網絡技術在燈光系統中的應用——談中山廣播電視臺演播廳燈光系統網絡化改造

王 藝

（中山廣播電視臺技術中心，廣東 中山 528403）

目前，電視畫面的組成部分之一——燈光，在發生著顯著的變化，除了具備基本照明和藝術表現的功能，還從“幕后”走到了“臺前”：電腦燈、光束燈、LED燈等新型效果燈的排列變化，已直接參與了畫面構圖，燈體以及借助煙霧形成的光束和五彩繽紛的光環，都成為攝像機捕捉的畫面內容。這種變化使燈光在電視節目中的作用更加令人矚目。

為適應新時期媒體改革和發展的要求，廣東中山廣播電視臺對演播廳燈光系統進行了改造，工程采用了網絡技術，提升了系統性能。本文對此次改造的技術特點作簡單介紹。

1 燈光系統網絡化是此次改造的重點

1.1 網絡化的技術基礎條件

作為燈光系統的指揮中心，燈光控制系統的可靠與否，直接影響著電視節目的燈光效果，關乎電視節目的錄制與直播質量。燈光控制系統的安全問題一直困擾著現場的燈光師，要確保燈光控制的萬無一失，除了選用技術成熟、性能穩定可靠的調光產品，科學合理的備份控制系統設計也至為關鍵。

十幾年來，國內、外專業燈光生產廠商先后設計實施了若干備份模式。中山廣播電視臺改造前采用的模式是將兩個相同功能的調光臺放在同一控制室內，作為主、備控制臺同時工作，信號輸出大者優先；當主控臺失效時，再通過副控臺進行控制。由于主、備份控制臺之間的聯接沒有相互學習功能，通常在彩排前要將燈控程序編入主、備份臺中，這樣既浪費資源，又達不到最佳的跟蹤備份效果。

1.2 Art-Net協議

電視產業數字化、網絡化、智能化的浪潮，推動了專業燈光技術的迅猛發展。在Artistic licence發布Art-Net協議后，法國ADB公司（ADB Lighting Technologies）將其應用于燈光產品中，目前已有超過100家制造商采用了Art-Net協議。該協議的應用改善了系統的備份功能，增加了控制系統的可靠性。Art-Net協議示意圖見圖1。

Art-Net是一個在TCP/IP協議基礎上采用lOM以太網的協議標準（由于網絡技術的特點，它也可以方便地轉用100 M的以太網），利用廣泛使用的標準以太網技術來傳送大量的DMX 512數據（最新可達255個DMX 512系統），以滿足當前最迫切、最普遍的應用需求。它給每一個加入聯盟的廠商一個OEM碼，并提供一個算法，結合網絡芯片的MAC碼，由此產生每一個設備不會重復的固定IP地址，每次接通網絡，由控制臺向整個網絡發出一次巡查（A rtP001）數據包，每一個受控設備（Node）或網上其他控制臺進行應答后，控制臺即可了解網絡的配置和各設備的屬性，整個網絡即可進行正常運行。為了今后不斷改善、升級和擴大功能，Art-Net在它定義的數據包格式中，預留了許多未用到的數據字節，目前均定義為零，將來根據需要定義為其他數字即可開發為新的功能。

Art-Net協議可以看作是TCP／IP協議和DMX 512協議的結合，它兼容了現有的大量基于DMX 512協議的設備，利用網絡技術解決了DMX 512協議的缺點，技術成熟，系統成本低。

2 燈光系統網絡化改造的目標

（1）信息的互通性：網絡設備均符合國際標準的網絡傳輸協議——TCP/IP協議、燈光控制協議——DMX 512（1990），保證網絡數據的互通。

（2）信息的互用性：設計的網絡設備均是采用Art-Net協議生產的網絡控制臺、網絡節點和符合國際標準的網絡設備，解決了網絡數據的互用性問題，實現信息共享。

（3）信息的可靠性：設計選用的設備均性能可靠，技術成熟，有防錯糾錯功能，傳輸數據更安全。

（4）提高網絡的運行質量：運用新技術，采用合理、有效、可靠的傳輸介質和網絡運行設備及終端設備，保證數據傳輸的準確高效。

（5）提高網絡的資源利用率：充分了解演出需要的信號點位，合理進行線路布置，力求網絡信號的最大利用率。

（6）系統控制全面性：網絡系統能承載幾乎所有燈光設備，包括舞臺常規燈、電腦燈、換色器、效果器，以及場燈、工作燈在內的舞臺或演播廳照明控制系統。

（7）系統控制多樣性：實現各演播廳照明燈光的直控、遙控、監控、多人控制與多點控制。

3 改造后達到的功能目標

（1）網絡中各控制臺之間可以互相學習、互為備份。備份臺以網絡的架構與主控臺相連，并利用全跟蹤備份模式對主控臺進行學習，即兩臺調光臺并行處理，任一臺上按鍵則另一臺馬上學習，當主、備控臺中任何一臺失效時，另一臺就會自動轉入跟進輸出。這種方式既可充分發揮有限資源的作用，又可確保演出的燈光控制萬無一失。

（2）方便實施遠程控制和技術支持，為燈光設計人員的桌面設計電腦聯網提供了技術手段。

（3）通過網絡通訊信號接口和調光立柜軟件，燈光操作人員可以在燈光控制室通過電腦或控制臺顯示屏，隨時了解燈光系統信息及工作狀態，從而及時對各燈光回路實行監測、遠程控制和故障報告。

（4）通過網絡節點可以設置電腦、設計者方位、遙控器、演示控制器等，從而實現分點控制、多點控制、手提遙控或無人控制，給節目彩排、制作帶來便利。

（5）網絡系統穩固、編程合理，在硬件結構不改變的情況下，也可以利用軟件對系統進行升級。

4 燈光系統的組成結構

這次燈光系統改造工程主要由以下幾個部分組成：

4.1 燈光控制臺

燈光控制臺選用了M ENTOR（顧問）系列電腦調光臺，這是一款高性能、靈巧型燈光控制臺，通過以太網分配可達到16個DMX分配端口，本系統只選用了512通道、1 024調光回路，節省了資金。

該調光臺可控制任何DMX 512信號的數字產品，如電腦燈、換色器等，極大地方便了燈光師的創作和操作，滿足了演播廳燈光設計的要求。其特點為：操作靈活，編緝修改方便，性能穩定可靠，抗干擾能力強；可直接訪問所有功能菜單、遠程診斷、數字拷貝、便捷的軟配接；允許多個控制臺進行編程、多重合并、全跟蹤備份；DMX通過以太網遙控監視器，實現文件共享；使用USB存儲棒，可隨時隨地錄放數字內容；可對調光臺進行推桿擴展，最多擴展4個模塊，達到96集控或120推子。

4.2 燈光以太網/DMX網絡系統

燈光控制網絡系統是指演播廳網絡化燈光控制的系統。燈光信號傳輸采用以國際標準TCP/IP協議為基礎的以太網絡，傳輸各種信號，實現DMX輸入與輸出、直控、遙控、視頻、信息反饋及編輯等功能。分布在演播廳各個角落的以太網節點（Art-Net），與燈光控制室的交換機連接構成網絡系統。以太網節點可同時連接多個不同的燈光控制臺作現場或預演，符合DMX 512協議。數據傳輸介質采用超5類網線來實現。

DMX信號特性有：由網絡中的NODE 19網絡轉換器轉換提供，每個NODE 19上提供兩個DMX接口；可以做到將Art-Net轉換成DMX 512，或者將DMX 512轉換成Art-Net，再通過內置網頁來設定以太網信號；有信號的輸入輸出允許/禁止功能；前面板可顯示以太網存在信息；有DMX混合、DMX備份、DMX 分配/放大，內置DMX 軟配接。這些功能容許設置工序在演播廳的中央計算機或任何無線場景遙控器上完成。通過ADB NODE 19（Art-Net網絡節點）實現以太網控制信號與DMX信號的相互轉換，并合理分布于演播廳各DMX信號節點。

燈光網絡配置具備專用的ADB W i-Fi軟件，給控制臺帶來了無線以太網遙控功能，包括通道和存儲管理、執行宏、直接訪問到調光器等。網絡中還具備了以太網控制、無線以太網控制、DMX控制、無線HF遙控。演播廳燈光控制系統圖見圖2。

通過網絡節點在觀眾席建立燈光控制站點和監控接口，完全實現演播廳燈光的多點控制、多人控制、遙控和監控，這種具有國際先進水平的高度靈活性燈光控制系統，充分體現了電視臺現代化管理理念與新式燈光操作管理模式，大大節省裝臺、對光與布光所用的時間，也為導演與燈光師在節目編排和制作現場的聲音和視覺交流帶來了便利。

在主干網絡采用環網形式，信號雙向傳輸互相備份；燈光控制臺采用雙機熱備份；調光立柜采用雙處理器形式，可以同時接受一路網絡信號、兩路DMX512信號。

4.3 網絡調光硅柜

網絡調光硅柜包含一個隔離空開、兩個調光控制器、30個調光模塊（120路光路輸出），統一標準抽屜，可相互替換。其工作由兩個數字解碼控制器組成一個“動態雙備份”，當其中一個發生故障時，另一控制器照常工作，故而不會影響立柜的功能，理論上不會產生暗場現象。

全數字調光立柜具有設置直通功能，在前端信號丟失的情況下，可應急直通，確保現場不暗場；具有立柜散熱系統，可強制送風及強制抽風，散熱好，熱穩定性好，采用國際先進的軸流風機，噪音極低；還具有可預選各種調光曲線、抗干擾能力強、抗電擊能力強等優點。其原理方框圖如圖3所示。

調光控制器以嵌入式MCU為核心，接收4路DMX調光信號的輸入，也接收網絡信號的輸入，控制120路調光模塊的光路輸出。

5 燈光網絡系統軟件

在這個燈光網絡系統上使用的軟件有“ISIS?” 、“Advanced Dimmer Network &Dimmer Manager”等，不同的軟件在整個網絡中的功能各異。

“ISIS?”為整個系統或單機的操作系統(O/S),所有其他功能也都圍繞它而存在。此軟件能處理6 144通道（Channel）、8 192 DMX地址輸出(Dimmer)、2 048 DMX地址輸入、9 999燈光存儲(Cue)、999組(Group)、999宏(Macros)、999個集中預置（Preset Focus）、99×99跑燈，可建立99種效果，具備強大的學習功能，允許全跟蹤備份、數據多重合并，DMX通過以太網遙控監視器實現文件共享等。除了在調光臺中應用外,還可裝進PC機以作為脫機編輯或PC機備份。

網絡工作站的PC平臺安裝了“Advanced D imm er Network &Dimmer Manager”。該軟件是一個完整的調光系統，無需任何額外的接線雙向聯網，擔負整個網絡系統DM X地址碼分配工作，全系統的任何調光器在遠程編程時，其可以當作NETBUS遠程調光控制器，對調光器進行管理，完成全系統的遠程測試、監控、故障報告和內存管理。

6 燈光網絡系統布線

在整個燈光網絡系統中，線材選用可根據系統的大小及節點間的距離來決定。網絡系統布線選材如表1所示。

從表1可看出，除第三項光學纖維外，有效距離最遠者為10Base2。按道理應該為最佳選擇，但在整個系統的配置時需注意“終端”及線路的分布等問題。

典型的10Base2設計，線路的盡頭必須加上50 Ω終端頭作為整個網絡節段的負載。網路節段的長度最遠可為185 m，但整條網路節段必須為直線狀，在18 m的線纜鋪設中,如果有任何缺口，原來的兩段將會癱瘓。加上所用接口及線材較為昂貴，故而如非必要或有需要將兩分系統連接，一般不建議采用。

表1 燈光網絡系統布線選材

10BaseT的接法如星狀向外散射，中心部份以網絡分配（HUBS）連接。接口為類似電話號碼接頭的RJ45，線材為雙絞線的5類（100 Mb/s）網線。這種接法有簡易明了、材料經濟和保險系數高等好處。萬一其中某節段斷路，其他與網絡分配器連接著的節點還能繼續工作運行。大型舞臺、大中型演播廳多使用這種接法。

10BaseFL（光學纖維）則為大型網絡系統所用，一般設計為每個分系統間的連接。大型戶外演出、大型主題公園不同主題區間的連接便可用這種接法。

本演播廳改造后演出效果如圖4所示。

結語

在現行的演播室、舞臺燈光控制系統中，燈光控制臺、燈光控制網絡系統、網絡調光硅柜都是不可少的。基于對現代燈光控制新理念和演播廳燈光應用較深刻的理解，本燈光控制系統整體設計思路應用范圍全面、布局合理，在技術上實現資源共享，保障了演播廳燈光控制系統中DMX信號輸出的可靠性和連貫性，極大方便了燈光創作人員與節目管理人員對舞臺燈光的控制。

[1]王業罡.基于A rt-Net協議的嵌入式調光系統的研究與設計.學位論文.延邊：延邊大學，2007