白石磊

【摘 要】 基于舞臺(tái)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(tái)視效設(shè)備；聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)；智能組網(wǎng)；開(kāi)放接口；分層設(shè)計(jì)

文章編號(hào)： 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(tái)演出是視聽(tīng)覺(jué)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(tái)視效的呈現(xiàn)主要依靠舞臺(tái)燈具、LED顯示屏、投影等設(shè)備，但分別獨(dú)立控制給舞臺(tái)整體呈現(xiàn)視覺(jué)效果帶來(lái)不便。目前舞臺(tái)各類(lèi)視效設(shè)備控制方式主要有以下三種形式：（1）通過(guò)燈光控制臺(tái)對(duì)舞臺(tái)燈光系統(tǒng)及特效設(shè)備進(jìn)行控制；（2）比較簡(jiǎn)單的舞臺(tái)顯示屏控制技術(shù)直接通過(guò)計(jì)算機(jī)外加一些簡(jiǎn)單的視頻圖像處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的控制，這類(lèi)技術(shù)控制屏幕方式單一，無(wú)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(tái)視效設(shè)備的協(xié)同。

現(xiàn)有的舞臺(tái)視效設(shè)備控制方案，無(wú)論是單純的視頻控制臺(tái)，還是網(wǎng)絡(luò)燈光控制臺(tái)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(duì)于使用人員技術(shù)門(mén)檻較高，演出中往往需要多名專(zhuān)業(yè)人士協(xié)同操作。

隨著舞臺(tái)視效設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多，應(yīng)用技術(shù)不斷更新，多系統(tǒng)控制、多舞臺(tái)產(chǎn)品的視覺(jué)效果搭配的需求越來(lái)越迫切?，F(xiàn)有的單一控制設(shè)備沒(méi)有從頂層設(shè)計(jì)的角度考慮整套系統(tǒng)的通用性、簡(jiǎn)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(huì)廳、企事業(yè)單位多功能廳、廣場(chǎng)燈光視頻秀、展覽館、陳列館等非專(zhuān)業(yè)演出場(chǎng)所，以及一些中小型劇場(chǎng)，亟需一種操作簡(jiǎn)單，集視頻、燈光、景觀照明等控制為一體的性?xún)r(jià)比較高的舞臺(tái)視效聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

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

舞臺(tái)視效聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)研制目標(biāo)是面向非專(zhuān)業(yè)演出場(chǎng)所及一些中小型劇場(chǎng)，提供簡(jiǎn)單、易用、集成化、一體化綜合控制臺(tái)。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(kāi)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(tái)，無(wú)需另行開(kāi)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(tái)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(zhuān)業(yè)圖形卡，同時(shí)還可以將物理按鍵、推桿模塊通過(guò)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(kāi)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(cè)、自動(dòng)配置、自動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控。

（4）簡(jiǎn)單開(kāi)放

系統(tǒng)軟件及網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)開(kāi)放接口，可被更多的用戶(hù)認(rèn)可和使用，同時(shí)便于用戶(hù)的二次開(kāi)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(mǎn)足最小系統(tǒng)的簡(jiǎn)單使用，也能充分滿(mǎn)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(duì)外來(lái)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(duì)網(wǎng)絡(luò)行為提供來(lái)源追查功能。

3 舞臺(tái)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(kāi)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(kāi)發(fā)，可以分解為三層：（1）頂層為“傻瓜式”人機(jī)交互平臺(tái)，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(chǎng)景設(shè)置平臺(tái)，技術(shù)人員可以根據(jù)場(chǎng)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(tái)配置的技術(shù)參數(shù)，按照節(jié)目類(lèi)型編輯；（3）設(shè)備設(shè)置，對(duì)于舞臺(tái)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(tái)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(xiàn)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(hào)輸出，通過(guò)內(nèi)置板卡可以實(shí)現(xiàn)不同形式的信號(hào)端口輸出視頻信號(hào)，針對(duì)投影機(jī)或LED大屏等顯示終端非常方便選取不同類(lèi)型的輸入信號(hào)接口。采用控臺(tái)式面板按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)屏體亮度、節(jié)目和進(jìn)度等的簡(jiǎn)易式操作。

燈控的主要架構(gòu)：集成燈光控制臺(tái)的控制編輯接口和按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)常用舞臺(tái)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(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)自身及外置硬盤(pán)存儲(chǔ)節(jié)目素材，將舞臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景控制（各個(gè)視效單元的場(chǎng)景技術(shù)要求以節(jié)目單元的形式存儲(chǔ)）存儲(chǔ)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(cè)、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(guò)監(jiān)視窗口對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度監(jiān)控控制。

由于非專(zhuān)業(yè)演出場(chǎng)所的燈具、燈位、LED屏等視效裝置的設(shè)置一般相對(duì)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(kāi)機(jī)時(shí)，界面將出現(xiàn)模式選擇，用戶(hù)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(hù)可以直接根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景從視效庫(kù)中選擇需要的效果，方便快捷。如果視效庫(kù)中無(wú)法找到對(duì)應(yīng)的效果，用戶(hù)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(guò)智能向?qū)У哪Ｊ綄?duì)用戶(hù)進(jìn)行指導(dǎo)，用戶(hù)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(tái)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(tái)受控設(shè)備種類(lèi)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(jiǎn)化用戶(hù)操作，實(shí)現(xiàn)“即插即用”，將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織及各廠(chǎng)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(cè)到協(xié)議管理組件庫(kù)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(duì)各個(gè)協(xié)議進(jìn)行開(kāi)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(lèi)支持，包括：DMX512、Artnet、sACN、RDM等國(guó)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(lái)發(fā)展日趨成熟的技術(shù)。設(shè)備組網(wǎng)的協(xié)議識(shí)別流程如圖4所示。

3.3 控制臺(tái)操作軟件的設(shè)計(jì)

控制臺(tái)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(zhuān)業(yè)用戶(hù)的技術(shù)門(mén)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(duì)專(zhuān)門(mén)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。控制面板上設(shè)置的按鍵包括“場(chǎng)景”“設(shè)置”“上翻”“下翻”“確定”“取消”“節(jié)目管理”等。并且對(duì)于每一步具體的操作，系統(tǒng)都會(huì)引導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行。系統(tǒng)內(nèi)置有燈具信息文件，用戶(hù)可以直接調(diào)用，也可在控臺(tái)上進(jìn)行編輯另行存儲(chǔ)在控臺(tái)或外部存儲(chǔ)設(shè)備上。在控制臺(tái)操作面板設(shè)置“場(chǎng)景”按鍵和上、下、左、右控制鍵，用戶(hù)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和情節(jié)需求，通過(guò)上下左右控制鍵對(duì)控制臺(tái)燈具信息庫(kù)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(tái)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(hù)也可以對(duì)燈具信息庫(kù)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(mǎn)足多樣化、個(gè)性化的應(yīng)用需求。若用戶(hù)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(kù)，即可進(jìn)行調(diào)用。用戶(hù)創(chuàng)建新文件的流程如圖5所示。

屏效控制要操作簡(jiǎn)便，所見(jiàn)即所得?？刂婆_(tái)面板上設(shè)置播放控制鍵區(qū)和編輯鍵區(qū)。用戶(hù)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(lái)顯示用戶(hù)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(duì)應(yīng)一塊顯示屏，每個(gè)播放窗中可以進(jìn)行獨(dú)立打開(kāi)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?lái)控制播放區(qū)的位置、大小及所要播放的內(nèi)容，控制窗可以展開(kāi)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(duì)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(jiǎn)單控制。

4 系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

（1）集成化程度高，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，功能齊全?？梢栽谝粋€(gè)控制臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)舞臺(tái)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(guò)與舞臺(tái)模擬軟件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)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(jí)別在線(xiàn)保護(hù)功能；網(wǎng)絡(luò)備份全自動(dòng)化；線(xiàn)路設(shè)計(jì)具有前瞻性、兼容性，充分滿(mǎn)足未來(lái)線(xiàn)路延伸、節(jié)點(diǎn)增加及系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)等需求。

（3）界面友好，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用，降低用戶(hù)技術(shù)門(mén)檻。

（4）價(jià)格相對(duì)比較便宜，可用性、可維護(hù)性好。

系統(tǒng)從市場(chǎng)應(yīng)用及客戶(hù)的需求出發(fā)研發(fā)舞臺(tái)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(chǎng)前景。