舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)的研發(fā)與應用

李儒華　劉偉　王海明　閆文儒

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

【關(guān)鍵詞】 舞臺演出；多網(wǎng)合一；智能控制；安全管理

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.10.010

【Abstract】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.

【Key Words】stage performance； multi network integration； intelligent control； security management

1 前言

隨著演出空間客容量的擴大，舞臺、電視演播室及其他演藝場所施工和節(jié)目制作日趨復雜，各種形式的演出新材料、新設(shè)備的使用及用電負荷的增加，給觀眾帶來精彩演出的同時，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子系統(tǒng)都需要專業(yè)人員在現(xiàn)場進行演出控制，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)絡時代的來臨，可以將舞臺上所有設(shè)備進行網(wǎng)絡化管理，將不同品牌、不同型號的各種聲光影像和機械設(shè)備進行統(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)用戶的需求定制個性化的解決方案，讓用戶輕松實現(xiàn)對劇場、演播室等大型物業(yè)的多種設(shè)備進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)備的安全報警監(jiān)測方面起到非常重要的作用，而舞臺演出多網(wǎng)絡智能控制表演系統(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。

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)絡智能控制表演系統(tǒng)通過24口網(wǎng)絡交換機和LED屏幕控制主機進行網(wǎng)絡連接，在LED屏幕控制主機上運行帶有TCP接口協(xié)議的LED播放器；系統(tǒng)可以遠程地對LED屏幕的視頻進行同步控制，實現(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)絡智能控制表演系統(tǒng)通過24口網(wǎng)絡交換機和音頻播放主機進行網(wǎng)絡連接，在音頻播放主機上運行帶有TCP接口協(xié)議的音頻播放器；集控平臺系統(tǒng)可以遠程地對音頻播放進行同步控制，實現(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)絡接口，TCP/IP控制協(xié)議。如圖4所示。

（3）與舞臺機械對接

舞臺演出多網(wǎng)絡智能控制表演系統(tǒng)通過24口網(wǎng)絡交換機和機械控制主機終端進行連接，控制表演系統(tǒng)通過網(wǎng)絡ISO-ON-TCP協(xié)議和機械控制主機建立通信并反饋機械的實時狀態(tài)信息，包括吊桿的運動狀態(tài)值（X、Y、Z坐標），電機轉(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口交換機網(wǎng)絡和觀眾席智能照明模塊進行網(wǎng)絡連接，使用網(wǎng)絡TCP/IP通信協(xié)議對智能照明設(shè)備進行控制和狀態(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)控攝像頭設(shè)備的智能化安全管理

舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)通過24口交換機網(wǎng)絡和舞臺監(jiān)控攝像主機連接在一起，可以在集控平臺下查看攝像頭的上線下線的狀態(tài)和查看多個舞臺區(qū)域的監(jiān)控攝像現(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口交換機網(wǎng)絡和網(wǎng)絡調(diào)光大柜設(shè)備進行連接。DMX協(xié)議可以對HDL的調(diào)光設(shè)備進行實時監(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)絡智能控制表演系統(tǒng)

現(xiàn)有的舞臺演出控制過于復雜，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)進行技術(shù)融合分化，把舞臺專業(yè)人員從操作上進行優(yōu)化，可以讓非專業(yè)人員通過系統(tǒng)進行傻瓜式的演出操控。

（1）節(jié)目庫時間軸

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間，就是節(jié)目的時間軸，創(chuàng)建一個節(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。在時間軸里面有不同的時間點，按照秒來觸發(fā)，當節(jié)目開始演出播放時，時間軸就開始運行，比如0 s開始、到600 s結(jié)束，那么在0～600 s之間就產(chǎn)生很多時間點，可以在時間點上插入不同的元素，當時間軸運行到某個時間點時，系統(tǒng)就會觸發(fā)時間點上的元素進行燈光、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)絡通道TCP/IP協(xié)議、DMX協(xié)議、RS232協(xié)議、RS485協(xié)議進行各個子系統(tǒng)的表演控制。

（2）DMX燈光元素庫

系統(tǒng)是通過交換機網(wǎng)絡TCP/IP協(xié)議和舞臺燈光解碼器設(shè)備、電腦調(diào)光臺進行連接，并通過網(wǎng)絡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手動進行臨時輸出，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)通過交換機和音頻設(shè)備進行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、暫停等對應的動作碼進行協(xié)議對接，獲取到音響控制主機的控制信息控制碼，即將控制的動作碼錄入到系統(tǒng)的元素庫里面，當用戶或者時間軸觸發(fā)播放音響控制的動作碼時，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡發(fā)送控制碼到音頻主機進行聯(lián)動控制。

（4）LED屏幕控制信息

系統(tǒng)通過交換機和LED屏幕主機設(shè)備進行TCP/IP連接，對LED屏幕主機設(shè)備的開啟、關(guān)閉、切換、下首、上首、暫停、停止等對應的動作碼進行協(xié)議對接，獲取到LED屏幕控制主機的控制信息控制碼，即將控制的動作碼錄入到系統(tǒng)的元素庫里面，當用戶或者時間軸觸發(fā)播放LED屏幕主機控制的動作碼時，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡發(fā)送控制碼到LED屏幕主機進行聯(lián)動控制。

3.2.2 舞臺多網(wǎng)合一智能化安全管理系統(tǒng)

（1）常規(guī)照明集中控制管理

系統(tǒng)運行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡下和現(xiàn)場照明弱電箱進行網(wǎng)絡連接，通過網(wǎng)絡通信RS485協(xié)議和控制單元模塊進行開發(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)進行讀取和控制，可以遠程對開關(guān)、回路的場景和狀態(tài)進行反饋（圖9）。

（2）舞臺燈光電源設(shè)備監(jiān)控管理

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

（3）機械管理

系統(tǒng)運行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡下，與機械控制主機進行網(wǎng)絡連接實現(xiàn)通信，通過西門子的SimaticNet提供的OPC Server，訪問PLC中的數(shù)據(jù)進行讀寫獲取到機械運行狀態(tài)和報警值，在系統(tǒng)上就可以查看。

（4）攝像可視化管理

系統(tǒng)運行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡下和安防攝像監(jiān)控主機進行網(wǎng)絡連接，通過網(wǎng)絡通信ONVIF協(xié)議實現(xiàn)與安防攝像監(jiān)控主機對接通信，系統(tǒng)可以獲取到安防攝像監(jiān)控主機的現(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)運行在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡下和智能電表模塊單元進行網(wǎng)絡連接，通過網(wǎng)絡通信RS485協(xié)議和智能電表控制單元模塊進行開發(fā)對接和通信訪問，通過網(wǎng)絡讀取到智能電表的實時有效數(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)計報表功能，包含不同費率時段的用電量，可以進行日、月、季、年的統(tǒng)計與記錄，并可以進行顯示、打印和查詢。全面透徹的分析體系對能源消耗情況進行偵查，為節(jié)能減排管理提供保障。

4 系統(tǒng)難點及解決方法

4.1 技術(shù)難點

（1）機械設(shè)備網(wǎng)絡化PLC與上層網(wǎng)絡協(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DMX信號存儲和發(fā)送以及延時等問題。

（3）舞臺音響設(shè)備轉(zhuǎn)網(wǎng)絡化控制和集控平臺進行遠程控制協(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)備是整個布光控制系統(tǒng)的核心部分，負責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)絡協(xié)議和RS232協(xié)議、RS485總線傳輸?shù)礁鱾€設(shè)備網(wǎng)絡上，各底層控制模塊再按地址匹配獲取屬于自己的數(shù)據(jù)。

標準的DMX512控制信號的傳輸速率為250 Kb/s ，計算機燈光表演系統(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準的延遲。

5 結(jié)語

目前，舞臺演出智能多媒體多網(wǎng)合一系統(tǒng)應用于河北省吳橋藝術(shù)中心，綜合運用各種先進科技手段服務于雜技藝術(shù)，將聲、光、影像、煙霧、虛實景設(shè)計、舞臺機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，巧妙運用各種燈光效果、音響效果和舞美的變化，使演員和觀眾實現(xiàn)虛實互動，將整臺演出節(jié)目立體呈現(xiàn)在觀眾面前。（圖11、圖12）。

廣州市河東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)議的標準化問題，設(shè)備安裝、調(diào)試及系統(tǒng)集成應用，將聲光影像設(shè)備按照節(jié)目的需求進行配置，綜合運用燈光、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。