白石磊

【摘 要】 基于舞臺視效聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，闡述系統(tǒng)智能組網(wǎng)、軟件控制的設(shè)計(jì)方案，以及系統(tǒng)特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 舞臺視效設(shè)備；聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)；智能組網(wǎng)；開放接口；分層設(shè)計(jì)

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.08.020

The Design of an Integrated Control System for Stage Performing Equipments

BAI Shi-lei1，2， SUO Yi-han1，2， FAN Xu-wei3， WANG Jing3

（1.Information Engineering School， Communication University of China， Beijing 100024， China；

2.Key Laboratory of Acoustic Visual Technology and Intelligent Control System， Ministry of CultureBeijing 100024， China；

3.Hunan MingheOpto Tech Co.， Ltd， Changsha Hunan 410100， China）

【Abstract】Based on the design principle of the stage-visual linkage control system， this paper expounds the design scheme of intelligent networking and software control of the system， as well as the characteristics of the system.

【Key Words】stage visual equipment；linkage control system；intelligent network；open interface；the layered design

1 引言

舞臺演出是視聽覺融合的藝術(shù)，視效是其中重要的組成部分，在演出中起著舉足輕重的作用。舞臺視效的呈現(xiàn)主要依靠舞臺燈具、LED顯示屏、投影等設(shè)備，但分別獨(dú)立控制給舞臺整體呈現(xiàn)視覺效果帶來不便。目前舞臺各類視效設(shè)備控制方式主要有以下三種形式：（1）通過燈光控制臺對舞臺燈光系統(tǒng)及特效設(shè)備進(jìn)行控制；（2）比較簡單的舞臺顯示屏控制技術(shù)直接通過計(jì)算機(jī)外加一些簡單的視頻圖像處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)對顯示屏的控制，這類技術(shù)控制屏幕方式單一，無法實(shí)現(xiàn)多屏幕的控制；（3）在視頻處理的基礎(chǔ)上，增加視頻圖像拼接設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)多屏幕的控制，但是不能實(shí)現(xiàn)與其他舞臺視效設(shè)備的協(xié)同。

現(xiàn)有的舞臺視效設(shè)備控制方案，無論是單純的視頻控制臺，還是網(wǎng)絡(luò)燈光控制臺加數(shù)字媒體服務(wù)器的方式控制LED顯示屏或投影機(jī)，都存在以下幾個(gè)方面的不足：（1）設(shè)備集成化程度不高，連接復(fù)雜，容易出現(xiàn)兼容性和連接上的故障；（2）成套設(shè)備價(jià)格昂貴；（3）對于使用人員技術(shù)門檻較高，演出中往往需要多名專業(yè)人士協(xié)同操作。

隨著舞臺視效設(shè)備數(shù)量越來越多，應(yīng)用技術(shù)不斷更新，多系統(tǒng)控制、多舞臺產(chǎn)品的視覺效果搭配的需求越來越迫切。現(xiàn)有的單一控制設(shè)備沒有從頂層設(shè)計(jì)的角度考慮整套系統(tǒng)的通用性、簡便性和易操作性，不便于使用。特別是群眾文體活動(dòng)中心、文化館、酒店宴會廳、企事業(yè)單位多功能廳、廣場燈光視頻秀、展覽館、陳列館等非專業(yè)演出場所，以及一些中小型劇場，亟需一種操作簡單，集視頻、燈光、景觀照明等控制為一體的性價(jià)比較高的舞臺視效聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 舞臺視效聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

舞臺視效聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)研制目標(biāo)是面向非專業(yè)演出場所及一些中小型劇場，提供簡單、易用、集成化、一體化綜合控制臺。系統(tǒng)研發(fā)遵循以下原則。

（1）兼容性

盡可能利用現(xiàn)有成熟技術(shù)和豐富的軟硬件資源，避免重復(fù)開發(fā)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)底層以主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP為基礎(chǔ)，應(yīng)用層必須兼容現(xiàn)有的控制協(xié)議（如DMX-512、Art-Net、ACN等）。硬件部分采用成熟的PC機(jī)作為平臺，無需另行開發(fā)。隨著PC機(jī)的不斷更新?lián)Q代可以不斷獲取更好的硬件設(shè)備，可節(jié)約大量的研發(fā)資金，降低最終產(chǎn)品成本。軟件部分以PC控制臺軟件、媒體服務(wù)器軟件為基礎(chǔ)，將其整合至PC機(jī)中，結(jié)合專業(yè)圖形卡，同時(shí)還可以將物理按鍵、推桿模塊通過PCI-E接口或USB3.0接口進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，實(shí)現(xiàn)功能的總體整合。

（2）分層設(shè)計(jì)

系統(tǒng)可根據(jù)功能和耦合關(guān)系分解出子層，各子層功能明確，界限清晰。這不僅有利于系統(tǒng)開發(fā)，且有利于后期系統(tǒng)/設(shè)備維護(hù)及擴(kuò)展。

（3）智能化

系統(tǒng)盡可能減少人工操作的工作量，最大限度實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)探測、自動(dòng)配置、自動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控。

（4）簡單開放

系統(tǒng)軟件及網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)開放接口，可被更多的用戶認(rèn)可和使用，同時(shí)便于用戶的二次開發(fā)。

（5）易擴(kuò)展性

系統(tǒng)應(yīng)具有較好的可裁剪性，既可滿足最小系統(tǒng)的簡單使用，也能充分滿足大型演出的復(fù)雜應(yīng)用，以適應(yīng)不斷發(fā)展的應(yīng)用需求。

（6）安全性和可靠性

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸遵循端到端透明原則，因此，通信的可靠性應(yīng)當(dāng)提供端到端保障；同時(shí)還應(yīng)當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中建立信任體系，對外來設(shè)備的接入采取適當(dāng)?shù)恼J(rèn)證機(jī)制，阻止網(wǎng)絡(luò)入侵，并對網(wǎng)絡(luò)行為提供來源追查功能。

3 舞臺視效聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 總體方案

聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)是以CP 3072PRO視頻處理器為核心開發(fā)的，系統(tǒng)框架如圖1所示。該系統(tǒng)重點(diǎn)在于人機(jī)交換界面及程序設(shè)計(jì)開發(fā)，可以分解為三層：（1）頂層為“傻瓜式”人機(jī)交互平臺，只要按系統(tǒng)引導(dǎo)預(yù)置節(jié)目點(diǎn)擊調(diào)用播放即可；（2）場景設(shè)置平臺，技術(shù)人員可以根據(jù)場景的要求，設(shè)置屏幕效果和燈光控制的結(jié)合聯(lián)動(dòng)，舞臺配置的技術(shù)參數(shù)，按照節(jié)目類型編輯；（3）設(shè)備設(shè)置，對于舞臺設(shè)備參數(shù)的設(shè)置可以在此層預(yù)設(shè)。

聯(lián)動(dòng)控制臺總體上分為五大部分：綜合控制區(qū)、綜合編輯區(qū)、多點(diǎn)觸摸屏、系統(tǒng)輸入/輸出接口區(qū)、功能設(shè)置輔區(qū)，以屏效控制和燈效控制為主要功能，兼顧音響控制。其面板設(shè)計(jì)如圖2所示。

屏效控制的主要架構(gòu)為：新的CanBUS總線和PCI-E×16高帶寬接口式視頻輸出板卡，能夠?qū)崿F(xiàn)最高支持8K@60 Hz的視頻信號輸出，通過內(nèi)置板卡可以實(shí)現(xiàn)不同形式的信號端口輸出視頻信號，針對投影機(jī)或LED大屏等顯示終端非常方便選取不同類型的輸入信號接口。采用控臺式面板按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)對屏體亮度、節(jié)目和進(jìn)度等的簡易式操作。

燈控的主要架構(gòu)：集成燈光控制臺的控制編輯接口和按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)對常用舞臺燈具的控制。

音效控制主要實(shí)現(xiàn)音量、均衡等常規(guī)功能操作。

控制臺能夠?qū)崿F(xiàn)通過自身及外置硬盤存儲節(jié)目素材，將舞臺現(xiàn)場的場景控制（各個(gè)視效單元的場景技術(shù)要求以節(jié)目單元的形式存儲）存儲或調(diào)用；實(shí)現(xiàn)PC機(jī)的聯(lián)網(wǎng)控制，同時(shí)能夠?qū)ο到y(tǒng)周邊設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)探測、自動(dòng)配置、自動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控。設(shè)計(jì)人機(jī)交換界面，通過監(jiān)視窗口對現(xiàn)場的各個(gè)場景進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度監(jiān)控控制。

由于非專業(yè)演出場所的燈具、燈位、LED屏等視效裝置的設(shè)置一般相對較為固定，因此，在使用之前將所有的參數(shù)均設(shè)置好，以后就可以直接進(jìn)行操作。開機(jī)時(shí)，界面將出現(xiàn)模式選擇，用戶可以根據(jù)需要選擇推薦模式或是自定義模式。采用推薦模式時(shí)，用戶可以直接根據(jù)應(yīng)用場景從視效庫中選擇需要的效果，方便快捷。如果視效庫中無法找到對應(yīng)的效果，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行自定義，自定義的所有流程系統(tǒng)將通過智能向?qū)У哪Ｊ綄τ脩暨M(jìn)行指導(dǎo)，用戶只需要跟著系統(tǒng)提供的“引導(dǎo)助手”即可進(jìn)行操作。系統(tǒng)操作流程如圖3所示。

接口區(qū)為控制臺與各外部設(shè)備的接口，主要包括USB接口、DMX接口、網(wǎng)絡(luò)接口、音頻接口、MIDI接口、DP1.4接口、DVI接口、SDI接口、HDMI接口、VGA接口等。

3.2 設(shè)備智能組網(wǎng)的設(shè)計(jì)

由于舞臺受控設(shè)備種類及數(shù)量繁多，需要保證系統(tǒng)能夠兼容這些設(shè)備，聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)備智能組網(wǎng)進(jìn)行重點(diǎn)研發(fā)。為了簡化用戶操作，實(shí)現(xiàn)“即插即用”，將國際標(biāo)準(zhǔn)組織及各廠商所制定的不同設(shè)備控制協(xié)議統(tǒng)一為抽象模型，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化接口描述，注冊到協(xié)議管理組件庫中，以支持動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議配置，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛兼容性。針對各個(gè)協(xié)議進(jìn)行開發(fā)，與通信組件進(jìn)行溝通，實(shí)現(xiàn)前端協(xié)議的多種類支持，包括：DMX512、Artnet、sACN、RDM等國際主流演藝設(shè)備控制協(xié)議，其中Artnet、sACN、RDM等雙向傳輸協(xié)議是近年來發(fā)展日趨成熟的技術(shù)。設(shè)備組網(wǎng)的協(xié)議識別流程如圖4所示。

3.3 控制臺操作軟件的設(shè)計(jì)

控制臺操作軟件的設(shè)計(jì)研發(fā)也是一個(gè)工作重點(diǎn)。為了提高系統(tǒng)的易用性，良好的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)、智能引導(dǎo)設(shè)計(jì)是首要的；其次為了降低成本，軟件復(fù)用、兼容性、魯棒性、實(shí)時(shí)性也是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。

為了降低非專業(yè)用戶的技術(shù)門檻，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”操作，任何一個(gè)區(qū)域都可以設(shè)置成相對專門的控制區(qū)域，如燈效控制區(qū)、屏效控制區(qū)、音效控制區(qū)或綜合控制區(qū)域?？刂泼姘迳显O(shè)置的按鍵包括“場景”“設(shè)置”“上翻”“下翻”“確定”“取消”“節(jié)目管理”等。并且對于每一步具體的操作，系統(tǒng)都會引導(dǎo)用戶進(jìn)行。系統(tǒng)內(nèi)置有燈具信息文件，用戶可以直接調(diào)用，也可在控臺上進(jìn)行編輯另行存儲在控臺或外部存儲設(shè)備上。在控制臺操作面板設(shè)置“場景”按鍵和上、下、左、右控制鍵，用戶根據(jù)應(yīng)用場景和情節(jié)需求，通過上下左右控制鍵對控制臺燈具信息庫中預(yù)置的設(shè)備信息文件進(jìn)行選擇預(yù)覽，按下“確認(rèn)”鍵即可完成調(diào)用操作。按下控制臺操作面板上的“節(jié)目管理”按鍵，可進(jìn)入節(jié)目管理界面，選擇“新建”、“刪除”或者“保存”進(jìn)行節(jié)目管理，用戶也可以對燈具信息庫中的燈具信息文件進(jìn)行再編輯或者自行設(shè)計(jì)新的演出文件，從而滿足多樣化、個(gè)性化的應(yīng)用需求。若用戶需要自行設(shè)計(jì)添加新的效果，選擇“新建”按鍵即可新建一個(gè)節(jié)目，在智能引導(dǎo)下完成編輯后，選擇“保存”加入燈具信息庫，即可進(jìn)行調(diào)用。用戶創(chuàng)建新文件的流程如圖5所示。

屏效控制要操作簡便，所見即所得?？刂婆_面板上設(shè)置播放控制鍵區(qū)和編輯鍵區(qū)。用戶按下編輯鍵，即可進(jìn)入編輯界面，由兩個(gè)窗口組成，播放窗和控制窗。播放窗口是用來顯示用戶所要播放的文本、圖像、視頻等內(nèi)容。軟件支持多個(gè)播放窗，每個(gè)播放窗對應(yīng)一塊顯示屏，每個(gè)播放窗中可以進(jìn)行獨(dú)立打開節(jié)目文件、獨(dú)立播放、獨(dú)立編輯等而不影響其他播放窗?？刂拼笆怯脕砜刂撇シ艆^(qū)的位置、大小及所要播放的內(nèi)容，控制窗可以展開為編輯窗，控制窗包含菜單條和工具條以及編輯控件?！霸O(shè)置”菜單包含多屏組合/同步、調(diào)整大屏亮度/對比度/色溫、設(shè)置大屏區(qū)域等。屏效控制操作流程如圖6所示。

系統(tǒng)以屏幕控制和燈光控制為主要功能，兼顧基本的音效控制，實(shí)現(xiàn)音量、均衡等常規(guī)功能操作，主要功能包括音源選擇、音量大小、音色等的簡單控制。

4 系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢

（1）集成化程度高，結(jié)構(gòu)更加簡單，功能齊全?？梢栽谝粋€(gè)控制臺上實(shí)現(xiàn)對舞臺燈具、調(diào)光柜、數(shù)字媒體服務(wù)器、LED顯示屏、投影機(jī)等多種視效設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制；整合了視頻輸出板卡視頻圖像處理和視頻拼接等設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)，更加方便視效設(shè)備的調(diào)度控制；通過與舞臺模擬軟件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)在線與脫機(jī)編輯。

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，具備多層次、多級別在線保護(hù)功能；網(wǎng)絡(luò)備份全自動(dòng)化；線路設(shè)計(jì)具有前瞻性、兼容性，充分滿足未來線路延伸、節(jié)點(diǎn)增加及系統(tǒng)擴(kuò)容升級等需求。

（3）界面友好，操作簡單，易學(xué)易用，降低用戶技術(shù)門檻。

（4）價(jià)格相對比較便宜，可用性、可維護(hù)性好。

系統(tǒng)從市場應(yīng)用及客戶的需求出發(fā)研發(fā)舞臺視效設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，具有多用途、通用化、易操作等特點(diǎn)，具有良好的實(shí)用價(jià)值和市場前景。