舞臺多元素集中控制系統的應用探討

范緒威，莊 暢，楊 勉

（湖南明和光電設備有限公司，湖南 長沙 410100）

舞臺多元素集中控制系統的應用探討

范緒威，莊 暢，楊 勉

（湖南明和光電設備有限公司，湖南 長沙 410100）

探討一種舞臺多元素集中控制系統，可用其實現舞臺燈光、音響、視頻等各類設備的集中控制；介紹該系統的基本條件及應用案例。

舞臺多元素；集中控制；Art-Net協議；媒體服務器

當今時代，文化藝術與科技緊密相連。舞臺藝術家和舞臺技術工作者一直在思考，如何把各種高新技術融入舞臺表演中。北京奧運會開幕式等國內外各種大型的文體表演、保留劇目與數字化多媒體技術的融合，及多媒體劇或3D Mapping表演秀等等，無不體現出多元素融合的創新設計理念、新穎而多元化的舞臺表現形式，和機械運動與聲音、光影變化運動相結合的藝術表現手法，它們都極大地豐富了舞臺藝術語言，構建了良好的觀演關系。

隨著文藝演出舞臺形式的豐富，演出中使用的舞臺機械、燈光、音響、視頻等演藝設備的種類和產品數量均日益增加，設備技術應用也更加復雜，演出過程中對各種設備之間的協同工作和集中控制提出了新的要求。

1 舞臺系統設備集中控制的意義

舞臺演出是一門綜合藝術，編劇、導演、表演、舞臺美術、舞臺機械等都是其重要組成部分。對舞臺燈光、音響、機械、視頻和多媒體等舞臺應用各技術元素在一定程度上進行集中控制，可以拓寬舞臺表演空間、加強演員與多媒體影像的互動性，最大限度地將各類舞臺專業設備與藝術深度融合，更精確地為舞臺藝術服務。

2 舞臺多元素集中控制的基本條件

2.1 構建一個穩定可靠高效的系統局域網

不同的設備之間要通過局域網進行網絡連接、通訊，上傳媒體文件、發送控制指令、接收控制指令等等，需要一個穩定可靠高效的局域網平臺。應在不同的數據節點位置設置相應的數據工作站。數據工作站必須配備在線式UPS不間斷電源，配置可堆疊、可級聯的千兆網絡交換機。為方便各數據基站間隔較遠時，可通過光纖環網進行數據交換，交換機必須帶有SFP光電轉化模塊。光接口要求符合SFP MSA和IEEE802.3 z標準，為防止光纖跳線脫落，建議采用雙LC連接器; SFP光電轉化模塊須支持熱插拔，支持傳輸距離不小于2 km。

2.2 構建一個演出媒體交互平臺

嵌入式Windows操作系統和Linux操作系統的媒體服務器的操作系統穩定性好，但不支持多媒體素材文件本地上傳，必須采用客戶端軟件（見圖1）進行上傳。另外，控制（見圖2）、監控系統相關信息的查閱、拾取、打印也需要一個素材交互傳輸平臺。此部分的網絡通訊可以采用在數據工作站的管理型交換機下堆疊交換機的方式進行搭建。

2.3 支持Art-Net網絡控制的綜合控制臺

作為綜合型的網絡控制臺，應該具有公共的Art-Net控制功能。Art-Net是一個10BaseT（現在Art-Net 3已經適用于千兆網，即1000BaseT）基于TCP/IP協議的以太網，其目的是用標準網絡技術允許遠程傳輸大量的DMX512數據。控制臺本身Art-Net控制域越多，意味著它所能供給第三方被控制設備分配的DMX地址也就越多，但考慮到系統多機熱備份和控制臺本身運算壓力的問題，一般認為超過一定參數后，需要增加具備獨立處理能力的網絡處理器。同時，考慮到視頻控制的便捷性，網絡控制臺和媒體服務器（見圖3）都應該支持CITP協議，支持全連通性的縮略圖導入和視頻信息預覽（見圖4）。綜合控制臺在對舞臺機械進行控制時，必須能夠在控制臺上直接監視到舞臺的具體情況（見圖5），若顯示器窗口不夠，可外接屏幕作為舞臺機械運行的專業監視器。

2.4 具備獨立運算能力的網絡參數處理器

隨著局域網內控制參數增加到一定程度時，這時通過控制臺本身的系統狀態監控界面可以看到需要占用控制臺更多的硬件資源，從理論上講會給控制系統的運行帶來一定的系統風險。這時，需要在系統中加入網絡處理器（工作界面見圖6）來獨立分擔參數運算或減輕控制臺的運算負擔。

控制系統網絡處理器具有和控制臺相同的主板、處理器。網絡處理器通過主控制臺授權經過千兆局域網加入系統會話后，在運算時不會占用控制臺資源同時還能進行網絡擴展。在滿足系統安全性的前提下，還能滿足控制域和物理DMX512地址擴展的需求，非常安全可靠。另外有時為了信號傳輸的便捷性，還需要在系統中加入網絡協議轉換器。某大型演出中的部分網絡處理系統（見圖7）。

圖1 Linux操作系統的媒體服務器客戶端軟件素材上傳界面

圖2 Linux操作系統的媒體服務器客戶端軟件部分控制界面

圖3 媒體服務器CITP協議設置界面

圖4 支持CITP協議控制臺的縮略圖自動導入

圖5 綜合網絡控制臺直接對舞臺進行監視

2.5 支持DVI-D、DisplayPort視頻信號輸出的媒體服務器

數字媒體服務器，在舞臺多元素集中 控制系統中不僅承擔著媒體文件播放控制的作用，往往還承擔著畫面拼接融合、圖層控制、時間軸線性編輯、多點曲面校正、梯形校正、特效控制、服務器自身輸出（或通過專業外置聲卡輸出與影像同步的高品質音源至調音臺接口箱或調音臺本地）等任務。比較常見的服務器視頻輸出信號接口有DVI-D（見圖8）、DisplayPort（見圖9）。

另外，在大型的綜藝演出或電視臺的直播節目中，媒體服務器還具有采集外來視頻信號輸入的功能。常見的輸入信號有DVI-D、HD-SDI等（見圖10）。

2.6 有關音頻信號的處理

舞臺多元素集中控制和音頻信號有關的控制方式主要有兩種：一種是由數字調音臺給出MIDI/SMPTE等音視頻同步信號，到綜合網絡控制臺觸發TIME CODE時間碼（見圖11）的方式來進行集中同步控制；另一種是由綜合網絡控制臺手動控制或TIME CODE時間碼控制數字媒體服務器的素材播放，然后由數字媒體服務器的專業外置聲卡（見圖12）輸出高品質的音頻信號至調音臺本地或數字調音臺舞臺接口箱輸入接口（見圖13）。

2.7 支持Art-Net協議、ACN協議控制的舞臺機械編程控制平臺

舞臺機械控制系統一般分為PLC軟件功能和上位機軟件功能。PLC軟件主要功能包括：權限控制、設置數據、設備互鎖、設備控制，設備編組，變頻器狀態顯示及復位報警，程控Ⅰ/Ⅱ，場景的編輯和運行介入，故障信息顯示等等。上位機軟件主要功能包括：設置設備名稱，設備場景數據設置及編場，劇目計時，主機信息顯示，日志生成打印，劇目下載等。采用自動控制系統可以對舞臺機械設備的運行參數進行高速實時的監視，如位置、速度、限位、負載等。可以在表演前提前設定各設備的運行參數，生成預設場景。

圖6 網絡處理器工作界面

圖7 大型演出中龐大的網絡處理系統

圖8 帶DVI-D輸出接口的媒體服務器

圖9 帶DisplayPort輸出接口的媒體服務器

圖10 帶DVI-D、HD-SDI多通道信號采集接口的媒體服務器

圖11 TIME CODE時間碼控制界面

在諸多的文藝演出中，除了單獨的機械子系統要求在表演過程中能夠對各種舞臺機械設備的運行定位、同步、速度等做出更精確的控制之外，還要求能夠接入整個演藝控制系統，實現音視頻機械燈光等系統的一體化精確集中控制。也就是說，在舞臺機械的獨立控制系統之上有一個總體的集中控制系統，這就要求舞臺機械操作臺（見圖14）能夠通過工業以太網接受綜合網絡控制臺的Art-Net網絡信號控制，能夠直接在綜合網絡控制臺上對舞臺機械的場景進行調用或直接編輯，控制臺提前針對舞臺機械的相應功能編輯對應的設備通道信息識別文件。同時要強調的一點就是：舞臺機械控制系統在接受綜合網絡控制臺控制時，其自身應具有能夠獨立和優先控制的操作界面系統，演出過程中由專人值守、監視，以確保舞臺機械系統運行的絕對安全。

圖12 配置專業外置聲卡的媒體服務器

圖13 媒體服務器輸出音頻信號至擴聲系統示意圖

3 舞臺多元素集中 控制案例分享

以筆者曾參與建設的國內某大劇院工程為例，該劇院所有的專業舞臺燈光、舞臺激光、LED視頻系統、投影機視頻系統、音畫同步音源輸出、舞臺特效、部分場景的舞臺機械系統全部集中由兩臺同型號的綜合網絡控制臺全程進行精確同步控制。其部分系統邏輯圖（見圖15）。

該系統配置了兩臺同品牌同型號的雙機熱備份控制臺。每臺控制臺不翻頁具有30根物理電動馬達推桿，50個物理的程序執行按鍵，自帶觸摸屏具有良好的人機交互界面，為防止誤操作所有的推桿都具有觸感功能。系統中依據數據分配柜的位置，配置了3臺同品牌同型號的單機8192參數的網絡處理器，另外還配置了一批支持RDM協議的機架式網絡協議轉換器（單機支持2048參數雙向轉換）、流動式網絡協議轉換器（單機支持1024參數雙向轉換）。所有的DMX信號分配器全部采用XLR 5針接口，支持RDM雙向通訊協議的原裝進口分配器，該系統能夠在網絡控制臺上直接對支持RDM協議的舞臺電腦燈具設置地址碼，能夠在控制臺上直接對網絡處理器和網絡協議轉換器進行IP設置、輸出通道域設置和輸入輸出模式轉換等操作。舞臺機械系統的工業計算機經過授權組網可以部分接受網絡控制臺的Art-Net網絡信號控制，控制臺針對舞臺機械的具體功能預先編制好詳細的信息文件以確保精確控制。由演出劇照可以看出（見圖16-1、圖16-2），在本項目工程案例中還有龐大的視頻顯示系統，該系統由LED全彩視頻系統（主表演區部分）和投影系統（舞臺紗幕部分和觀眾席上空及兩側部分）組成，在演出過程中，這兩大系統的視頻信號全部由數字媒體服務器輸出經由綜合網絡控制臺編程控制，字幕信號由筆記本電腦的HDMI信號轉換成DVI信號后經由服務器的DVI采集卡輸入至媒體服務器控制。演出過程中的部分音畫同步信號由媒體服務器匹配的專業外置聲卡輸出至數字調音臺舞臺接口箱，音頻采樣率為48 kHz，在保證同步控制的同時，滿足了現場演出對音源品質的要求。演出過程中，多臺大功率的全彩激光也由控制臺控制。只要先將激光燈設置為控制臺的一個固定設備配接好，然后把雙方的Art-Net選項啟用和聯通（見圖17），激光燈的控制軟件就能接收控制臺的同步控制了（見圖18）。在整個演出過程中，網絡同步控制系統運行非常安全、穩定、靈活，很好地體現了為表演藝術服務的宗旨。

圖14 幾種常見的舞臺機械控制臺

圖15 集中控制系統案例部分邏輯圖

圖16-1 舞臺臺口區域的全彩LED顯示屏系統

圖16-2 舞臺主表演區內部的全彩LED顯示屏系統

圖17 激光燈控制軟件設置

圖18 同步參與表演的激光燈效果

舞臺系統設備集中控制，可以更好地滿足舞臺藝術的需求，服務于舞臺演出，推動行業技術的發展。演藝技術工作者必須要從新的視角和方式去探索、創新和整合新的技術，以更好地為演藝行業服務。

（編輯 張冠華）

Application of Stage Multi-Element Concentration Control System

FAN Xu-wei, ZHUANG Chang, YANG Mian
(Hunan Minghe Technology Engineering Development Co., Ltd., Changsha Hunan 410010, China)

In this paper, the author discusses the technology of a kind of stage multi-element concentration control system, which can realize the centralized control of the stage lighting, audio, video and other equipments, and introduces the basic conditions and application cases of the system.

stage multi-elements; centralized control; Art-Net protocol; media server

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.002