基于Android的舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺研究

蘇志斌 ，王東方 ，李真，任慧

(1.中國傳媒大學(xué)理工學(xué)部，北京 100024；2.視聽技術(shù)與智能控制系統(tǒng)文化部重點實驗室，北京100024；3.現(xiàn)代演藝技術(shù)北京市重點實驗室，北京100024)

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基于Android的舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺研究

蘇志斌1，2，3，王東方1，2，3，李真1，2，3，任慧1，2，3

(1.中國傳媒大學(xué)理工學(xué)部，北京 100024；2.視聽技術(shù)與智能控制系統(tǒng)文化部重點實驗室，北京100024；3.現(xiàn)代演藝技術(shù)北京市重點實驗室，北京100024)

基于Android操作系統(tǒng)的舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺是以Cronus Digital Intercom Matrix為服務(wù)器，可以與BTR-240、BTR-700、BTR-800、Intercom客戶端等終端實時通信，滿足大中型舞臺、劇院等內(nèi)部通信場所使用。調(diào)度平臺采用TCP/IP、RTP/RTCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸音頻數(shù)據(jù)，語音質(zhì)量在良好以上，丟包率、傳輸延遲均在正常范圍。整個系統(tǒng)可以保障長時間通話，續(xù)航能力在24個小時以上。調(diào)度平臺和intercom客戶端可以在搭載android操作系統(tǒng)的平板電腦、手機等手持終端上使用，大大提高了內(nèi)部通話的靈活性。

舞臺監(jiān)督；intercom；cronus digital intercom matrix；android；基站；

Study on Dispatch Platform for Stage Surveillance and Scheduling Based on Android

SU Zhi-bin1，2，3，WANG Dong-fang1，2，3，LI Zhen1，2，3，REN Hui1，2，3

1　概述

根據(jù)行業(yè)的特點，幾乎每個行業(yè)有自己特色的內(nèi)部通信系統(tǒng)。劇場劇院通常進行不同種類的演出，需要舞臺機械、舞臺燈光、舞臺音響等部門的協(xié)調(diào)作業(yè)，那么調(diào)度這些部門的舞臺監(jiān)督就需要同時跟不同種類的人員溝通以保障演出效果，順利完成演出。本文研究的基于android的舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺是在舞臺監(jiān)督虛擬調(diào)度平臺的基礎(chǔ)上充分考慮了舞臺內(nèi)部通信的特殊性[1]，采用VOIP通信方法、便攜式設(shè)備，更好的滿足舞臺監(jiān)督對靈活性的要求。因為內(nèi)部通信存在一定的隱私，具有保密性，從安全角度看內(nèi)部通信設(shè)備大都不會接入互聯(lián)網(wǎng)，而是在單位內(nèi)部局域網(wǎng)使用。基于android的舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺以無線局域網(wǎng)為載體，靈活的與分布在不同區(qū)域的人員通話，通過增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率就可以通暢方便的使用。通過WIFI傳輸實時音頻流都存在一定的時延、丟包等現(xiàn)象，對通話質(zhì)量影響比較大，需要協(xié)調(diào)各個因素的權(quán)重，達到最佳通話效果。對于舞臺監(jiān)督高并發(fā)通話方法，還需要采取擁堵流量分流、無效通話信息過濾等措施以保障通信即時并且流暢。

2　舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用Keypanel作為調(diào)度平臺，安裝在基于android的手機、平板電腦等通信終端，通過交換機、路由器接入插卡式數(shù)字矩陣內(nèi)部通信服務(wù)器。采用時分復(fù)用技術(shù)的數(shù)字矩陣服務(wù)器通過RJ-12線連接BTR-240、BTR-700、BTR-800基站，并且通過RJ-45線連接無線路由器1或者交換機1。有線腰包-240通過RJ-45線連接BTR-240基站，無線腰包-700通過RJ-45線連接BTR-700基站，無線腰包-800通過RJ-45線連接BTR-800基站。Intercom通過WIFI連接無線AP或者無線路由器接入交換機或者無線路由器[2]。其中Intercom安裝在基于android的手機等通信終端，通話界面類似對講機，易于舞臺內(nèi)部通信人員使用。有線腰包-240、無線腰包-700、無線腰包-800為相應(yīng)基站的通信終端，數(shù)量可以根據(jù)舞臺、劇院等場所大小決定。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　舞臺監(jiān)督內(nèi)部通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖　

3　舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺音頻數(shù)據(jù)處理

調(diào)度平臺安裝在Android 操作系統(tǒng)手持終端上，如：手機、平板電腦等。舞臺監(jiān)督語音通過本地錄音機對象(Audio-Record)實時采集，采樣率8k Hz，16位采樣精度，單通道，生成原生語音數(shù)據(jù)流[3]，由于原生音頻數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大，占用頻帶寬、不易于傳輸，所以需要轉(zhuǎn)化成AMR格式數(shù)據(jù)[4]，壓縮比能達到8：1，很大程度較少帶寬，并且不影響實時傳輸?？紤]到安全性能要求，控制命令采用異或算法加密，語音數(shù)據(jù)采用舞臺內(nèi)部通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)頭加語音包的方式傳輸，防止外界干擾。舞臺監(jiān)督很多時候都在跟若干個人員同時通話，需要聽到來自多個方位的語音，調(diào)度平臺采用多個本地播放器對象(Audio-Track)播放對應(yīng)方位的語音。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，舞臺監(jiān)督需要靈活控制對方語音的有無，避免干擾，調(diào)度平臺采用線程池管理舞臺監(jiān)督語音發(fā)送線程[5]，可以將無效的通話及時銷毀，減少線程開銷，提高調(diào)度平臺運行效率。舞臺監(jiān)督需要接聽或者與特定部門對講，調(diào)度平臺采用唯一標(biāo)識的方式管理每個部門，可以靈活控制音頻源的個數(shù)。具體算法如下：

4　舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺音頻數(shù)據(jù)傳輸

舞臺內(nèi)部通信系統(tǒng)對延時要求較高，故采用UDP傳輸語音流，TCP傳輸控制命令。雖然UDP存在丟包可能，但是通過舞臺內(nèi)部通信協(xié)議規(guī)定的語音頭[6]，接收方可以實時檢測到丟包，通過TCP控制命令嚴格控制丟包數(shù)，當(dāng)丟包數(shù)大于閾值要求發(fā)送方重新傳輸，保障通話質(zhì)量。系統(tǒng)也可以采用RTP傳輸語音流，RTCP傳輸控制命令，其中RTCP基于TCP，RTP基于UDP，都可以減少延時，及時傳輸音頻數(shù)據(jù)。以上兩種通信方式都可以保障通話質(zhì)量和實時性。調(diào)度平臺主要跟Intercom客戶端和腰包兩類終端通信，考慮到終端的特殊性，調(diào)度平臺采用以下兩種不同的通信方式，根據(jù)舞臺監(jiān)督的需求自定義選擇使用。

(1)通過服務(wù)器設(shè)置軟件將Intercom客戶端設(shè)定為Cronus客戶端與調(diào)度平臺通信。通過AZ-edit軟件將搭載Intercom的終端的IP地址配置進Cronus服務(wù)器，作為服務(wù)器的一個子通道。舞臺監(jiān)督語音發(fā)送到服務(wù)器，通過TCP控制命令就可以靈活控制Intercom客戶端的通話，反之，Intercom客戶端或者腰包將語音數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器后根據(jù)的命令狀態(tài)決定是否傳輸?shù)轿枧_監(jiān)督調(diào)度平臺。

(2)Intercom作為獨立客戶端直接與調(diào)度平臺通信。調(diào)度平臺采用RTP/RTCP直接與Intercom客戶端交互語音數(shù)據(jù)，不需要通過Cronus服務(wù)器。調(diào)度平臺采用32M大小Byte數(shù)組作為緩沖區(qū)接受不同部門的Intercom客戶端的音頻數(shù)據(jù)。

5　舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺軟件設(shè)計

調(diào)度平臺作為舞臺內(nèi)部通信系統(tǒng)的核心，能夠與任何一個終端實時通話，首先需要為每個終端配備標(biāo)識，統(tǒng)一設(shè)置系統(tǒng)音頻編碼格式，通過調(diào)度平臺界面靈活控制通話對象的個數(shù)以及聽、說通道的開啟和關(guān)閉。調(diào)度平臺基于android操作系統(tǒng)，界面設(shè)計基于Android SDK 的Activity組件，是整個平臺的主線程，舞臺監(jiān)督通過主線程可以靈活控制音頻數(shù)據(jù)采集、處理等子線程。具體運行流程如圖2所示。

圖2　調(diào)度平臺軟件流程圖　

6　結(jié)論

基于Android的舞臺監(jiān)督調(diào)度平臺可以同時與多個雙工工作方式腰包和上百個單工工作方式腰包或者Intercom客戶端通話，語音質(zhì)量良好，通信延時在可接受范圍以內(nèi)，完全不影響舞臺監(jiān)督正常使用。 而且調(diào)度平臺安裝方便、易于操作，續(xù)航時間在一天以上，穩(wěn)定性良好，滿足國內(nèi)外大中型舞臺、劇院內(nèi)部通信需求，很大程度上降低了劇場劇院對內(nèi)部通信設(shè)備的采購成本，應(yīng)用靈活便捷，具有很大實用價值。

[1]李真，南潔，楊謙逸，王東方.舞臺監(jiān)督虛擬調(diào)度平臺的研究[J].演藝科技，2015(04)：41-43.

[2]任慧，王會芹，馬旭超.基于IP的舞臺內(nèi)通系統(tǒng)通訊協(xié)議的研究[J].中國傳媒大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015(02)：20-23.

[3]邁耶佘建偉，趙凱.Android 4高級編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[4]王家林，王家俊，王家虎.Android高級開發(fā)實戰(zhàn)：UI、NDK與安全[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[5]雍俊海.Java程序設(shè)計教程_Textbook for programming in Java[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[6]李真，楊謙逸，南潔，安宇潔.舞臺內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國傳媒大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015(02)：24-26.

(責(zé)任編輯：馬玉鳳)

(1.Information Engineering School，Communication University of China 2.Key Laboratory of Acoustic Visual Technology and Intelligent Control System，Ministry of Culture 3.Beijing Key Laboratory of Modern Entertainment Technology Beijing 100024)

In this paper，the proposed dispatch platform for stage surveillance and scheduling uses Cronus Digital Intercom Matrix as the main server ，which communicates with the clients of BTR-240，BTR-700，BTR-800 and Intercom in real-time.The system can satisfy the demand of internal communication for most of the theaters.The dispatch platform adopt TCP/IP，RTP/RTCP as the protocol to transmit audio data through local area network，which will provide good communication quality，and control both the dropping rate and transmission delay in a normal range.In addition，the system can work above 24 hours without interrupting.The client of both dispatch platform and Intercom can be used on the hand held terminal with the operation system of android，and enhance the flexibility of intercom communication.Therefore，Stage manager can adjust the number of terminal with the size of theater to guarantee the high efficiency of the system.

stage surveillance；intercom；cronus digital intercom matrix；android；base station

2016-04-07

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

蘇志斌(1987- )，女(漢族)，新疆人，中國傳媒大學(xué)講師. E-mail:suben@cuc.edu.cn

TN919

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1673-4793(2016)03-0022-04