舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

李真，楊謙逸，南潔，安宇潔

(中國傳媒大學(xué)自動化系，北京100024)

摘要：舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺使得舞臺監(jiān)督能夠通過高度集成的內(nèi)通系統(tǒng)人機(jī)交互界面，對演出相關(guān)人員進(jìn)行監(jiān)督調(diào)度。本文研究了舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺的關(guān)鍵技術(shù)，包括人機(jī)交互界面技術(shù)，通訊協(xié)議以及數(shù)字矩陣技術(shù)等。這些技術(shù)的綜合運(yùn)用增強(qiáng)了舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺的實(shí)用性、實(shí)時性和可靠性，保障了劇場演出的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：內(nèi)通系統(tǒng)；交互界面；通訊協(xié)議；數(shù)字矩陣

中圖分類號：TN919文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收稿日期：2015-02-15

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計劃重大項(xiàng)目“演出呈現(xiàn)關(guān)鍵支撐技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范(項(xiàng)目編號：2012BAH38F00)”資助

作者簡介：李真 (1978- )，女(漢族)，河北衡水人，中國傳媒大學(xué)講師. E-mail：lizhen@cuc.edu.cn

Research on Key Technology of Virtual Control Platform

for Stage Intercom System

LI Zhen，YANG Qian-yi，NAN Jie，AN Yu-jie

(Department of Automation，Communication University of China，Beijing 100024，China)

Abstract：The virtual control platform for stage intercom system makes it possible that the stage manager can schedule theatre staff through highly integrated user Interface. This article presents the key technology of virtual control platform for stage intercom system，including user interface.technology，communication protocol and digital matrix technology. The combination of these technologies improves the reliability of the virtual control platform，and ensures the theatrical performance runs smoothly.

Keywords：intercom system；interface；communication protocol；digital matrix

1引言

在劇場演出中舞臺內(nèi)通系統(tǒng)是溝通舞臺監(jiān)督與各個部門工作人員的橋梁，它為一場演出有條不紊的順利進(jìn)行提供了有力保障。舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺以IP技術(shù)為依托，滿足語音及數(shù)據(jù)調(diào)度的業(yè)務(wù)需求，整個系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)舞臺內(nèi)通系統(tǒng)集成化不高，子系統(tǒng)分散獨(dú)立的缺陷，實(shí)現(xiàn)無線與有線的網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化、可移動式的舞臺內(nèi)通調(diào)度系統(tǒng)，使得舞臺監(jiān)督能夠在高度集成的舞臺監(jiān)督環(huán)境下(人機(jī)交互界面)，對為舞臺演出服務(wù)的全部工作部門進(jìn)行監(jiān)督、調(diào)度[1]。其中，無線通話基站，有線通話基站，數(shù)字矩陣及虛擬控制平臺連接在一個局域網(wǎng)內(nèi)，提供可靠的數(shù)據(jù)交換保障，實(shí)現(xiàn)各部分的無縫銜接。對內(nèi)通系統(tǒng)中數(shù)字矩陣預(yù)先進(jìn)行端口配置，則虛擬控制平臺的通話面板可以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的通話功能，如單呼，組呼，分組會議等，能夠滿足劇場演出過程中人員協(xié)調(diào)溝通的需求，為舞臺監(jiān)督提供更集中快捷的指揮決策信息。相關(guān)的技術(shù)包括交互界面實(shí)現(xiàn)，通訊協(xié)議以及數(shù)字矩陣技術(shù)。本文將重點(diǎn)研究了舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺的關(guān)鍵技術(shù)。

2交互界面實(shí)現(xiàn)

用戶交互界面利用MFC框架編寫，MFC框架定義了應(yīng)用程序的輪廓，并提供了用戶接口的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方法，利用MFC編寫程序的本質(zhì)是選擇該類庫中合適的類，并調(diào)用其下相應(yīng)成員函數(shù)來完成某個功能。

VS提供了相應(yīng)的工具來完成該工作：AppWizard可以用來生成初步的框架文件(代碼和資源等)；資源編輯器用于幫助用戶直觀地設(shè)計用戶接口；ClassWizard用來協(xié)助添加代碼到框架文件；編譯，則通過類庫實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序特定的邏輯[2]。

整個界面設(shè)計是通過繪圖工具、PS圖像整合等軟件，制作出界面的應(yīng)用圖片，依照程序及MFC界面實(shí)現(xiàn)的不同功能進(jìn)行圖片的反復(fù)定位。步驟如下：

(1)打開VS的資源管理視圖，打開IDD_VOIP KP_DIALOG，然后把按鈕、圖片控件等要用到的控件按位置拖到界面上，如圖1所示。

圖1　VS資源管理視圖

(2)為控件設(shè)置ID、標(biāo)題等屬性。

(3)在相應(yīng)文件中添加加載圖片的函數(shù)，把要用到的圖片加載進(jìn)工程，然后把圖片加載到按鈕、圖片等控件上。

(4)雙擊面板上的按鈕控件，就可為該按鈕添加相應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)，即添加點(diǎn)擊按鈕之后要進(jìn)行的操作的代碼實(shí)現(xiàn)。

交互界面工程文件的主要函數(shù)有：

BitmapSlider.h和BitmapSlider.cpp：自定義的滑塊控件類的聲明與實(shí)現(xiàn)。

def.h：工程中用到的變量的定義。

memdc.h：內(nèi)存繪圖的頭文件(系統(tǒng)文件)。

Stdafx.h、Stdafx.cpp和targetver.h：包含了工程要用到的一些系統(tǒng)頭文件。

VOIPKP.h和VOIPKP.cpp：MFC工程創(chuàng)建時自動生成。

VOIPKPDlg.h和VOIPKPDlg.cpp：對界面進(jìn)行控制的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，對界面的控制改動基本都在這里進(jìn)行。

整個界面加載的流程如圖2所示。

圖2　界面加載流程

3通訊協(xié)議

舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺的通話面板啟動后，必須按照一定的時序發(fā)送消息，才能與數(shù)字矩陣的網(wǎng)絡(luò)接口卡聯(lián)絡(luò)上，只有聯(lián)絡(luò)上之后，才能進(jìn)行語音通話。

通訊過程采用socket編程，通信協(xié)議為UDP和TCP，設(shè)備通訊設(shè)計流程如下：

(1)初始化socket套接字動態(tài)庫。

(2)獲得本機(jī)的IP。獲取本機(jī)的名稱和地址等信息，并將一個IP轉(zhuǎn)換成一個互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)分格式的字符串。

(3)創(chuàng)建socket套接字。使用的函數(shù)為socket。

(4)綁定套接字的IP和端口。使用的函數(shù)為bind。

(5)開始收發(fā)包，接包和發(fā)包必須嚴(yán)格按照時序進(jìn)行。通訊的總時序如表1所示。

表1　通訊總時序

數(shù)字矩陣的網(wǎng)絡(luò)接口卡啟動后，每隔5秒會向通話面板發(fā)送聯(lián)機(jī)信號，直至接收端通話面板應(yīng)答。用于兩者的初始聯(lián)絡(luò)。通話面板收到聯(lián)機(jī)請求后進(jìn)行回復(fù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)。

聯(lián)機(jī)以后，網(wǎng)絡(luò)接口卡和通話面板互相發(fā)送建立UDP心跳連接的信號，并互相應(yīng)答一次，應(yīng)答之后即表示心跳連接建立，然后兩者每隔一段時間發(fā)送心跳包，如果有應(yīng)答，即表示兩設(shè)備之間保持聯(lián)機(jī)狀態(tài)，如果一段時間之內(nèi)沒有應(yīng)答，即表示設(shè)備之間斷開連接，網(wǎng)絡(luò)接口卡隨之進(jìn)入請求聯(lián)機(jī)狀態(tài)。

TCP連接與心跳建立時，通話面板作為TCP客戶端，網(wǎng)絡(luò)接口卡作為TCP服務(wù)器，端口為2080，TCP連接建立好了后，雙方會互相發(fā)送自身設(shè)備信息，之后就是不包含信息的心跳保持幀。

其中采用UDP協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)包類型有：聯(lián)機(jī)請求、響應(yīng)包、心跳包、語音控制包、語音數(shù)據(jù)包，采用TCP協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)包類型是：心跳包、配置信息包、命令包。按照此通訊協(xié)議可實(shí)現(xiàn)虛擬控制平臺的通話面板與矩陣網(wǎng)絡(luò)接口卡之間的連接，并實(shí)現(xiàn)語音數(shù)據(jù)以及配置數(shù)據(jù)的交換。

4數(shù)字矩陣技術(shù)

數(shù)字矩陣采用了TDM(Time Division Multiplexing)時分復(fù)用的技術(shù)。TDM就是將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時隙，并將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并通過時隙交換方式進(jìn)行路由選擇[3]。

數(shù)字通話矩陣首先將Talk通道講話信號進(jìn)行取樣、量化、編碼處理，然后在相應(yīng)軟件控制下將各路數(shù)字信號進(jìn)行TDM時分復(fù)用，再經(jīng)過TDM解復(fù)用、時隙交換后，將各路數(shù)字信號路由至指定的Listen通道，實(shí)現(xiàn)了信源、信宿的交換。數(shù)字矩陣基本原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3　數(shù)字矩陣原理結(jié)構(gòu)圖

模擬通話矩陣的主要缺點(diǎn)是它們的交叉點(diǎn)的數(shù)量、體積、功耗、物理規(guī)模和造價與用戶數(shù)量的平方成比例增長，而且固定混合器不能各自調(diào)整所聽到信號的相對電平。而數(shù)字通話矩陣?yán)脮r分復(fù)用技術(shù)可以提供強(qiáng)大的交叉能力，數(shù)字通話矩陣在Listen通道前方設(shè)計有可編程的混合器，通過對從TDM總線中分離出來的，已經(jīng)被分配到指定Listen通道的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以方便地實(shí)現(xiàn)不同信號電平增益的獨(dú)立調(diào)整和信號混合。并且可以提供多個端口，從而實(shí)現(xiàn)劇場舞臺監(jiān)督對各個工種調(diào)度的通話需求。

5結(jié)論

基于IP的舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺很好的實(shí)現(xiàn)了舞臺監(jiān)督環(huán)境的高度集成化，相關(guān)保障技術(shù)的綜合運(yùn)用使該平臺具有較高的可靠性，能夠滿足劇場調(diào)度的需求。除了本文提到的技術(shù)之外，還有音頻編碼技術(shù)、QoS技術(shù)等，可以在一定程度上改善整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的語音服務(wù)質(zhì)量。目前該平臺可用于Windows多個版本的系統(tǒng)，經(jīng)過測試，聯(lián)機(jī)，界面顯示及語音質(zhì)量情況都符合真實(shí)環(huán)境應(yīng)用需求的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳威旋.淺談內(nèi)部通話系統(tǒng)的發(fā)展及實(shí)踐心得[J].信息通信，2012，(03).

[2](美)帕羅賽斯.MFC Windows程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]Jonathan Daviason，James Peters.VOIP over IP Fundamentals[M].Indianapdis：Cisco Press，2012.

(責(zé)任編輯：王謙)