淺析演播室融合網絡控制管理系統架構及特點
——以湖北廣播電視臺為例

王 偉，王海濤，袁 暢

（湖北廣播電視臺，湖北 武漢 430071）

在現今電視節目制作中，天馬行空的創意，通過燈光、機械、音視頻等多專業技術融合運用加以呈現，特別是AR、VR、全息投影、激光、實時跟蹤等跨領域技術的加入，同時伴隨著視頻和燈光技術突飛猛進的發展，使呈現方式更加多樣化，舞臺更富動感酷炫。節目制作的這種新趨勢，原來各專業系統獨立運行、靠人為協調的方式已不能適應這一變化，需要有一套功能強大、可集控的演播室融合網絡控制管理系統，可實時、同步、靈活地控制音頻、視頻、燈光、機械等各專業系統間不同類型信號的協調運行，如當演員在舞臺上表演，可實現燈光自動配合，視頻也能恰到好處地跟隨，達到互動和同步的效果；通過VR、AR等技術呈現多維度空間的轉換，讓現場以及電視機前的觀眾在現實與虛擬世界間穿越。

以湖北廣播電視臺200 ㎡演播室群配置的演播室融合網絡控制管理系統為例，闡述系統的功能、組成、網絡架構特點及對燈光、機械、音視頻等各專業系統的控制，歸納了系統的優勢及應用前景。

1 系統功能

湖北廣播電視臺主樓的五層融媒體中心有8個200㎡演播室，其布局如圖1所示，主要用于新聞、專題欄目、訪談類型節目的制作，依據傳統的控制模式，涉及到音視頻系統、圖文在線包裝系統、燈光系統、吊掛機械系統等主要專業系統，而且每個專業系統是各自獨立、封閉的，需要通過全臺的內部通話系統來人為調度協調。

圖1 演播室和導控室的布局

基于電視節目制作全媒體、全直播、多景區、多功能、流程化的設計理念，為200 ㎡演播室群設計了演播室融合網絡控制管理系統，融合了燈光、機械、音頻、視頻制作等系統，配合全方位、多視點的節目創意，能夠實現全景式、多維度、沉浸式的舞臺設計，顛覆以往舞臺為主、觀眾靠邊的常規布局，給觀眾帶來身臨其境的視聽感受。同時，該系統針對演播室的統一規劃、協作編排、同步控制的要求，可進行多種設備的同步操控，對演播室里的設備進行統一的集中化管理，無論是傳統設備的增加，還是新設備的引入，根據節目的播出流程控制演播室內的播出設備，也可根據不同的播出環境選擇不同的播出任務等；且系統支持多種協議，集中控制多個信號源，實現燈光、機械、視音頻、擴聲系統的信號綜合調度。演播室融合網絡控制管理系統功能如圖2所示。

圖2 演播室融合網絡控制管理系統功能示意圖

2 系統組成

演播室融合網絡控制管理系統是基于為專業AV解決方案設計的以太網可視化智能交換機GigaCore 14R組成的以太網絡架構，并已裝有調度管理系統軟件的服務器作為控制設備。

2.1 硬件架構

演播室融合網絡控制管理系統由帶有預配置的以太網交換機GigaCore 14R組成的多層環形主干網絡架構，如圖3所示；整個系統設計設有9個站點，其中，在每個演播室內對應1個站點，群控中心設置1個站點，可以實現群控中心的主站集中控制各分站點的控制臺，如圖4所示。

圖3 演播室融合網絡控制管理系統主干網絡架構

圖4 9個控制站點控制臺的連接

融合網絡控制系統具有雙環形網絡、每個站點間以互為路由備份、群控中心的擴展星型（Extended star）傳輸備份等多重實時備份措施，其鏈路冗余功能通過自身的RlinkX冗余協議即可自動生成備份鏈接，一旦出現主線路中斷可自動切換至備用信號通路（圖7中交換機之間實線為主信號線，虛線則為系統自動生成的備份線路）。這一架構使系統在安全和管理上更加可靠、穩定，從而保障節目安全播出；同時，在設備配置方面，融合網絡控制系統比傳統的獨立主備控制系統節省了7套備份設備，傳統的直播類演播室燈光、視頻、機械系統，每個演播室需組成主、備控制系統，需要16套控制臺和周邊信號設備，使用融合控制系統后只需要N（演播室數量）+1套的控制設備，也就是說只需要9套控制臺。

該系統改進了傳統的環網模式，無需再單獨設置優先級等操作，設備自帶的web訪問功能，均可對各端口Rlinks、POE、傳輸速度、端口名稱等做自定義修改。

2.2 系統軟件

Luminex GigaCore 14R交換機可視化軟件可以跟蹤整個系統的網絡連接狀態，除了交換機上常規的連接狀態LED指示燈實時顯示之外，交換機還使用了RLinkX冗余協議，在鏈路發生故障時可提供無憂的無縫恢復系統，當主鏈路出現問題時，冗余鏈路可在幾毫秒內接管而不會影響系統性能。并且，系統在使用中始終持續監視所有交換機端口的帶寬使用情況，如有流量堵塞報警功能，保障信號的絕對通暢。

演播室融合網絡控制系統的軟件借助系統服務器的可視化軟件平臺（見圖5），具有分組功能，可將不同專業設備在幾分鐘之內劃分到各自的VLAN，變得非常方便，這大大縮短了整個編程和調試時間，并且不需要用戶具有IT專業技能來控制軟件；同時，專為音視頻設備的連接提供多種協議，如AES67、ArtNet、Dante、Ethersound、MANet1&2、Q-LAN、REAC、sACN、Titan Net、RTTRP-L等多種協議、用戶資料庫管理，可實現演播室燈光、機械控制與音視頻播出的聯動；可以從服務器上輕松識別所有機柜位置，并容許管理者在軟件需要的情況下重新啟動全部或任意終端設備；可以實時監視燈光設備的RDM在線連接狀態，可以即時修改Universe數據和協議，并在運行ArtNet燈具時呈現可視化Universe數據并驗證燈具是否處于正常的程序和位置。

圖5 可視化軟件平臺

設置完整個系統后，主鏈路和冗余鏈路在管理軟件和開關LED上均可見，連接到相應的交換機或設備時，很容易監視端口，如圖6所示，為調試或運行階段的監視帶來了便捷。

圖6 端口監視

3 系統控制

3.1 對各專業系統控制的路由

在系統主干網結構下（圖3所示），各專業以自身專屬的協議通過可視化智能交換機接入主干網絡中，如圖7所示，專業燈光系統、機械系統主要通過ArtNET協議接入融合控制網絡中；擴聲系統采用Dante協議接入融合控制網絡；視頻子系統通過編/解碼器接入融合控制網絡；對于同一網絡中的多種協議，主干網使用的可視化智能交換機可通過設置編組來解決信號相互干擾的問題。

圖7 融合控制網絡系統連接示意圖

（1）燈光控制系統

每個演播室子站中的燈光控制子系統如圖8所示，僅需要配置1臺燈光主控制臺，群控中心配置集中備份控制臺及核心備份服務器，用于實時跟蹤的備份；同時，在群控中心還配置有燈光控制系統服務器，實時跟蹤記錄各分站點的控制狀態，有效地保障各子系統的運行安全。

（2）機械控制系統

與燈光系統一樣，在每個演播室子站中，僅需要配置1臺機械主控制臺，實時跟蹤備份也交給群控中心的集中備份控制臺實現，如圖9所示，同時，在群控中心還配置有機械控制系統的核心備份服務器，實時跟蹤記錄各分站點的控制狀態，有效地保障各子站機械系統的運行安全。另配置1臺移動控制器用于機械現場調整，和每個演播室都可以通過網絡與現場主控臺、群控中心的集中備份控制臺通信，實現數據共享。

（3）與音視頻控制系統的聯動控制

音頻擴聲信號的傳輸采用Dante協議，主、備調音臺可接入系統中任意位置的網絡接口形成實時備份系統，目前在設計的系統中編組預留了設備的接口。

視頻系統（播出、包裝、大屏顯示等）主要考慮海量的傳輸數據會影響整體網絡的速度，因此，視頻系統僅使用網絡觸發調用的工作方式，在本系統中預設置獨立編組預留觸發信號的接口。

3.2 系統的同步觸發方式

系統的同步控制目前使用的主要有UDP網絡信號或MIDI音頻信號兩種觸發方式，依據系統中配置的設備是否兼容網絡信號選擇觸發方式，如不兼容網絡協議采用傳統MIDI信號通過編碼器轉換成網絡信號接入網絡觸發，如圖8、圖9所示。

圖8 每個演播室子站燈光控制系統與融合網絡控制系統的路由

圖9 每個演播室子站機械控制系統與融合網絡控制系統的路由

同步操作實現過程：首先要在燈光控制臺上，對各個演區所需燈具輸出狀態的演出場景進行存儲（例如演區1燈光場景存儲為CUE1，演區2燈光場景存儲為CUE2，以此類推）；然后為存儲的每個燈光場景（CUE）創建被執行控制的“事件”，并對每個“事件”設置觸發方式為UDP網絡信號觸發或MIDI音頻信號觸發，執行方式設置成“外部”；最后在演播室融合網絡控制系統平臺上，為每個燈光場景的“事件”分別創建“狀態任務”，每個任務執行一個“事件”即一個演區的燈光場景。在需要進行同步控制時，通過發送UDP網絡信號或MIDI音頻信號傳輸至對應燈光控制臺，觸發對應事件編號的燈光場景，控制臺輸出控制信號開啟演播室內各燈具的工作狀態。

4 系統優勢

圖10 UDP網絡信號觸發模式

圖11 MIDI音頻信號觸發模式

演播室融合網絡控制管理系統采用廣播專業的交換機設備，開發多專業融合的管理軟件，控制節目便捷、安全地制作和播出，是一種非常重要的安全保障技術手段。該系統下融合網絡架構，與各專業獨立系統的網絡架構相比，其兼容性是考慮的重點，還要考慮各專業習慣的控制應用功能，同時結合生產安全性和穩定性方面的需求。基于此，設計出符合廣播電視應用場所需求的解決方案，可以真正延伸到實際節目制作過程中現場設備的控制層面，并結合各專業技術應用的特點，給予實際制作過程的全方位控制和管理，滿足節目制作高效性、穩定性、實時性、經濟性、智能性、擴展性等多方面的性能和要求。其主要優勢體現在如下幾方面。

（1）具有廣泛的兼容性。系統基于計算機網絡技術，能夠兼容多種協議通信，如AES67,ArtNet，Dante，Ethersound，MANet1&2，Q-LAN，REAC，sACN等協議，因此，集中控制音視頻、燈光、機械、包裝制作等多專業系統。

（2）系統具有高度的靈活性，結構簡潔，操作方便。相對于傳統的各專業獨立系統，該系統具有十分顯著的優勢，同時也讓后續培訓工作的開展變得更加有效率。

（3）具有較高的通信速率。相對現場總線來說，以太網的通信速率較高，1 Gb/s的技術應用已經十分成熟。在當前不斷增長的網絡吞吐性能需求的前提下，這種傳輸速率上的優勢十分明顯，其能夠更好地滿足當前的帶寬標準，讓整個通信實時性的要求得到滿足。

（4）具有良好的共享能力。整個網絡設備變得更加成熟通用的前提下，任何一個接入到網絡當中的運行設備，都可以實現對控制現場相關數據的瀏覽和調用，這對于遠程管控應用具有優勢。

（5）具有良好的擴展性。該系統采用以太網技術，應用及其廣泛，各種設備或系統普遍支持以太網技術。因此，作為良好的基礎平臺，為后續技術改造和升級提供了很大的空間。

（6）具有絕對的系統維護優勢。在一個復雜的節目制作中，涵蓋有燈光、音頻、視頻、投影、激光、機械等多專業的數千臺設備，它們采用的通信協議也不盡相同。建立集中控制、管理的系統，在以前傳統的做法下既復雜又有難度，需要采用大量的設備，占用大量的施工時間，而且很多效果需要通過燈光和音視頻的同步來實現，而系統運行需要精準、低延時的信號傳輸。而演播室融合網絡控制管理系統在設計之初，便明確節目制作方的需求，確定交換機光纖環網+信號分組+系統可視化控制管理三方面的方案，運用安全的系統架構做到信號全覆蓋，通過可視化軟件可以實時看到每個節點信號傳輸路徑與每個端口設備的分組情況，非常直觀地掌握整個節點情況，可視化軟件有實時日志功能，后臺能夠及時發現錯誤并通知糾正，減少傳統施工方案中因系統信息不可見導致在后期使用中需要逐級檢查而重新獲取系統信息的情況。系統特有的信號分組功能，只需技術人員在軟件端選擇需要劃分的組、端口點擊保存即可設置完成，分組總計可達20組，充分滿足系統的分區需求，以利于維護中可以快速、精準地找到故障點并排除。

5 應用前景

演播室融合網絡控制管理系統因具有諸多優勢，在廣電、文旅領域都有著廣泛的應用前景。

在廣電領域中，浙江衛視中國好聲音節目、湖南衛視幻樂之城節目、廣東衛視大灣區藝術節開幕式灣區花正開節目錄制以及廣東衛視演播室高清改造等項目中都已采用。中央廣播電視總臺一號演播廳配置的燈光、舞美IP控制系統，對所使用的HP交換機網絡系統作整體升級，共使用21臺以太網可視化智能交換機，分布于燈柵層、馬道層、控制室多個區域多個機柜，形成一套以光纖連接的雙環形互為備份的主干網絡光纖環網+雙絞線環網系統，，各子站點與終端連接采用六類網線，物理連接與RlinkX功能對主信號形成多重備份與保護。

在文旅領域中也有應用，廣州長隆野生動物園的音視頻、燈光融合網絡控制系統（見圖12），運用40余臺光纖交換機與50余臺LumiNode解碼器，覆蓋約2 000畝范圍，集成有燈光、機械、音視頻、投影、激光等多專業系統的信號，將各個主題樂園全覆蓋，對于園區設備管理與后續工作開展提供了很大的便利與保障。

圖12 廣州長隆音視頻、燈光融合網絡控制系統

演播室融合網絡控制管理系統立足于跨專業融合創新的理念，可擴展未來節目制作的更多功能需求，支持燈光、機械、音頻、視頻等多協議的融合管理控制，最大程度上保證系統融合的兼容性與穩定性，是今后廣電、文旅演藝制作的有效技術手段。