李真，趙雪均，楊謙逸，周亦琛

(中國傳媒大學(xué)自動化系，北京100024)

1 概述

舞臺調(diào)度的內(nèi)通系統(tǒng)應(yīng)用于各種形式的劇院，是劇場工作人員在演出過程中進(jìn)行內(nèi)部溝通協(xié)調(diào)所必備的一套應(yīng)用設(shè)備，它能夠保障演出中的各個要素得到完整的配合。由于國內(nèi)劇場演出劇目的增多，使得舞臺演出的感染力、表現(xiàn)力與保障力的要求更為突出。其中，舞臺調(diào)度系統(tǒng)的需求變得更加的嚴(yán)格，尤其是在系統(tǒng)應(yīng)用的便捷性、穩(wěn)定性和規(guī)范性上提出了更高的要求。

一般情況下，舞臺調(diào)度系統(tǒng)涵蓋以下功能：有線內(nèi)部通訊、無線內(nèi)部通訊、燈光提示、呼叫系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、計時器、時鐘、場燈控制和數(shù)字開場鈴；并將功能按鍵全部集成在舞臺監(jiān)督臺上。目前，現(xiàn)有的舞臺調(diào)度系統(tǒng)盡管能實現(xiàn)以上基本功能，但是依舊存在著一些難以解決的問題：設(shè)備和接口的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，設(shè)備繁雜且多冗余，無線信號易干擾、不穩(wěn)定。為實現(xiàn)系統(tǒng)的可集成和易擴展的整體性能的提升，本文提出了舞臺調(diào)度內(nèi)通系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化方法，將系統(tǒng)的有線通訊、無線通訊、視頻監(jiān)視等子系統(tǒng)利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)框架完成整個系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)化集成。本文重點研究舞臺調(diào)度有線、無線通訊系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)方法。

2 舞臺調(diào)度內(nèi)通系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

早期劇院的有線內(nèi)通主要依靠模擬對講機。它是將語音，信令，信號以連續(xù)波方式調(diào)制到對講機載頻上，并經(jīng)過放大等優(yōu)化處理的一種通信模式。但這種通話方式只能實現(xiàn)單路對話。到了20世紀(jì)70年代，對講系統(tǒng)從點對點的模擬對講系統(tǒng)發(fā)展到集群系統(tǒng)。集群系統(tǒng)是一個中心調(diào)度控制的對講系統(tǒng)，需要中心調(diào)度設(shè)備來控制整個對講系統(tǒng)的資源分配與用戶的接入。由于其廣泛的應(yīng)用價值，集群系統(tǒng)的發(fā)展近年來非常迅速。

目前在一些小型演出中，通話系統(tǒng)采用PartyLine方式。其特點如同名稱一樣，就是實現(xiàn)各個站點共同通話，通過兩線或四線方式傳輸。其系統(tǒng)連接簡單，設(shè)備操作容易，但功能不夠靈活，擴展性差。

現(xiàn)在劇院運用最為廣泛的是矩陣系統(tǒng)。矩陣系統(tǒng)可以非常方便的實現(xiàn)點對點雙向通話、點對多點群組呼叫等功能。支持多種通信方式，并能通過一些接口提供其他輔助功能?？梢酝ㄟ^增加矩陣端口，以及連接到矩陣的通話基站數(shù)量來進(jìn)行系統(tǒng)擴展[1]。與PL通話系統(tǒng)相比，矩陣通話系統(tǒng)支持更多的用戶站數(shù)量，通過互聯(lián)其規(guī)模還可擴展；在可設(shè)執(zhí)行方面可改變通話規(guī)則，使用方便。矩陣中可以兼容無線設(shè)備，舞臺的無線內(nèi)通將載頻選在甚高頻或超高頻頻段，在需要覆蓋的地區(qū)例如馬道上安裝天線，利用天線發(fā)射載波信號，無線接收設(shè)備將信號接收后同樣給到矩陣統(tǒng)一處理。

綜上所述，無論是PartyLine方式還是矩陣方式，其設(shè)備的兼容性差，不同品牌的產(chǎn)品無法兼容，業(yè)內(nèi)也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。IP網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)不僅可以解決標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、產(chǎn)品兼容的問題，更可以為進(jìn)一步的舞臺設(shè)備全網(wǎng)絡(luò)化提供可能，從而實現(xiàn)舞臺演出效果呈現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的統(tǒng)一管理。

3 舞臺內(nèi)通系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化需求分析

3.1 舞臺內(nèi)通系統(tǒng)應(yīng)用需求

舞臺內(nèi)通系統(tǒng)主要協(xié)調(diào)燈光、音響、機械、道具等協(xié)同作用，利用廣播進(jìn)行提示和安排演員有序上場，同時還有燈光提示的輔助功能。根據(jù)劇場的內(nèi)部應(yīng)用，所有通道被分為燈光、音響、機械、輔助、藝術(shù)、總通道六個通道，其中總通道即舞臺調(diào)度臺，導(dǎo)演或舞臺監(jiān)督利用調(diào)度臺對演出進(jìn)行全部調(diào)度。演出過程中實際用到的呼叫分為單呼、組呼和組內(nèi)呼叫應(yīng)答，對應(yīng)于對講機上的兩個呼叫按鍵。單呼、組呼按鍵接收調(diào)度臺的呼叫，而另一按鍵用于組內(nèi)溝通協(xié)調(diào)。另外，廣播應(yīng)用于化妝間、候場區(qū)和候場區(qū)，主要實現(xiàn)演員催場和廣播通知的作用。

3.1 舞臺內(nèi)通系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)

如圖1所示為整個劇場內(nèi)通系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化集成后的系統(tǒng)連接圖，主要分為有線內(nèi)通部分、無線內(nèi)通部分、廣播部分以及調(diào)度中心部分，各部分的終端最終都通過網(wǎng)線連接在交換機上，以IP包的形式進(jìn)行信息交換。各終端獨立尋址，其IP地址、服務(wù)器IP地址、名稱等內(nèi)容通過配套軟件進(jìn)行寫入。設(shè)備在連入網(wǎng)絡(luò)后將自行與服務(wù)器進(jìn)行匹配與更新。

借助于目前IP語音通信的成熟技術(shù)方案，各終端設(shè)備采用內(nèi)嵌DSP芯片的設(shè)計方法來設(shè)計語音設(shè)備。由于演出過程中首要保證的是內(nèi)部通訊的穩(wěn)定性，所以終端設(shè)備的設(shè)計主要以單一的實現(xiàn)兩路通話為主，不添加多余應(yīng)用。因此設(shè)備主要依靠硬件實現(xiàn)通話。

對于終端設(shè)備的硬件配置，以VoIP主芯片為核心附以必要的外圍設(shè)備，采用DSP內(nèi)核結(jié)構(gòu)，同時有以太網(wǎng)接口、音頻接口和I/O擴展電路等幾部分。主芯片完成所有語音的處理和傳送，包括回音抵消、抖動緩沖等保證高質(zhì)量語音交互的功能[2]。其他部分用于設(shè)備連接和擴展。

4 舞臺內(nèi)通系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化方法研究

近年來VoIP技術(shù)在解決IP語音通信方面日漸成熟，一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如SIP標(biāo)準(zhǔn))的出臺大大提高了通話質(zhì)量，使VoIP技術(shù)達(dá)到了大規(guī)模發(fā)展的階段[3]。而舞臺監(jiān)督調(diào)度系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化的實質(zhì)是實現(xiàn)點對點和點對多點的IP語音通話。運用VoIP技術(shù)可以實現(xiàn)內(nèi)通系統(tǒng)的全網(wǎng)絡(luò)化。

圖1 舞臺內(nèi)通系統(tǒng)組成框圖

VoIP技術(shù)利用了全球IP互聯(lián)的環(huán)境，是建立在IP 技術(shù)上的數(shù)字化傳輸技術(shù)，以分組的形式傳送語音數(shù)據(jù)[4]。VoIP是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)用層面很廣，因此涉及的技術(shù)也很多。VoIP 技術(shù)的發(fā)展有兩大方向，一是遵循國際電聯(lián)H.323 標(biāo)準(zhǔn)，二是遵循IETF( The Internet EngineeringTask Force) 的SIP 協(xié)議[5]。但不論是何種協(xié)議都要以遵循基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為前提，即網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP或UDP協(xié)議。由于TCP協(xié)議是通過超時重傳來保證數(shù)據(jù)的可靠性傳輸?shù)?，有較大的延時，不適合內(nèi)通系統(tǒng)的實時性。所以本系統(tǒng)可以用UDP協(xié)議加上應(yīng)用層的實時傳輸協(xié)議(RTP協(xié)議)來滿足系統(tǒng)的實時性。

4.1 語音信號網(wǎng)絡(luò)傳輸

實現(xiàn)語音信號網(wǎng)絡(luò)傳輸，最簡單的傳輸過程就是一個端對端的傳輸過程，內(nèi)部通信傳輸過程可分成以下幾個階段。

(1)模數(shù)轉(zhuǎn)換

對內(nèi)通系統(tǒng)而言，從終端輸入的語音信號是模擬信號，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸語音，首先要對語音進(jìn)行處理的工作是語音信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，也就是量化和編碼。通常運用的語音編解碼標(biāo)準(zhǔn)為G．729或G．923。

(2)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到IP分組的轉(zhuǎn)換

語音信號數(shù)字化之后，要對語音分組進(jìn)一步壓縮編碼。對分組語音再次進(jìn)行分段后編碼的工作，使其符合RTP-實時應(yīng)用程序傳輸協(xié)議。編碼后將分段的信息合成一個壓縮的語音包送入網(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語音分組添加分組頭、時間戳和其他信息后通過網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端點[6]。這樣的數(shù)據(jù)報攜帶尋址和控制信息，一站一站地轉(zhuǎn)發(fā)到接受端。

(3)傳送

在這個過程中，網(wǎng)絡(luò)持續(xù)不斷地從輸入端接受數(shù)據(jù)報，網(wǎng)絡(luò)中的路由器檢查每個IP數(shù)據(jù)報附帶的尋址信息，并使用這個信息把數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到目的地路徑的下一站。

(4)IP分組到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

網(wǎng)絡(luò)末端的處理器接受到數(shù)據(jù)報之后，去掉尋址和控制信息，保留原語音信息。

(5)數(shù)字語音轉(zhuǎn)換成模擬語音

最后再次解壓縮，揚聲器按照預(yù)定的頻率播放。其整個過程如圖2所示。

圖2 語音信號網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕具^程

4.2 SIP協(xié)議

SIP協(xié)議是傳輸層之上的應(yīng)用層協(xié)議，其功能是發(fā)起會話，它能在一個或多個參與者之間建立、修改和終結(jié)單方或多方的會話，會話包括網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻會議和網(wǎng)絡(luò)的電話呼叫。相對于H.323采用基于ASN.1和壓縮編碼規(guī)則的方法表示其消息，SIP是在SMTP(簡單郵件傳送協(xié)議)和HTTP(超文本傳送協(xié)議)的基礎(chǔ)上建立起來的，本身也是文本方式的協(xié)議，這種協(xié)議簡練、靈活、開放的優(yōu)越性已經(jīng)在過去的實踐中得到了很好的證明。并且在建立呼叫時，SIP協(xié)議的呼叫建立時間較短。因此本系統(tǒng)選擇SIP協(xié)議作為建立會話的應(yīng)用層協(xié)議。同時為保證系統(tǒng)的實時傳送，應(yīng)用層中還需實時傳輸協(xié)議RTP協(xié)議。

5 結(jié)論

本文對劇場舞臺調(diào)度內(nèi)通系統(tǒng)的現(xiàn)狀和應(yīng)用需求進(jìn)行分析研究，提出了內(nèi)通調(diào)度系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)化方法。該方法利用先進(jìn)的音頻技術(shù)、多媒體技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建IP網(wǎng)絡(luò)化的舞臺內(nèi)通調(diào)度集成系統(tǒng)，它適應(yīng)于劇場演出現(xiàn)場指揮、交流與業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)，可實現(xiàn)更加簡潔的硬件配置、更加靈活多變的通訊需求、更加靈敏清晰的通話質(zhì)量。并且在IP網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上，容易兼容手機或平板電腦設(shè)備，實現(xiàn)可視化可交互性強的應(yīng)用體驗。此方法的研究為舞臺設(shè)備全網(wǎng)絡(luò)化的統(tǒng)一管理提供可能，提升了演出效果，具有實際的應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。

[1]何海燕．廣播電視內(nèi)部通話系統(tǒng)[J]．信息科技，2012．

[2]劉洪林．IP語音通信原理、設(shè)計及組網(wǎng)應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009．

[3]桂海源．IP電話技術(shù)與軟交換[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010．

[4]黃永峰．IP網(wǎng)絡(luò)多媒體通信技術(shù)[M]．北京：人民郵電出版社，2003．

[5]曾虹，戴國駿．VoIP 的關(guān)鍵技術(shù)及語音終端的研制[C].杭州電子科技大學(xué)，2005．

[6]劉志軍．軟交換技術(shù)協(xié)議SIP 及其在VoIP 中應(yīng)用[C]．河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2006．