舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

李儒華，劉 偉，王海明，閆文儒

（1.廣州市河?xùn)|電子有限公司，廣東 廣州 510000；2.河北電視臺，河北 石家莊 050030；

3.山東省濱州市文化管理服務(wù)中心，山東 濱州 256600；4.吳橋雜技大世界旅游有限公司，河北 滄州 061800）

舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

李儒華1，劉 偉2，王海明3，閆文儒4

（1.廣州市河?xùn)|電子有限公司，廣東 廣州 510000；2.河北電視臺，河北 石家莊 050030；

3.山東省濱州市文化管理服務(wù)中心，山東 濱州 256600；4.吳橋雜技大世界旅游有限公司，河北 滄州 061800）

舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對舞臺的集中控制和安全智能化管理，重點(diǎn)介紹其研發(fā)背景、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)原理、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用案例。

舞臺演出；多網(wǎng)合一；智能控制；安全管理

1 前言

隨著演出空間客容量的擴(kuò)大，舞臺、電視演播室及其他演藝場所施工和節(jié)目制作日趨復(fù)雜，各種形式的演出新材料、新設(shè)備的使用及用電負(fù)荷的增加，給觀眾帶來精彩演出的同時(shí)，也給演出安全管理帶來新的問題。

傳統(tǒng)舞臺控制方式是每個(gè)子系統(tǒng)都需要專業(yè)人員在現(xiàn)場進(jìn)行演出控制，這已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的舞臺演出和管理需求。數(shù)字信號網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來臨，可以將舞臺上所有設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，將不同品牌、不同型號的各種聲光影像和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一控制。

舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)是一個(gè)互聯(lián)、智能、開放的通用型分布式系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶的需求定制個(gè)性化的解決方案，讓用戶輕松實(shí)現(xiàn)對劇場、演播室等大型物業(yè)的多種設(shè)備進(jìn)行集中控制和安全智能化管理，最終提高能源效率、節(jié)省人力資源、改善安防工作。

2 系統(tǒng)組成

舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)包含兩套軟件系統(tǒng)，“舞臺演出多網(wǎng)絡(luò)智能控制表演系統(tǒng)”和“舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)”。在演出過程中，舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)在演出設(shè)備的安全報(bào)警監(jiān)測方面起到非常重要的作用，而舞臺演出多網(wǎng)絡(luò)智能控制表演系統(tǒng)讓演出效果控制更加的傻瓜式、智能化，兩者配合讓演出和設(shè)備安全管理更加完善。其系統(tǒng)組成如圖1、圖2所示。

圖1 舞臺演出多網(wǎng)絡(luò)智能控制表演系統(tǒng)的組成

圖2 舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)的組成

3 系統(tǒng)原理

3.1 系統(tǒng)與各子系統(tǒng)不同品牌設(shè)備間的信號傳輸

（1）與LED屏幕對接

舞臺演出多網(wǎng)絡(luò)智能控制表演系統(tǒng)通過24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和LED屏幕控制主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，在LED屏幕控制主機(jī)上運(yùn)行帶有TCP接口協(xié)議的LED播放器；系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程地對LED屏幕的視頻進(jìn)行同步控制，實(shí)現(xiàn)功能如播放、暫停、停止、下首、上首、切換等，控制原理是通過網(wǎng)絡(luò)接口，TCP/IP控制協(xié)議。如圖3所示。

（2）與舞臺音頻設(shè)備對接

舞臺演出多網(wǎng)絡(luò)智能控制表演系統(tǒng)通過24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和音頻播放主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，在音頻播放主機(jī)上運(yùn)行帶有TCP接口協(xié)議的音頻播放器；集控平臺系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程地對音頻播放進(jìn)行同步控制，實(shí)現(xiàn)如播放、暫停、停止、下首、上首、切換等功能，控制原理是通過網(wǎng)絡(luò)接口，TCP/IP控制協(xié)議。如圖4所示。

圖3 與LED屏幕對接原理

圖4 與舞臺音頻設(shè)備對接原理

（3）與舞臺機(jī)械對接

舞臺演出多網(wǎng)絡(luò)智能控制表演系統(tǒng)通過24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和機(jī)械控制主機(jī)終端進(jìn)行連接，控制表演系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)ISO-ON-TCP協(xié)議和機(jī)械控制主機(jī)建立通信并反饋機(jī)械的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，包括吊桿的運(yùn)動狀態(tài)值（X、Y、Z坐標(biāo)），電機(jī)轉(zhuǎn)速值等。如圖5所示。

（4）舞臺觀眾席照明的智能化管理

舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)通過24口交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)和觀眾席智能照明模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，使用網(wǎng)絡(luò)TCP/IP通信協(xié)議對智能照明設(shè)備進(jìn)行控制和狀態(tài)的查詢，如開啟清潔燈光場景、開會場景、演出場景等。如圖6所示。

（5）舞臺周邊監(jiān)控?cái)z像頭設(shè)備的智能化安全管理

圖5 與舞臺機(jī)械對接原理

圖6 舞臺觀眾席智能照明原理

舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)通過24口交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)和舞臺監(jiān)控?cái)z像主機(jī)連接在一起，可以在集控平臺下查看攝像頭的上線下線的狀態(tài)和查看多個(gè)舞臺區(qū)域的監(jiān)控?cái)z像現(xiàn)場情況。如圖7所示。

（6）舞臺燈光大柜的智能化安全管理

舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)通過24口交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)調(diào)光大柜設(shè)備進(jìn)行連接。DMX協(xié)議可以對HDL的調(diào)光設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在安全管理系統(tǒng)上就可以查看到調(diào)光設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，例如DMX信號、電流、電壓、溫度、功率等參數(shù)。如圖8所示。

3.2 舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一控臺

3.2.1 舞臺演出多網(wǎng)絡(luò)智能控制表演系統(tǒng)

現(xiàn)有的舞臺演出控制過于復(fù)雜，每場演出都需要專業(yè)領(lǐng)域的燈光和音響等專業(yè)人員進(jìn)行操控，人員的成本過高。對于固定式演出控制要想節(jié)約人力成本，需要把專業(yè)舞臺演出系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)融合分化，把舞臺專業(yè)人員從操作上進(jìn)行優(yōu)化，可以讓非專業(yè)人員通過系統(tǒng)進(jìn)行傻瓜式的演出操控。

圖7 舞臺周邊監(jiān)控?cái)z像頭設(shè)備原理

圖8 舞臺燈光大柜原理

（1）節(jié)目庫時(shí)間軸

在每場演出中有很多不同的表演節(jié)目，節(jié)目庫就是表演節(jié)目中的表演輸出控制節(jié)目單元。那么節(jié)目包含了它的演出時(shí)間，就是節(jié)目的時(shí)間軸，創(chuàng)建一個(gè)節(jié)目，節(jié)目里面包含了很多素材，如舞臺燈光效果、音響控制、LED屏幕輸出控制等。在時(shí)間軸里面有不同的時(shí)間點(diǎn)，按照秒來觸發(fā)，當(dāng)節(jié)目開始演出播放時(shí)，時(shí)間軸就開始運(yùn)行，比如0 s開始、到600 s結(jié)束，那么在0～600 s之間就產(chǎn)生很多時(shí)間點(diǎn)，可以在時(shí)間點(diǎn)上插入不同的元素，當(dāng)時(shí)間軸運(yùn)行到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)就會觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)上的元素進(jìn)行燈光、多媒體、音響、LED控制的動作，一直到播放完節(jié)目。播放控制協(xié)議統(tǒng)一是通過網(wǎng)絡(luò)通道TCP/IP協(xié)議、DMX協(xié)議、RS232協(xié)議、RS485協(xié)議進(jìn)行各個(gè)子系統(tǒng)的表演控制。

（2）DMX燈光元素庫

1.3.2 凝血相關(guān)指標(biāo)檢測 采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)檢測血漿中纖維蛋白原(Fibrinogen，F(xiàn)IB)、抗凝血酶-Ⅲ(Antithrombin-Ⅲ，AT-Ⅲ)水平，按照ELISA試劑盒(R＆D Systems公司，美國)說明書操作，采用全自動血液細(xì)胞分析儀(BC-5000，盛世達(dá)醫(yī)療設(shè)備有限公司)計(jì)數(shù)血小板及凝血酶時(shí)間。

系統(tǒng)是通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議和舞臺燈光解碼器設(shè)備、電腦調(diào)光臺進(jìn)行連接，并通過網(wǎng)絡(luò)DMX協(xié)議傳輸記錄了電腦調(diào)光臺的舞臺燈光效果元素，在系統(tǒng)生成了DMX效果元素庫。

生成元素庫的DMX協(xié)議是ART-NET，系統(tǒng)里的每一段從電腦調(diào)光臺記錄下來的燈光效果都是ART-NET數(shù)據(jù)包，在元素庫里記錄下來的元素可以隨時(shí)手動進(jìn)行臨時(shí)輸出，并代替電腦調(diào)光臺輸出效果功能，播放的燈光效果和電腦調(diào)光臺效果也一樣。

（3）音頻控制信息

系統(tǒng)通過交換機(jī)和音頻設(shè)備進(jìn)行TCP/IP連接，對音頻設(shè)備的開啟、關(guān)閉、聲音大小、切換、下首、上首、暫停等對應(yīng)的動作碼進(jìn)行協(xié)議對接，獲取到音響控制主機(jī)的控制信息控制碼，即將控制的動作碼錄入到系統(tǒng)的元素庫里面，當(dāng)用戶或者時(shí)間軸觸發(fā)播放音響控制的動作碼時(shí)，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制碼到音頻主機(jī)進(jìn)行聯(lián)動控制。

（4）LED屏幕控制信息

系統(tǒng)通過交換機(jī)和LED屏幕主機(jī)設(shè)備進(jìn)行TCP/IP連接，對LED屏幕主機(jī)設(shè)備的開啟、關(guān)閉、切換、下首、上首、暫停、停止等對應(yīng)的動作碼進(jìn)行協(xié)議對接，獲取到LED屏幕控制主機(jī)的控制信息控制碼，即將控制的動作碼錄入到系統(tǒng)的元素庫里面，當(dāng)用戶或者時(shí)間軸觸發(fā)播放LED屏幕主機(jī)控制的動作碼時(shí)，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制碼到LED屏幕主機(jī)進(jìn)行聯(lián)動控制。

3.2.2 舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)

系統(tǒng)運(yùn)行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)下和現(xiàn)場照明弱電箱進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)通信RS485協(xié)議和控制單元模塊進(jìn)行開發(fā)對接和通信，對智能繼電器模塊、智能調(diào)光模塊的回路狀態(tài)進(jìn)行讀取和控制，可以遠(yuǎn)程對開關(guān)、回路的場景和狀態(tài)進(jìn)行反饋（圖9）。

（2）舞臺燈光電源設(shè)備監(jiān)控管理

系統(tǒng)運(yùn)行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)下和舞臺燈光電源設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)通信DMX協(xié)議和舞臺燈光電源設(shè)備進(jìn)行通信，獲取到設(shè)備里的DMX信號、電流、電壓、溫度、功率信息并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在系統(tǒng)上就可以查看到調(diào)光設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，例如DMX信號、電流、電壓、溫度、功率等參數(shù)（圖10）。

（3）機(jī)械管理

系統(tǒng)運(yùn)行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)下，與機(jī)械控制主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)通信，通過西門子的SimaticNet提供的OPC Server，訪問PLC中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫獲取到機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警值，在系統(tǒng)上就可以查看。

圖9 常規(guī)照明集中控制管理系統(tǒng)

圖10 舞臺燈光電源設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)

（4）攝像可視化管理

系統(tǒng)運(yùn)行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)下和安防攝像監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)通信ONVIF協(xié)議實(shí)現(xiàn)與安防攝像監(jiān)控主機(jī)對接通信，系統(tǒng)可以獲取到安防攝像監(jiān)控主機(jī)的現(xiàn)場畫面的讀取并顯示，用戶可以查看、切換不同區(qū)域畫面。

（5）智能電表管理

系統(tǒng)運(yùn)行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)下和智能電表模塊單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)通信RS485協(xié)議和智能電表控制單元模塊進(jìn)行開發(fā)對接和通信訪問，通過網(wǎng)絡(luò)讀取到智能電表的實(shí)時(shí)有效數(shù)據(jù)，如電表電壓、電流、歷史用電量。查詢系統(tǒng)為用戶提供了綜合的電能和需量統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能，包含不同費(fèi)率時(shí)段的用電量，可以進(jìn)行日、月、季、年的統(tǒng)計(jì)與記錄，并可以進(jìn)行顯示、打印和查詢。全面透徹的分析體系對能源消耗情況進(jìn)行偵查，為節(jié)能減排管理提供保障。

4 系統(tǒng)難點(diǎn)及解決方法

4.1 技術(shù)難點(diǎn)

（1）機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化PLC與上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對接控制問題。

（2）舞臺燈光電腦控臺現(xiàn)場效果信號錄制成網(wǎng)絡(luò)DMX信號存儲和發(fā)送以及延時(shí)等問題。

（3）舞臺音響設(shè)備轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化控制和集控平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制協(xié)議，以及播放源的輸出音效是否與常規(guī)播放效果一致等問題。

（4）LED屏幕網(wǎng)絡(luò)控制的控制代碼協(xié)議RJ45、RS232的控制方式是否符合現(xiàn)場演出輸出延時(shí)問題。

4.2 解決方法

舞臺燈光控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分三大部分，人機(jī)界面、智能控制設(shè)備和底層通信控制協(xié)議。三大部分功能相互間利用RJ45網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和RS485總線通信，以固定的波特率傳輸數(shù)據(jù)。主智能控制設(shè)備是整個(gè)布光控制系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)上層控制界面和底層硬件控制模塊的聯(lián)系。智能控制設(shè)備在收到控制模塊發(fā)來的按鍵信息后經(jīng)過翻譯，形成控制的指令；然后主控機(jī)依據(jù)接收的指令和相關(guān)的控制模塊地址組成一幀完整的數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和RS232協(xié)議、RS485總線傳輸?shù)礁鱾€(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)上，各底層控制模塊再按地址匹配獲取屬于自己的數(shù)據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)的DMX512控制信號的傳輸速率為250 Kb/s ，計(jì)算機(jī)燈光表演系統(tǒng)在使用超五類線以上線型的前提下，最大傳輸速率也為250 Mb/s，因此都沒有超出演出標(biāo)準(zhǔn)的延遲。

5 結(jié)語

圖12 系統(tǒng)應(yīng)用于吳橋藝術(shù)中心

目前，舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)應(yīng)用于河北省吳橋藝術(shù)中心，綜合運(yùn)用各種先進(jìn)科技手段服務(wù)于雜技藝術(shù)，將聲、光、影像、煙霧、虛實(shí)景設(shè)計(jì)、舞臺機(jī)械的升降拉伸等與雜技、魔術(shù)、舞蹈、武術(shù)等節(jié)目融為一體，打造“臺中臺”、“戲中戲”的完美觀看效果，巧妙運(yùn)用各種燈光效果、音響效果和舞美的變化，使演員和觀眾實(shí)現(xiàn)虛實(shí)互動，將整臺演出節(jié)目立體呈現(xiàn)在觀眾面前。（圖11、圖12）。

廣州市河?xùn)|電子有限公司制定舞臺聲光影像集成系統(tǒng)的解決方案，開展舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一控制系統(tǒng)的研發(fā)，解決了不同子系統(tǒng)、不同產(chǎn)品間通信接口和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化問題，設(shè)備安裝、調(diào)試及系統(tǒng)集成應(yīng)用，將聲光影像設(shè)備按照節(jié)目的需求進(jìn)行配置，綜合運(yùn)用燈光、音響、LED顯示屏和舞臺智能多媒體多網(wǎng)合一控制技術(shù)，打造智能化表演藝術(shù)形式，創(chuàng)新舞臺演出效果。

[1] 劉開元. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在舞臺機(jī)械中的應(yīng)用[J]. 藝術(shù)科技,1999(2).

[2] 于建平,劉長榮. 影視劇場舞臺機(jī)械與自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[J]. 電視工程,2001(2).

[3] 李海東. 建筑電氣[M]. 北京∶科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

[4] 許福,張威,舒志. Visual C++程序設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例[M]. 北京∶中國鐵道出版社,2003.

[5] 柳得安. 舞臺燈光與科學(xué)技術(shù)[J]. 藝術(shù)科技,2003(4).

[6] 譚思亮. Visual C++串口通信工程開發(fā)實(shí)例[M]. 北京∶人民郵政出版社,2003.

[7] 安坤. 智能舞臺控制系統(tǒng)[D]. 西安建筑科技大學(xué),2005.

[8] 汪曉平,劉韜. Visual C++6.0 開發(fā)網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用實(shí)例[M].北京∶人民郵政出版社,2005.

[9] 周啟濤,高英. Visual C++數(shù)據(jù)庫開發(fā)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M]. 北京∶人民郵政出版社,2005.

[10] 華滿香. 電氣控制與PLC應(yīng)用[M]. 北京∶ 北京大學(xué)出版社,2009.

[11] 吳隆兵. 淺談舞臺燈光在演出中的作用[C]. 影視舞臺照明與音響技術(shù)學(xué)術(shù)研討會,2009.

[12] 怯肇乾. 嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信開發(fā)應(yīng)用[M]. 北京∶北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

[13] 王誠,梅霆.arm嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)[M].北京∶人民郵電出版社,2011. [14] 戚江濤. 試論舞臺燈光在藝術(shù)實(shí)踐中的運(yùn)用[C]. 文化研究論壇,2011.

李儒華，廣州市河?xùn)|電子有限公司舞臺事業(yè)部項(xiàng)目經(jīng)理，主要從事舞臺控制設(shè)備和智能控制設(shè)備的集成開發(fā)與應(yīng)用；計(jì)算機(jī)軟件工程專業(yè)軟件工程師，精通多語言應(yīng)用開發(fā)技術(shù)知識。具有10年的集成應(yīng)用系統(tǒng)研發(fā)和現(xiàn)場實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，擁有2個(gè)發(fā)明專利和2個(gè)實(shí)用新型專利的設(shè)計(jì)。曾參與“北京人民大會堂智能照明監(jiān)控系統(tǒng)”的開發(fā)和現(xiàn)場實(shí)施建設(shè)，樂山大佛景觀表演控制系統(tǒng)“多媒體聲光電聯(lián)動表演控制系統(tǒng)”開發(fā)應(yīng)用與實(shí)施。

劉偉，河北電視臺主任燈光師。主要從事演播室、劇場、電視片燈光設(shè)計(jì)，參與過河北電視臺多個(gè)節(jié)目和多次春晚燈光設(shè)計(jì)，對電視照明和劇場劇院演出燈光設(shè)計(jì)有深入研究。

王海明，山東省濱州市文化管理服務(wù)中心主任。曾在第十屆全國藝術(shù)節(jié)濱州分會場的演出活動中成績突出，獲山東省省委宣傳部、省文化廳、省人社廳二等功。

閆文儒，吳橋雜技大世界旅游有限公司副總經(jīng)理。分管公司行政、演藝、舞臺演藝科技項(xiàng)目策劃、組織實(shí)施，曾擔(dān)任科技部十二五科技支撐項(xiàng)目《四度空間雜技舞臺集成系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》項(xiàng)目研發(fā)。在雜技舞臺燈光影像系統(tǒng)應(yīng)用方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

（編輯 王 芳）

Research and Development of the Intelligent Multimedia and Multi Network Integration System for Stage Performance

LI Ru-hua1, LIU Wei2, WANG Hai-ming3, YAN Wen-ru4
(1.Guangzhou Hedong Electronics Co.Ltd., Guangzhou Guangdong 510000, China; 2.Hebei TV station, Shijiazhuang Hebei 050030, China; 3.Binzhou Cultural Management Service Center in Shandong Province, Binzhou Shandong 256600, China; 4.Wuqiao Acrobatics World Co. Ltd., Cangzhou Hebei 061800, China )

The intelligent multimedia and multi network integration system can realize intelligent control and security management for stage performance. This paper emphasis on the research background, system composition, system principle, core technology and application cases of the system.

stage performance; multi network integration; intelligent control; security management

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.10.010