文/[美]韋恩·豪厄爾 編譯/施 端

解析Art-Net控制協(xié)議

文/[美]韋恩·豪厄爾 編譯/施 端

介紹燈光控制簡史，解析Art-Net控制協(xié)議的創(chuàng)建原因、優(yōu)勢、工作原理等相關(guān)問題。

Art-Net；DMX；燈光控制

Art-Net是燈光行業(yè)中第一個(gè)獨(dú)立的、免版權(quán)使用費(fèi)的、基于以太網(wǎng)的控制協(xié)議，它在建筑及相關(guān)設(shè)備行業(yè)引發(fā)了一場控制方式的革命。本文從燈光控制簡史開始，介紹Art-Net的創(chuàng)建原因、優(yōu)勢、對燈光行業(yè)的影響等一系列問題。

燈光控制簡史

模擬傳輸

30多年前，第一臺(tái)遠(yuǎn)程燈光控制臺(tái)是通過多芯導(dǎo)線與調(diào)光器相連接。一根導(dǎo)線控制一個(gè)通道。這種方式使得控制臺(tái)與調(diào)光器之間需要大量導(dǎo)線，并且各制造商會(huì)采用不同的電壓、導(dǎo)線與接口，使用起來十分復(fù)雜。

解決這個(gè)問題的第一步就是要采用利用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)（Time Division Multiplexing）的模擬多路傳輸，實(shí)現(xiàn)在單根導(dǎo)線上傳輸多路通道。其實(shí)質(zhì)是把信號拆分并把它們分時(shí)中轉(zhuǎn)到多路傳輸盒。這樣就產(chǎn)生了模擬多路傳輸協(xié)議，比如：AMX192、D54、S20。

雖然，模擬多路傳輸協(xié)議使得在單根導(dǎo)線上可以傳輸多路通道，但是它們會(huì)帶來許多問題，比如：傳輸距離短、噪聲上升等問題。

DMX512

其后的改進(jìn)就是采用時(shí)分復(fù)用的概念并對其數(shù)字化。這樣一來，傳輸距離更遠(yuǎn)、通道數(shù)量更多、抗噪聲性能更好——所有這些都使得系統(tǒng)更加可靠。

但是與模擬多路傳輸?shù)那闆r相似，各制造商都有各自的專用協(xié)議，DMX512（由USITT制定、ESTA管理）的引入意味著這個(gè)行業(yè)有了一個(gè)所有制造商都可以遵守的標(biāo)準(zhǔn)。

DMX512的主要規(guī)格：每路傳輸512個(gè)通道；最遠(yuǎn)傳輸距離為300 m；每路最多可驅(qū)動(dòng)32臺(tái)燈具；更新速率達(dá)到44數(shù)據(jù)幀/秒；數(shù)字信號的抗噪聲性能更好；免費(fèi)使用。

DMX512的局限性與網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)

DMX512在本行業(yè)表現(xiàn)一直很優(yōu)良，但LED點(diǎn)陣控制的出現(xiàn)使得所需要的通道數(shù)量超過了預(yù)期。到網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)時(shí)，控制臺(tái)的后部已帶有8個(gè)DMX接口。

本行業(yè)再次面臨同樣的問題，如同模擬多芯導(dǎo)線引發(fā)了對DMX多芯信號線方式的需求，采用網(wǎng)絡(luò)來控制燈光的整體觀念出現(xiàn)了，一些制造商開發(fā)了他們各自的解決方案。為了克服DMX的局限性以及制造商之間無法共享控制協(xié)議（盡管它們都是基于以太網(wǎng)的），Artistic Licence公司決定自行開發(fā)基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)的控制協(xié)議。這使得在單根網(wǎng)線上可以傳輸多個(gè)DMX數(shù)據(jù)鏈。同時(shí)，該公司還決定向本行業(yè)免費(fèi)開放Art-Net協(xié)議。

Art-Net的創(chuàng)建及發(fā)布

Artistic Licence不是惟一一家感到有必要通過網(wǎng)絡(luò)來擴(kuò)展DMX鏈路數(shù)的公司。他們免費(fèi)發(fā)布Art-Net協(xié)議，希望有助于消除發(fā)展壁壘，以避免行業(yè)再遇到由不同的協(xié)議引發(fā)的障礙。這在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛的響應(yīng)：ADB公司（ADB Lighting Technologies）首先把它應(yīng)用到其產(chǎn)品中，而且，到目前為止已有超過100家制造商采用了Art-Net協(xié)議。

當(dāng)然，Art-Net協(xié)議還沒有被任何一家行業(yè)組織或標(biāo)準(zhǔn)化組織評定為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也沒有經(jīng)過任何認(rèn)證。其發(fā)布目的是讓燈光從業(yè)人員無需支付任何費(fèi)用就可以在產(chǎn)品中應(yīng)用Art-Net。

如何把Art-Net直接嵌入到一臺(tái)燈具中去，就像嵌入式的Net-Lynx O/P那樣？

最初，要把Art-Net應(yīng)用到一臺(tái)燈具中需要具備許多電子學(xué)以及專業(yè)技術(shù)方面的知識(shí)。然而，最近Artistic Licence公司開發(fā)出了一塊電路板（和可選的測試板），如圖所示，由它負(fù)責(zé)把Art-Net轉(zhuǎn)換成DMX，外加少量元件就可以把它嵌入到產(chǎn)品中去。

Art-Net有何優(yōu)勢？

從概念上說，Art-Net依然采用了一根多芯線傳送多個(gè)DMX數(shù)據(jù)鏈：一個(gè)DMX數(shù)據(jù)鏈添加到網(wǎng)絡(luò)后就給它分配一個(gè)地址（理論上地址可以是256個(gè)中的一個(gè)）。然而Art-Net的妙處在于它可以遠(yuǎn)程重新分配地址，因此，它完全重新定向了數(shù)據(jù)通信。

Art-Net支持由ESTA制定的一個(gè)新的協(xié)議——RDM（遠(yuǎn)程設(shè)備管理）協(xié)議。DMX通過2#和3#引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，RDM則反方向傳送數(shù)據(jù)，以便它可以接收來自支持RDM協(xié)議的燈具（該燈具采用了DMX協(xié)議）所發(fā)出的數(shù)據(jù)。因此，DMX實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向傳輸，由此不僅可以遠(yuǎn)程設(shè)置起始地址碼，而且更重要的是，這意味著由燈具發(fā)出的諸如溫度與光源壽命等信息可以反饋到控制臺(tái)。這種對燈具的精確控制使得DMX設(shè)備及其技術(shù)可以應(yīng)用于建筑照明行業(yè)。

另外，Art-Net可以采用包括DMX-Workshop、Net-View（可從Artistic Licence公司網(wǎng)站上獲得）與Wireshark（免費(fèi)使用的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分析軟件）在內(nèi)的其他一些資源，Art-Net軟件開發(fā)工具包（SDK）也可以從Artistic Licence公司的網(wǎng)站上獲得。

這是否意味著DMX將會(huì)退出歷史舞臺(tái)？

不會(huì)！DMX仍然是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。DMX非常強(qiáng)大，它可以很容易地連接多臺(tái)燈具，而Art-Net不行。

Art-Net通過以太網(wǎng)把控制臺(tái)發(fā)出的多路信號傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再用DMX信號線覆蓋外圍區(qū)域并與實(shí)際燈具相連。

Art-Net的工作原理

Art-Net中一個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)包叫做ArtDMX，由它負(fù)責(zé)在以太網(wǎng)上傳輸DMX數(shù)據(jù)。它由實(shí)際的控制臺(tái)產(chǎn)生或由一個(gè)DMX信號源轉(zhuǎn)換而來。

ArtDMX數(shù)據(jù)包包含三個(gè)主要信息：

（1） 512個(gè)通道的DMX值；

（2）包括DMX數(shù)據(jù)鏈號在內(nèi)的5個(gè)控制字段（數(shù)據(jù)鏈號用以區(qū)分網(wǎng)絡(luò)上的其他數(shù)據(jù)）；

（3）順序號?？赡軙?huì)有一些數(shù)據(jù)包沒能按時(shí)到達(dá)目的地，因此，順序號至關(guān)重要，這樣接收端就會(huì)知道是否丟失沒按順序到達(dá)的數(shù)據(jù)包。

廣播、單播與組播

可以采用三種方式來發(fā)送數(shù)據(jù)：廣播是指有一個(gè)發(fā)送端，它向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備都發(fā)送數(shù)據(jù)；單播類似一對一的關(guān)系，數(shù)據(jù)只發(fā)送到指定的IP地址；組播是一對多的關(guān)系。

例如，假如有20臺(tái)設(shè)備，它們需要相同的數(shù)據(jù)，可以采用廣播，但是這意味著不屬于該組的其他設(shè)備也會(huì)“看到”那個(gè)數(shù)據(jù)。也可以采用單播，但是數(shù)據(jù)要發(fā)送20次。若選擇采用組播，則數(shù)據(jù)只需發(fā)送一次，且數(shù)據(jù)只發(fā)送到指定設(shè)備的地址。

一開始制定Art-Net的時(shí)候，Artistic Licence公司采用了廣播，以確保終端用戶使用方便：只需接上信號線，它就可以接收到發(fā)送過來的所有數(shù)據(jù)。

隨著時(shí)代的變遷Art-Net如何發(fā)展？

當(dāng)今對于燈具通道數(shù)的迫切需求意味著采用廣播會(huì)帶來一個(gè)問題，因?yàn)樗加昧颂嗟膸?。因此，Artistic Licence公司開發(fā)了Art-Net II以利用網(wǎng)絡(luò)中更智能的系統(tǒng)。當(dāng)需要在組播與單播之間做選擇時(shí)，公司經(jīng)過深思熟慮之后決定采用單播。

這種方式的好處是人們可以選擇他們想要的復(fù)雜程度。如果采用組播，由于它在編組與用戶管理方面需要更多的智能技術(shù)，控制臺(tái)的造價(jià)會(huì)令大家難以接受。

Art-Net II與Art-Net I有何不同？

從本質(zhì)上說，Art-Net-II先采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)——控制臺(tái)一開始總是采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，100%向下兼容——但是隨后它會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一個(gè)簡易數(shù)據(jù)包來查詢接收設(shè)備的響應(yīng)，了解其需要哪一個(gè)DMX數(shù)據(jù)鏈。

例如，有一臺(tái)連接到網(wǎng)絡(luò)的燈光控制臺(tái)，在網(wǎng)絡(luò)上有一個(gè)設(shè)備需要第200號DMX數(shù)據(jù)鏈。該控制臺(tái)發(fā)送一個(gè)ArtPoll巡查數(shù)據(jù)包，查詢接收設(shè)備需要哪一個(gè)DMX數(shù)據(jù)鏈。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（比如Art-Net—DMX轉(zhuǎn)換器）返回ArtPollReply數(shù)據(jù)包，報(bào)告它們的狀態(tài)。如報(bào)告：“正在使用第200號DMX數(shù)據(jù)鏈”。這時(shí)采用了Art-Net II協(xié)議的控制臺(tái)就會(huì)從廣播方式切換到單播，并且直接把ArtDMX數(shù)據(jù)包發(fā)送到那個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這樣就大大節(jié)約了帶寬。當(dāng)有超過40個(gè)DMX數(shù)據(jù)鏈需要傳輸時(shí)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

如果控制臺(tái)接收到有5～6個(gè)接收設(shè)備都發(fā)回需要第200號DMX數(shù)據(jù)鏈的響應(yīng)，那么，它不會(huì)采用單播而會(huì)回到廣播方式，從網(wǎng)絡(luò)帶寬的角度來看，廣播的傳輸效率更高。Art-Net II的所有其他功能都與Art-Net I相同，當(dāng)然，Art-Net II也兼容RDM，因此，RDM設(shè)備所具有的能反饋設(shè)備狀態(tài)診斷信息的優(yōu)點(diǎn)Art-Net II也具備，而且，Art-Net II 完全兼容Art-Net I。

ACN與Art-Net之間有何關(guān)系？

兩個(gè)協(xié)議之間沒有關(guān)系。

ACN是一個(gè)非常復(fù)雜的協(xié)議，與數(shù)據(jù)流協(xié)議（比如Art-Net）相比，ACN需要非常強(qiáng)大的處理能力，這就是為什么ESTA啟動(dòng)了一個(gè)研究項(xiàng)目來制定一個(gè)與ACN相兼容的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流協(xié)議的理由之一，這個(gè)新的“標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議”的通用名稱叫做ACN Lite，有兩個(gè)作了相應(yīng)變化的標(biāo)準(zhǔn)，它們是：

E1.31——該標(biāo)準(zhǔn)制定了一個(gè)以數(shù)據(jù)流方式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸標(biāo)準(zhǔn)DMX數(shù)據(jù)包的協(xié)議，并且與完整的ACN協(xié)議相兼容。

E1.33——該標(biāo)準(zhǔn)把RDM協(xié)議添加到ACN協(xié)議上。

（本文根據(jù)《Lighting & Sound International》2010年4月刊《Art-Net Explained》一文編譯。）

（編輯 張 翔）

Art-Net Explained

Original/[USA] Wayne Howell Translate/SHI Duan

The paper introduced the brief history of lighting control, analyzed the creation, advantage of Art-Net and how it works.

Art-Net；DMX；lighting control

10.3969/j.issn.1674-8239.2010.11.003