淺析演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)架構(gòu)及特點
——以湖北廣播電視臺為例

王 偉，王海濤，袁 暢

（湖北廣播電視臺，湖北 武漢 430071）

在現(xiàn)今電視節(jié)目制作中，天馬行空的創(chuàng)意，通過燈光、機(jī)械、音視頻等多專業(yè)技術(shù)融合運(yùn)用加以呈現(xiàn)，特別是AR、VR、全息投影、激光、實時跟蹤等跨領(lǐng)域技術(shù)的加入，同時伴隨著視頻和燈光技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使呈現(xiàn)方式更加多樣化，舞臺更富動感酷炫。節(jié)目制作的這種新趨勢，原來各專業(yè)系統(tǒng)獨立運(yùn)行、靠人為協(xié)調(diào)的方式已不能適應(yīng)這一變化，需要有一套功能強(qiáng)大、可集控的演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)，可實時、同步、靈活地控制音頻、視頻、燈光、機(jī)械等各專業(yè)系統(tǒng)間不同類型信號的協(xié)調(diào)運(yùn)行，如當(dāng)演員在舞臺上表演，可實現(xiàn)燈光自動配合，視頻也能恰到好處地跟隨，達(dá)到互動和同步的效果；通過VR、AR等技術(shù)呈現(xiàn)多維度空間的轉(zhuǎn)換，讓現(xiàn)場以及電視機(jī)前的觀眾在現(xiàn)實與虛擬世界間穿越。

以湖北廣播電視臺200 ㎡演播室群配置的演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)為例，闡述系統(tǒng)的功能、組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點及對燈光、機(jī)械、音視頻等各專業(yè)系統(tǒng)的控制，歸納了系統(tǒng)的優(yōu)勢及應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)功能

湖北廣播電視臺主樓的五層融媒體中心有8個200㎡演播室，其布局如圖1所示，主要用于新聞、專題欄目、訪談類型節(jié)目的制作，依據(jù)傳統(tǒng)的控制模式，涉及到音視頻系統(tǒng)、圖文在線包裝系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、吊掛機(jī)械系統(tǒng)等主要專業(yè)系統(tǒng)，而且每個專業(yè)系統(tǒng)是各自獨立、封閉的，需要通過全臺的內(nèi)部通話系統(tǒng)來人為調(diào)度協(xié)調(diào)。

圖1 演播室和導(dǎo)控室的布局

基于電視節(jié)目制作全媒體、全直播、多景區(qū)、多功能、流程化的設(shè)計理念，為200 ㎡演播室群設(shè)計了演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)，融合了燈光、機(jī)械、音頻、視頻制作等系統(tǒng)，配合全方位、多視點的節(jié)目創(chuàng)意，能夠?qū)崿F(xiàn)全景式、多維度、沉浸式的舞臺設(shè)計，顛覆以往舞臺為主、觀眾靠邊的常規(guī)布局，給觀眾帶來身臨其境的視聽感受。同時，該系統(tǒng)針對演播室的統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)作編排、同步控制的要求，可進(jìn)行多種設(shè)備的同步操控，對演播室里的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的集中化管理，無論是傳統(tǒng)設(shè)備的增加，還是新設(shè)備的引入，根據(jù)節(jié)目的播出流程控制演播室內(nèi)的播出設(shè)備，也可根據(jù)不同的播出環(huán)境選擇不同的播出任務(wù)等；且系統(tǒng)支持多種協(xié)議，集中控制多個信號源，實現(xiàn)燈光、機(jī)械、視音頻、擴(kuò)聲系統(tǒng)的信號綜合調(diào)度。演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)功能如圖2所示。

圖2 演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)功能示意圖

2 系統(tǒng)組成

演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)是基于為專業(yè)AV解決方案設(shè)計的以太網(wǎng)可視化智能交換機(jī)GigaCore 14R組成的以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并已裝有調(diào)度管理系統(tǒng)軟件的服務(wù)器作為控制設(shè)備。

2.1 硬件架構(gòu)

演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)由帶有預(yù)配置的以太網(wǎng)交換機(jī)GigaCore 14R組成的多層環(huán)形主干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖3所示；整個系統(tǒng)設(shè)計設(shè)有9個站點，其中，在每個演播室內(nèi)對應(yīng)1個站點，群控中心設(shè)置1個站點，可以實現(xiàn)群控中心的主站集中控制各分站點的控制臺，如圖4所示。

圖3 演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖4 9個控制站點控制臺的連接

融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、每個站點間以互為路由備份、群控中心的擴(kuò)展星型（Extended star）傳輸備份等多重實時備份措施，其鏈路冗余功能通過自身的RlinkX冗余協(xié)議即可自動生成備份鏈接，一旦出現(xiàn)主線路中斷可自動切換至備用信號通路（圖7中交換機(jī)之間實線為主信號線，虛線則為系統(tǒng)自動生成的備份線路）。這一架構(gòu)使系統(tǒng)在安全和管理上更加可靠、穩(wěn)定，從而保障節(jié)目安全播出；同時，在設(shè)備配置方面，融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的獨立主備控制系統(tǒng)節(jié)省了7套備份設(shè)備，傳統(tǒng)的直播類演播室燈光、視頻、機(jī)械系統(tǒng)，每個演播室需組成主、備控制系統(tǒng)，需要16套控制臺和周邊信號設(shè)備，使用融合控制系統(tǒng)后只需要N（演播室數(shù)量）+1套的控制設(shè)備，也就是說只需要9套控制臺。

該系統(tǒng)改進(jìn)了傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)模式，無需再單獨設(shè)置優(yōu)先級等操作，設(shè)備自帶的web訪問功能，均可對各端口Rlinks、POE、傳輸速度、端口名稱等做自定義修改。

2.2 系統(tǒng)軟件

Luminex GigaCore 14R交換機(jī)可視化軟件可以跟蹤整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，除了交換機(jī)上常規(guī)的連接狀態(tài)LED指示燈實時顯示之外，交換機(jī)還使用了RLinkX冗余協(xié)議，在鏈路發(fā)生故障時可提供無憂的無縫恢復(fù)系統(tǒng)，當(dāng)主鏈路出現(xiàn)問題時，冗余鏈路可在幾毫秒內(nèi)接管而不會影響系統(tǒng)性能。并且，系統(tǒng)在使用中始終持續(xù)監(jiān)視所有交換機(jī)端口的帶寬使用情況，如有流量堵塞報警功能，保障信號的絕對通暢。

演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的軟件借助系統(tǒng)服務(wù)器的可視化軟件平臺（見圖5），具有分組功能，可將不同專業(yè)設(shè)備在幾分鐘之內(nèi)劃分到各自的VLAN，變得非常方便，這大大縮短了整個編程和調(diào)試時間，并且不需要用戶具有IT專業(yè)技能來控制軟件；同時，專為音視頻設(shè)備的連接提供多種協(xié)議，如AES67、ArtNet、Dante、Ethersound、MANet1&2、Q-LAN、REAC、sACN、Titan Net、RTTRP-L等多種協(xié)議、用戶資料庫管理，可實現(xiàn)演播室燈光、機(jī)械控制與音視頻播出的聯(lián)動；可以從服務(wù)器上輕松識別所有機(jī)柜位置，并容許管理者在軟件需要的情況下重新啟動全部或任意終端設(shè)備；可以實時監(jiān)視燈光設(shè)備的RDM在線連接狀態(tài)，可以即時修改Universe數(shù)據(jù)和協(xié)議，并在運(yùn)行ArtNet燈具時呈現(xiàn)可視化Universe數(shù)據(jù)并驗證燈具是否處于正常的程序和位置。

圖5 可視化軟件平臺

設(shè)置完整個系統(tǒng)后，主鏈路和冗余鏈路在管理軟件和開關(guān)LED上均可見，連接到相應(yīng)的交換機(jī)或設(shè)備時，很容易監(jiān)視端口，如圖6所示，為調(diào)試或運(yùn)行階段的監(jiān)視帶來了便捷。

圖6 端口監(jiān)視

3 系統(tǒng)控制

3.1 對各專業(yè)系統(tǒng)控制的路由

在系統(tǒng)主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)下（圖3所示），各專業(yè)以自身專屬的協(xié)議通過可視化智能交換機(jī)接入主干網(wǎng)絡(luò)中，如圖7所示，專業(yè)燈光系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)主要通過ArtNET協(xié)議接入融合控制網(wǎng)絡(luò)中；擴(kuò)聲系統(tǒng)采用Dante協(xié)議接入融合控制網(wǎng)絡(luò)；視頻子系統(tǒng)通過編/解碼器接入融合控制網(wǎng)絡(luò)；對于同一網(wǎng)絡(luò)中的多種協(xié)議，主干網(wǎng)使用的可視化智能交換機(jī)可通過設(shè)置編組來解決信號相互干擾的問題。

圖7 融合控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接示意圖

（1）燈光控制系統(tǒng)

每個演播室子站中的燈光控制子系統(tǒng)如圖8所示，僅需要配置1臺燈光主控制臺，群控中心配置集中備份控制臺及核心備份服務(wù)器，用于實時跟蹤的備份；同時，在群控中心還配置有燈光控制系統(tǒng)服務(wù)器，實時跟蹤記錄各分站點的控制狀態(tài)，有效地保障各子系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

（2）機(jī)械控制系統(tǒng)

與燈光系統(tǒng)一樣，在每個演播室子站中，僅需要配置1臺機(jī)械主控制臺，實時跟蹤備份也交給群控中心的集中備份控制臺實現(xiàn)，如圖9所示，同時，在群控中心還配置有機(jī)械控制系統(tǒng)的核心備份服務(wù)器，實時跟蹤記錄各分站點的控制狀態(tài)，有效地保障各子站機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行安全。另配置1臺移動控制器用于機(jī)械現(xiàn)場調(diào)整，和每個演播室都可以通過網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場主控臺、群控中心的集中備份控制臺通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（3）與音視頻控制系統(tǒng)的聯(lián)動控制

音頻擴(kuò)聲信號的傳輸采用Dante協(xié)議，主、備調(diào)音臺可接入系統(tǒng)中任意位置的網(wǎng)絡(luò)接口形成實時備份系統(tǒng)，目前在設(shè)計的系統(tǒng)中編組預(yù)留了設(shè)備的接口。

視頻系統(tǒng)（播出、包裝、大屏顯示等）主要考慮海量的傳輸數(shù)據(jù)會影響整體網(wǎng)絡(luò)的速度，因此，視頻系統(tǒng)僅使用網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)調(diào)用的工作方式，在本系統(tǒng)中預(yù)設(shè)置獨立編組預(yù)留觸發(fā)信號的接口。

3.2 系統(tǒng)的同步觸發(fā)方式

系統(tǒng)的同步控制目前使用的主要有UDP網(wǎng)絡(luò)信號或MIDI音頻信號兩種觸發(fā)方式，依據(jù)系統(tǒng)中配置的設(shè)備是否兼容網(wǎng)絡(luò)信號選擇觸發(fā)方式，如不兼容網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用傳統(tǒng)MIDI信號通過編碼器轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號接入網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)，如圖8、圖9所示。

圖8 每個演播室子站燈光控制系統(tǒng)與融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的路由

圖9 每個演播室子站機(jī)械控制系統(tǒng)與融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的路由

同步操作實現(xiàn)過程：首先要在燈光控制臺上，對各個演區(qū)所需燈具輸出狀態(tài)的演出場景進(jìn)行存儲（例如演區(qū)1燈光場景存儲為CUE1，演區(qū)2燈光場景存儲為CUE2，以此類推）；然后為存儲的每個燈光場景（CUE）創(chuàng)建被執(zhí)行控制的“事件”，并對每個“事件”設(shè)置觸發(fā)方式為UDP網(wǎng)絡(luò)信號觸發(fā)或MIDI音頻信號觸發(fā)，執(zhí)行方式設(shè)置成“外部”；最后在演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)平臺上，為每個燈光場景的“事件”分別創(chuàng)建“狀態(tài)任務(wù)”，每個任務(wù)執(zhí)行一個“事件”即一個演區(qū)的燈光場景。在需要進(jìn)行同步控制時，通過發(fā)送UDP網(wǎng)絡(luò)信號或MIDI音頻信號傳輸至對應(yīng)燈光控制臺，觸發(fā)對應(yīng)事件編號的燈光場景，控制臺輸出控制信號開啟演播室內(nèi)各燈具的工作狀態(tài)。

4 系統(tǒng)優(yōu)勢

圖10 UDP網(wǎng)絡(luò)信號觸發(fā)模式

圖11 MIDI音頻信號觸發(fā)模式

演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)采用廣播專業(yè)的交換機(jī)設(shè)備，開發(fā)多專業(yè)融合的管理軟件，控制節(jié)目便捷、安全地制作和播出，是一種非常重要的安全保障技術(shù)手段。該系統(tǒng)下融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，與各專業(yè)獨立系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，其兼容性是考慮的重點，還要考慮各專業(yè)習(xí)慣的控制應(yīng)用功能，同時結(jié)合生產(chǎn)安全性和穩(wěn)定性方面的需求?；诖?，設(shè)計出符合廣播電視應(yīng)用場所需求的解決方案，可以真正延伸到實際節(jié)目制作過程中現(xiàn)場設(shè)備的控制層面，并結(jié)合各專業(yè)技術(shù)應(yīng)用的特點，給予實際制作過程的全方位控制和管理，滿足節(jié)目制作高效性、穩(wěn)定性、實時性、經(jīng)濟(jì)性、智能性、擴(kuò)展性等多方面的性能和要求。其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾方面。

（1）具有廣泛的兼容性。系統(tǒng)基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠兼容多種協(xié)議通信，如AES67,ArtNet，Dante，Ethersound，MANet1&2，Q-LAN，REAC，sACN等協(xié)議，因此，集中控制音視頻、燈光、機(jī)械、包裝制作等多專業(yè)系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)具有高度的靈活性，結(jié)構(gòu)簡潔，操作方便。相對于傳統(tǒng)的各專業(yè)獨立系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有十分顯著的優(yōu)勢，同時也讓后續(xù)培訓(xùn)工作的開展變得更加有效率。

（3）具有較高的通信速率。相對現(xiàn)場總線來說，以太網(wǎng)的通信速率較高，1 Gb/s的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)十分成熟。在當(dāng)前不斷增長的網(wǎng)絡(luò)吞吐性能需求的前提下，這種傳輸速率上的優(yōu)勢十分明顯，其能夠更好地滿足當(dāng)前的帶寬標(biāo)準(zhǔn)，讓整個通信實時性的要求得到滿足。

（4）具有良好的共享能力。整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備變得更加成熟通用的前提下，任何一個接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的運(yùn)行設(shè)備，都可以實現(xiàn)對控制現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)的瀏覽和調(diào)用，這對于遠(yuǎn)程管控應(yīng)用具有優(yōu)勢。

（5）具有良好的擴(kuò)展性。該系統(tǒng)采用以太網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用及其廣泛，各種設(shè)備或系統(tǒng)普遍支持以太網(wǎng)技術(shù)。因此，作為良好的基礎(chǔ)平臺，為后續(xù)技術(shù)改造和升級提供了很大的空間。

（6）具有絕對的系統(tǒng)維護(hù)優(yōu)勢。在一個復(fù)雜的節(jié)目制作中，涵蓋有燈光、音頻、視頻、投影、激光、機(jī)械等多專業(yè)的數(shù)千臺設(shè)備，它們采用的通信協(xié)議也不盡相同。建立集中控制、管理的系統(tǒng)，在以前傳統(tǒng)的做法下既復(fù)雜又有難度，需要采用大量的設(shè)備，占用大量的施工時間，而且很多效果需要通過燈光和音視頻的同步來實現(xiàn)，而系統(tǒng)運(yùn)行需要精準(zhǔn)、低延時的信號傳輸。而演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)在設(shè)計之初，便明確節(jié)目制作方的需求，確定交換機(jī)光纖環(huán)網(wǎng)+信號分組+系統(tǒng)可視化控制管理三方面的方案，運(yùn)用安全的系統(tǒng)架構(gòu)做到信號全覆蓋，通過可視化軟件可以實時看到每個節(jié)點信號傳輸路徑與每個端口設(shè)備的分組情況，非常直觀地掌握整個節(jié)點情況，可視化軟件有實時日志功能，后臺能夠及時發(fā)現(xiàn)錯誤并通知糾正，減少傳統(tǒng)施工方案中因系統(tǒng)信息不可見導(dǎo)致在后期使用中需要逐級檢查而重新獲取系統(tǒng)信息的情況。系統(tǒng)特有的信號分組功能，只需技術(shù)人員在軟件端選擇需要劃分的組、端口點擊保存即可設(shè)置完成，分組總計可達(dá)20組，充分滿足系統(tǒng)的分區(qū)需求，以利于維護(hù)中可以快速、精準(zhǔn)地找到故障點并排除。

5 應(yīng)用前景

演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)因具有諸多優(yōu)勢，在廣電、文旅領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。

在廣電領(lǐng)域中，浙江衛(wèi)視中國好聲音節(jié)目、湖南衛(wèi)視幻樂之城節(jié)目、廣東衛(wèi)視大灣區(qū)藝術(shù)節(jié)開幕式灣區(qū)花正開節(jié)目錄制以及廣東衛(wèi)視演播室高清改造等項目中都已采用。中央廣播電視總臺一號演播廳配置的燈光、舞美IP控制系統(tǒng)，對所使用的HP交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作整體升級，共使用21臺以太網(wǎng)可視化智能交換機(jī)，分布于燈柵層、馬道層、控制室多個區(qū)域多個機(jī)柜，形成一套以光纖連接的雙環(huán)形互為備份的主干網(wǎng)絡(luò)光纖環(huán)網(wǎng)+雙絞線環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，，各子站點與終端連接采用六類網(wǎng)線，物理連接與RlinkX功能對主信號形成多重備份與保護(hù)。

在文旅領(lǐng)域中也有應(yīng)用，廣州長隆野生動物園的音視頻、燈光融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（見圖12），運(yùn)用40余臺光纖交換機(jī)與50余臺LumiNode解碼器，覆蓋約2 000畝范圍，集成有燈光、機(jī)械、音視頻、投影、激光等多專業(yè)系統(tǒng)的信號，將各個主題樂園全覆蓋，對于園區(qū)設(shè)備管理與后續(xù)工作開展提供了很大的便利與保障。

圖12 廣州長隆音視頻、燈光融合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

演播室融合網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)立足于跨專業(yè)融合創(chuàng)新的理念，可擴(kuò)展未來節(jié)目制作的更多功能需求，支持燈光、機(jī)械、音頻、視頻等多協(xié)議的融合管理控制，最大程度上保證系統(tǒng)融合的兼容性與穩(wěn)定性，是今后廣電、文旅演藝制作的有效技術(shù)手段。