特效控制、服務(wù)器自身輸出（或通過專業(yè)外置聲卡輸出與影像同步的高品質(zhì)音源至調(diào)音臺接口箱或調(diào)音臺本地）等任務(wù)。比較常見的服務(wù)器視頻輸出信號接口有DVI-D（見圖8）、DisplayPort（見圖9）。

另外，在大型的綜藝演出或電視臺的直播節(jié)目中，媒體服務(wù)器還具有采集外來視頻信號輸入的功能。常見的輸入信號有DVI-D、HD-SDI等（見圖10）。

2.6 有關(guān)音頻信號的處理

舞臺多元素集中控制和音頻信號有關(guān)的控制方式主要有兩種：一種是由數(shù)字調(diào)音臺給出MIDI/SMPTE等音視頻同步信號，到綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺觸發(fā)TIME CODE時間碼（見圖11）的方式來進(jìn)行集中同步控制；另一種是由綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺手動控制或TIME CODE時間碼控制數(shù)字媒體服務(wù)器的素材播放，然后由數(shù)字媒體服務(wù)器的專業(yè)外置聲卡（見圖12）輸出高品質(zhì)的音頻信號至調(diào)音臺本地或數(shù)字調(diào)音臺舞臺接口箱輸入接口（見圖13）。

2.7 支持Art-Net協(xié)議、ACN協(xié)議控制的舞臺機械編程控制平臺

舞臺機械控制系統(tǒng)一般分為PLC軟件功能和上位機軟件功能。PLC軟件主要功能包括：權(quán)限控制、設(shè)置數(shù)據(jù)、設(shè)備互鎖、設(shè)備控制，設(shè)備編組，變頻器狀態(tài)顯示及復(fù)位報警，程控Ⅰ/Ⅱ，場景的編輯和運行介入，故障信息顯示等等。上位機軟件主要功能包括：設(shè)置設(shè)備名稱，設(shè)備場景數(shù)據(jù)設(shè)置及編場，劇目計時，主機信息顯示，日志生成打印，劇目下載等。采用自動控制系統(tǒng)可以對舞臺機械設(shè)備的運行參數(shù)進(jìn)行高速實時的監(jiān)視，如位置、速度、限位、負(fù)載等?？梢栽诒硌萸疤崆霸O(shè)定各設(shè)備的運行參數(shù)，生成預(yù)設(shè)場景。

圖6 網(wǎng)絡(luò)處理器工作界面

圖7 大型演出中龐大的網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)

圖8 帶DVI-D輸出接口的媒體服務(wù)器

圖9 帶DisplayPort輸出接口的媒體服務(wù)器

圖10 帶DVI-D、HD-SDI多通道信號采集接口的媒體服務(wù)器

圖11 TIME CODE時間碼控制界面

在諸多的文藝演出中，除了單獨的機械子系統(tǒng)要求在表演過程中能夠?qū)Ω鞣N舞臺機械設(shè)備的運行定位、同步、速度等做出更精確的控制之外，還要求能夠接入整個演藝控制系統(tǒng)，實現(xiàn)音視頻機械燈光等系統(tǒng)的一體化精確集中控制。也就是說，在舞臺機械的獨立控制系統(tǒng)之上有一個總體的集中控制系統(tǒng)，這就要求舞臺機械操作臺（見圖14）能夠通過工業(yè)以太網(wǎng)接受綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺的Art-Net網(wǎng)絡(luò)信號控制，能夠直接在綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺上對舞臺機械的場景進(jìn)行調(diào)用或直接編輯，控制臺提前針對舞臺機械的相應(yīng)功能編輯對應(yīng)的設(shè)備通道信息識別文件。同時要強調(diào)的一點就是：舞臺機械控制系統(tǒng)在接受綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺控制時，其自身應(yīng)具有能夠獨立和優(yōu)先控制的操作界面系統(tǒng)，演出過程中由專人值守、監(jiān)視，以確保舞臺機械系統(tǒng)運行的絕對安全。

圖12 配置專業(yè)外置聲卡的媒體服務(wù)器

圖13 媒體服務(wù)器輸出音頻信號至擴(kuò)聲系統(tǒng)示意圖

3 舞臺多元素集中 控制案例分享

以筆者曾參與建設(shè)的國內(nèi)某大劇院工程為例，該劇院所有的專業(yè)舞臺燈光、舞臺激光、LED視頻系統(tǒng)、投影機視頻系統(tǒng)、音畫同步音源輸出、舞臺特效、部分場景的舞臺機械系統(tǒng)全部集中由兩臺同型號的綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺全程進(jìn)行精確同步控制。其部分系統(tǒng)邏輯圖（見圖15）。

該系統(tǒng)配置了兩臺同品牌同型號的雙機熱備份控制臺。每臺控制臺不翻頁具有30根物理電動馬達(dá)推桿，50個物理的程序執(zhí)行按鍵，自帶觸摸屏具有良好的人機交互界面，為防止誤操作所有的推桿都具有觸感功能。系統(tǒng)中依據(jù)數(shù)據(jù)分配柜的位置，配置了3臺同品牌同型號的單機8192參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)處理器，另外還配置了一批支持RDM協(xié)議的機架式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器（單機支持2048參數(shù)雙向轉(zhuǎn)換）、流動式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器（單機支持1024參數(shù)雙向轉(zhuǎn)換）。所有的DMX信號分配器全部采用XLR 5針接口，支持RDM雙向通訊協(xié)議的原裝進(jìn)口分配器，該系統(tǒng)能夠在網(wǎng)絡(luò)控制臺上直接對支持RDM協(xié)議的舞臺電腦燈具設(shè)置地址碼，能夠在控制臺上直接對網(wǎng)絡(luò)處理器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行IP設(shè)置、輸出通道域設(shè)置和輸入輸出模式轉(zhuǎn)換等操作。舞臺機械系統(tǒng)的工業(yè)計算機經(jīng)過授權(quán)組網(wǎng)可以部分接受網(wǎng)絡(luò)控制臺的Art-Net網(wǎng)絡(luò)信號控制，控制臺針對舞臺機械的具體功能預(yù)先編制好詳細(xì)的信息文件以確保精確控制。由演出劇照可以看出（見圖16-1、圖16-2），在本項目工程案例中還有龐大的視頻顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由LED全彩視頻系統(tǒng)（主表演區(qū)部分）和投影系統(tǒng)（舞臺紗幕部分和觀眾席上空及兩側(cè)部分）組成，在演出過程中，這兩大系統(tǒng)的視頻信號全部由數(shù)字媒體服務(wù)器輸出經(jīng)由綜合網(wǎng)絡(luò)控制臺編程控制，字幕信號由筆記本電腦的HDMI信號轉(zhuǎn)換成DVI信號后經(jīng)由服務(wù)器的DVI采集卡輸入至媒體服務(wù)器控制。演出過程中的部分音畫同步信號由媒體服務(wù)器匹配的專業(yè)外置聲卡輸出至數(shù)字調(diào)音臺舞臺接口箱，音頻采樣率為48 kHz，在保證同步控制的同時，滿足了現(xiàn)場演出對音源品質(zhì)的要求。演出過程中，多臺大功率的全彩激光也由控制臺控制。只要先將激光燈設(shè)置為控制臺的一個固定設(shè)備配接好，然后把雙方的Art-Net選項啟用和聯(lián)通（見圖17），激光燈的控制軟件就能接收控制臺的同步控制了（見圖18）。在整個演出過程中，網(wǎng)絡(luò)同步控制系統(tǒng)運行非常安全、穩(wěn)定、靈活，很好地體現(xiàn)了為表演藝術(shù)服務(wù)的宗旨。

圖14 幾種常見的舞臺機械控制臺

圖15 集中控制系統(tǒng)案例部分邏輯圖

圖16-1 舞臺臺口區(qū)域的全彩LED顯示屏系統(tǒng)

圖16-2 舞臺主表演區(qū)內(nèi)部的全彩LED顯示屏系統(tǒng)

圖17 激光燈控制軟件設(shè)置

圖18 同步參與表演的激光燈效果

舞臺系統(tǒng)設(shè)備集中控制，可以更好地滿足舞臺藝術(shù)的需求，服務(wù)于舞臺演出，推動行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。演藝技術(shù)工作者必須要從新的視角和方式去探索、創(chuàng)新和整合新的技術(shù)，以更好地為演藝行業(yè)服務(wù)。

（編輯 張冠華）

Application of Stage Multi-Element Concentration Control System

FAN Xu-wei, ZHUANG Chang, YANG Mian
(Hunan Minghe Technology Engineering Development Co., Ltd., Changsha Hunan 410010, China)

In this paper, the author discusses the technology of a kind of stage multi-element concentration control system, which can realize the centralized control of the stage lighting, audio, video and other equipments, and introduces the basic conditions and application cases of the system.

stage multi-elements; centralized control; Art-Net protocol; media server

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.002