舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

李真，楊謙逸，南潔，安宇潔

(中國(guó)傳媒大學(xué)自動(dòng)化系，北京100024)

摘要：舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)使得舞臺(tái)監(jiān)督能夠通過(guò)高度集成的內(nèi)通系統(tǒng)人機(jī)交互界面，對(duì)演出相關(guān)人員進(jìn)行監(jiān)督調(diào)度。本文研究了舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)，包括人機(jī)交互界面技術(shù)，通訊協(xié)議以及數(shù)字矩陣技術(shù)等。這些技術(shù)的綜合運(yùn)用增強(qiáng)了舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)的實(shí)用性、實(shí)時(shí)性和可靠性，保障了劇場(chǎng)演出的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：內(nèi)通系統(tǒng)；交互界面；通訊協(xié)議；數(shù)字矩陣

中圖分類(lèi)號(hào)：TN919文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-02-15

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“演出呈現(xiàn)關(guān)鍵支撐技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范(項(xiàng)目編號(hào)：2012BAH38F00)”資助

作者簡(jiǎn)介：李真 (1978- )，女(漢族)，河北衡水人，中國(guó)傳媒大學(xué)講師. E-mail：lizhen@cuc.edu.cn

Research on Key Technology of Virtual Control Platform

for Stage Intercom System

LI Zhen，YANG Qian-yi，NAN Jie，AN Yu-jie

(Department of Automation，Communication University of China，Beijing 100024，China)

Abstract：The virtual control platform for stage intercom system makes it possible that the stage manager can schedule theatre staff through highly integrated user Interface. This article presents the key technology of virtual control platform for stage intercom system，including user interface.technology，communication protocol and digital matrix technology. The combination of these technologies improves the reliability of the virtual control platform，and ensures the theatrical performance runs smoothly.

Keywords：intercom system；interface；communication protocol；digital matrix

1引言

在劇場(chǎng)演出中舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)是溝通舞臺(tái)監(jiān)督與各個(gè)部門(mén)工作人員的橋梁，它為一場(chǎng)演出有條不紊的順利進(jìn)行提供了有力保障。舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)以IP技術(shù)為依托，滿足語(yǔ)音及數(shù)據(jù)調(diào)度的業(yè)務(wù)需求，整個(gè)系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)集成化不高，子系統(tǒng)分散獨(dú)立的缺陷，實(shí)現(xiàn)無(wú)線與有線的網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化、可移動(dòng)式的舞臺(tái)內(nèi)通調(diào)度系統(tǒng)，使得舞臺(tái)監(jiān)督能夠在高度集成的舞臺(tái)監(jiān)督環(huán)境下(人機(jī)交互界面)，對(duì)為舞臺(tái)演出服務(wù)的全部工作部門(mén)進(jìn)行監(jiān)督、調(diào)度[1]。其中，無(wú)線通話基站，有線通話基站，數(shù)字矩陣及虛擬控制平臺(tái)連接在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，提供可靠的數(shù)據(jù)交換保障，實(shí)現(xiàn)各部分的無(wú)縫銜接。對(duì)內(nèi)通系統(tǒng)中數(shù)字矩陣預(yù)先進(jìn)行端口配置，則虛擬控制平臺(tái)的通話面板可以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的通話功能，如單呼，組呼，分組會(huì)議等，能夠滿足劇場(chǎng)演出過(guò)程中人員協(xié)調(diào)溝通的需求，為舞臺(tái)監(jiān)督提供更集中快捷的指揮決策信息。相關(guān)的技術(shù)包括交互界面實(shí)現(xiàn)，通訊協(xié)議以及數(shù)字矩陣技術(shù)。本文將重點(diǎn)研究了舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)。

2交互界面實(shí)現(xiàn)

用戶交互界面利用MFC框架編寫(xiě)，MFC框架定義了應(yīng)用程序的輪廓，并提供了用戶接口的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方法，利用MFC編寫(xiě)程序的本質(zhì)是選擇該類(lèi)庫(kù)中合適的類(lèi)，并調(diào)用其下相應(yīng)成員函數(shù)來(lái)完成某個(gè)功能。

VS提供了相應(yīng)的工具來(lái)完成該工作：AppWizard可以用來(lái)生成初步的框架文件(代碼和資源等)；資源編輯器用于幫助用戶直觀地設(shè)計(jì)用戶接口；ClassWizard用來(lái)協(xié)助添加代碼到框架文件；編譯，則通過(guò)類(lèi)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序特定的邏輯[2]。

整個(gè)界面設(shè)計(jì)是通過(guò)繪圖工具、PS圖像整合等軟件，制作出界面的應(yīng)用圖片，依照程序及MFC界面實(shí)現(xiàn)的不同功能進(jìn)行圖片的反復(fù)定位。步驟如下：

(1)打開(kāi)VS的資源管理視圖，打開(kāi)IDD_VOIP KP_DIALOG，然后把按鈕、圖片控件等要用到的控件按位置拖到界面上，如圖1所示。

圖1　VS資源管理視圖

(2)為控件設(shè)置ID、標(biāo)題等屬性。

(3)在相應(yīng)文件中添加加載圖片的函數(shù)，把要用到的圖片加載進(jìn)工程，然后把圖片加載到按鈕、圖片等控件上。

(4)雙擊面板上的按鈕控件，就可為該按鈕添加相應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)，即添加點(diǎn)擊按鈕之后要進(jìn)行的操作的代碼實(shí)現(xiàn)。

交互界面工程文件的主要函數(shù)有：

BitmapSlider.h和BitmapSlider.cpp：自定義的滑塊控件類(lèi)的聲明與實(shí)現(xiàn)。

def.h：工程中用到的變量的定義。

memdc.h：內(nèi)存繪圖的頭文件(系統(tǒng)文件)。

Stdafx.h、Stdafx.cpp和targetver.h：包含了工程要用到的一些系統(tǒng)頭文件。

VOIPKP.h和VOIPKP.cpp：MFC工程創(chuàng)建時(shí)自動(dòng)生成。

VOIPKPDlg.h和VOIPKPDlg.cpp：對(duì)界面進(jìn)行控制的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)界面的控制改動(dòng)基本都在這里進(jìn)行。

整個(gè)界面加載的流程如圖2所示。

圖2　界面加載流程

3通訊協(xié)議

舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)的通話面板啟動(dòng)后，必須按照一定的時(shí)序發(fā)送消息，才能與數(shù)字矩陣的網(wǎng)絡(luò)接口卡聯(lián)絡(luò)上，只有聯(lián)絡(luò)上之后，才能進(jìn)行語(yǔ)音通話。

通訊過(guò)程采用socket編程，通信協(xié)議為UDP和TCP，設(shè)備通訊設(shè)計(jì)流程如下：

(1)初始化socket套接字動(dòng)態(tài)庫(kù)。

(2)獲得本機(jī)的IP。獲取本機(jī)的名稱和地址等信息，并將一個(gè)IP轉(zhuǎn)換成一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)分格式的字符串。

(3)創(chuàng)建socket套接字。使用的函數(shù)為socket。

(4)綁定套接字的IP和端口。使用的函數(shù)為bind。

(5)開(kāi)始收發(fā)包，接包和發(fā)包必須嚴(yán)格按照時(shí)序進(jìn)行。通訊的總時(shí)序如表1所示。

表1　通訊總時(shí)序

數(shù)字矩陣的網(wǎng)絡(luò)接口卡啟動(dòng)后，每隔5秒會(huì)向通話面板發(fā)送聯(lián)機(jī)信號(hào)，直至接收端通話面板應(yīng)答。用于兩者的初始聯(lián)絡(luò)。通話面板收到聯(lián)機(jī)請(qǐng)求后進(jìn)行回復(fù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)。

聯(lián)機(jī)以后，網(wǎng)絡(luò)接口卡和通話面板互相發(fā)送建立UDP心跳連接的信號(hào)，并互相應(yīng)答一次，應(yīng)答之后即表示心跳連接建立，然后兩者每隔一段時(shí)間發(fā)送心跳包，如果有應(yīng)答，即表示兩設(shè)備之間保持聯(lián)機(jī)狀態(tài)，如果一段時(shí)間之內(nèi)沒(méi)有應(yīng)答，即表示設(shè)備之間斷開(kāi)連接，網(wǎng)絡(luò)接口卡隨之進(jìn)入請(qǐng)求聯(lián)機(jī)狀態(tài)。

TCP連接與心跳建立時(shí)，通話面板作為T(mén)CP客戶端，網(wǎng)絡(luò)接口卡作為T(mén)CP服務(wù)器，端口為2080，TCP連接建立好了后，雙方會(huì)互相發(fā)送自身設(shè)備信息，之后就是不包含信息的心跳保持幀。

其中采用UDP協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)包類(lèi)型有：聯(lián)機(jī)請(qǐng)求、響應(yīng)包、心跳包、語(yǔ)音控制包、語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，采用TCP協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)包類(lèi)型是：心跳包、配置信息包、命令包。按照此通訊協(xié)議可實(shí)現(xiàn)虛擬控制平臺(tái)的通話面板與矩陣網(wǎng)絡(luò)接口卡之間的連接，并實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音數(shù)據(jù)以及配置數(shù)據(jù)的交換。

4數(shù)字矩陣技術(shù)

數(shù)字矩陣采用了TDM(Time Division Multiplexing)時(shí)分復(fù)用的技術(shù)。TDM就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)隙，并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)時(shí)隙交換方式進(jìn)行路由選擇[3]。

數(shù)字通話矩陣首先將Talk通道講話信號(hào)進(jìn)行取樣、量化、編碼處理，然后在相應(yīng)軟件控制下將各路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行TDM時(shí)分復(fù)用，再經(jīng)過(guò)TDM解復(fù)用、時(shí)隙交換后，將各路數(shù)字信號(hào)路由至指定的Listen通道，實(shí)現(xiàn)了信源、信宿的交換。數(shù)字矩陣基本原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3　數(shù)字矩陣原理結(jié)構(gòu)圖

模擬通話矩陣的主要缺點(diǎn)是它們的交叉點(diǎn)的數(shù)量、體積、功耗、物理規(guī)模和造價(jià)與用戶數(shù)量的平方成比例增長(zhǎng)，而且固定混合器不能各自調(diào)整所聽(tīng)到信號(hào)的相對(duì)電平。而數(shù)字通話矩陣?yán)脮r(shí)分復(fù)用技術(shù)可以提供強(qiáng)大的交叉能力，數(shù)字通話矩陣在Listen通道前方設(shè)計(jì)有可編程的混合器，通過(guò)對(duì)從TDM總線中分離出來(lái)的，已經(jīng)被分配到指定Listen通道的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以方便地實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)電平增益的獨(dú)立調(diào)整和信號(hào)混合。并且可以提供多個(gè)端口，從而實(shí)現(xiàn)劇場(chǎng)舞臺(tái)監(jiān)督對(duì)各個(gè)工種調(diào)度的通話需求。

5結(jié)論

基于IP的舞臺(tái)內(nèi)通系統(tǒng)虛擬控制平臺(tái)很好的實(shí)現(xiàn)了舞臺(tái)監(jiān)督環(huán)境的高度集成化，相關(guān)保障技術(shù)的綜合運(yùn)用使該平臺(tái)具有較高的可靠性，能夠滿足劇場(chǎng)調(diào)度的需求。除了本文提到的技術(shù)之外，還有音頻編碼技術(shù)、QoS技術(shù)等，可以在一定程度上改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量。目前該平臺(tái)可用于Windows多個(gè)版本的系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，聯(lián)機(jī)，界面顯示及語(yǔ)音質(zhì)量情況都符合真實(shí)環(huán)境應(yīng)用需求的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)任編輯：王謙)