舞台调度内通系统IP网络化方法的研究

李真，赵雪均，杨谦逸，周亦琛

(中国传媒大学自动化系，北京100024)

1 概述

舞台调度的内通系统应用于各种形式的剧院，是剧场工作人员在演出过程中进行内部沟通协调所必备的一套应用设备，它能够保障演出中的各个要素得到完整的配合。由于国内剧场演出剧目的增多，使得舞台演出的感染力、表现力与保障力的要求更为突出。其中，舞台调度系统的需求变得更加的严格，尤其是在系统应用的便捷性、稳定性和规范性上提出了更高的要求。

一般情况下，舞台调度系统涵盖以下功能：有线内部通讯、无线内部通讯、灯光提示、呼叫系统、视频监视系统、计时器、时钟、场灯控制和数字开场铃；并将功能按键全部集成在舞台监督台上。目前，现有的舞台调度系统尽管能实现以上基本功能，但是依旧存在着一些难以解决的问题：设备和接口的标准不统一，设备繁杂且多冗余，无线信号易干扰、不稳定。为实现系统的可集成和易扩展的整体性能的提升，本文提出了舞台调度内通系统IP网络化方法，将系统的有线通讯、无线通讯、视频监视等子系统利用现有的网络框架完成整个系统的IP网络化集成。本文重点研究舞台调度有线、无线通讯系统的IP网络化实现方法。

2 舞台调度内通系统的现状分析

早期剧院的有线内通主要依靠模拟对讲机。它是将语音，信令，信号以连续波方式调制到对讲机载频上，并经过放大等优化处理的一种通信模式。但这种通话方式只能实现单路对话。到了20世纪70年代，对讲系统从点对点的模拟对讲系统发展到集群系统。集群系统是一个中心调度控制的对讲系统，需要中心调度设备来控制整个对讲系统的资源分配与用户的接入。由于其广泛的应用价值，集群系统的发展近年来非常迅速。

目前在一些小型演出中，通话系统采用PartyLine方式。其特点如同名称一样，就是实现各个站点共同通话，通过两线或四线方式传输。其系统连接简单，设备操作容易，但功能不够灵活，扩展性差。

现在剧院运用最为广泛的是矩阵系统。矩阵系统可以非常方便的实现点对点双向通话、点对多点群组呼叫等功能。支持多种通信方式，并能通过一些接口提供其他辅助功能。可以通过增加矩阵端口，以及连接到矩阵的通话基站数量来进行系统扩展[1]。与PL通话系统相比，矩阵通话系统支持更多的用户站数量，通过互联其规模还可扩展；在可设执行方面可改变通话规则，使用方便。矩阵中可以兼容无线设备，舞台的无线内通将载频选在甚高频或超高频频段，在需要覆盖的地区例如马道上安装天线，利用天线发射载波信号，无线接收设备将信号接收后同样给到矩阵统一处理。

综上所述，无论是PartyLine方式还是矩阵方式，其设备的兼容性差，不同品牌的产品无法兼容，业内也没有统一的标准。IP网络化的系统不仅可以解决标准统一、产品兼容的问题，更可以为进一步的舞台设备全网络化提供可能，从而实现舞台演出效果呈现关键技术的统一管理。

3 舞台内通系统IP网络化需求分析

3.1 舞台内通系统应用需求

舞台内通系统主要协调灯光、音响、机械、道具等协同作用，利用广播进行提示和安排演员有序上场，同时还有灯光提示的辅助功能。根据剧场的内部应用，所有通道被分为灯光、音响、机械、辅助、艺术、总通道六个通道，其中总通道即舞台调度台，导演或舞台监督利用调度台对演出进行全部调度。演出过程中实际用到的呼叫分为单呼、组呼和组内呼叫应答，对应于对讲机上的两个呼叫按键。单呼、组呼按键接收调度台的呼叫，而另一按键用于组内沟通协调。另外，广播应用于化妆间、候场区和候场区，主要实现演员催场和广播通知的作用。

3.1 舞台内通系统IP网络化架构

如图1所示为整个剧场内通系统IP网络化集成后的系统连接图，主要分为有线内通部分、无线内通部分、广播部分以及调度中心部分，各部分的终端最终都通过网线连接在交换机上，以IP包的形式进行信息交换。各终端独立寻址，其IP地址、服务器IP地址、名称等内容通过配套软件进行写入。设备在连入网络后将自行与服务器进行匹配与更新。

借助于目前IP语音通信的成熟技术方案，各终端设备采用内嵌DSP芯片的设计方法来设计语音设备。由于演出过程中首要保证的是内部通讯的稳定性，所以终端设备的设计主要以单一的实现两路通话为主，不添加多余应用。因此设备主要依靠硬件实现通话。

对于终端设备的硬件配置，以VoIP主芯片为核心附以必要的外围设备，采用DSP内核结构，同时有以太网接口、音频接口和I/O扩展电路等几部分。主芯片完成所有语音的处理和传送，包括回音抵消、抖动缓冲等保证高质量语音交互的功能[2]。其他部分用于设备连接和扩展。

4 舞台内通系统IP网络化方法研究

近年来VoIP技术在解决IP语音通信方面日渐成熟，一些技术标准(如SIP标准)的出台大大提高了通话质量，使VoIP技术达到了大规模发展的阶段[3]。而舞台监督调度系统IP网络化的实质是实现点对点和点对多点的IP语音通话。运用VoIP技术可以实现内通系统的全网络化。

图1 舞台内通系统组成框图

VoIP技术利用了全球IP互联的环境，是建立在IP 技术上的数字化传输技术，以分组的形式传送语音数据[4]。VoIP是一个非常复杂的系统工程，应用层面很广，因此涉及的技术也很多。VoIP 技术的发展有两大方向，一是遵循国际电联H.323 标准，二是遵循IETF( The Internet EngineeringTask Force) 的SIP 协议[5]。但不论是何种协议都要以遵循基本的网络协议作为前提，即网络层的IP协议和传输层的TCP或UDP协议。由于TCP协议是通过超时重传来保证数据的可靠性传输的，有较大的延时，不适合内通系统的实时性。所以本系统可以用UDP协议加上应用层的实时传输协议(RTP协议)来满足系统的实时性。

4.1 语音信号网络传输

实现语音信号网络传输，最简单的传输过程就是一个端对端的传输过程，内部通信传输过程可分成以下几个阶段。

(1)模数转换

对内通系统而言，从终端输入的语音信号是模拟信号，通过网络传输语音，首先要对语音进行处理的工作是语音信号的模数转换，也就是量化和编码。通常运用的语音编解码标准为G．729或G．923。

(2)数字数据到IP分组的转换

语音信号数字化之后，要对语音分组进一步压缩编码。对分组语音再次进行分段后编码的工作，使其符合RTP-实时应用程序传输协议。编码后将分段的信息合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音分组添加分组头、时间戳和其他信息后通过网络传送到另一端点[6]。这样的数据报携带寻址和控制信息，一站一站地转发到接受端。

(3)传送

在这个过程中，网络持续不断地从输入端接受数据报，网络中的路由器检查每个IP数据报附带的寻址信息，并使用这个信息把数据报转发到目的地路径的下一站。

(4)IP分组到数据的转换

网络末端的处理器接受到数据报之后，去掉寻址和控制信息，保留原语音信息。

(5)数字语音转换成模拟语音

最后再次解压缩，扬声器按照预定的频率播放。其整个过程如图2所示。

图2 语音信号网络传输的基本过程

4.2 SIP协议

SIP协议是传输层之上的应用层协议，其功能是发起会话，它能在一个或多个参与者之间建立、修改和终结单方或多方的会话，会话包括网络多媒体视频会议和网络的电话呼叫。相对于H.323采用基于ASN.1和压缩编码规则的方法表示其消息，SIP是在SMTP(简单邮件传送协议)和HTTP(超文本传送协议)的基础上建立起来的，本身也是文本方式的协议，这种协议简练、灵活、开放的优越性已经在过去的实践中得到了很好的证明。并且在建立呼叫时，SIP协议的呼叫建立时间较短。因此本系统选择SIP协议作为建立会话的应用层协议。同时为保证系统的实时传送，应用层中还需实时传输协议RTP协议。

5 结论

本文对剧场舞台调度内通系统的现状和应用需求进行分析研究，提出了内通调度系统的IP网络化方法。该方法利用先进的音频技术、多媒体技术和计算机网络技术搭建IP网络化的舞台内通调度集成系统，它适应于剧场演出现场指挥、交流与业务协调，可实现更加简洁的硬件配置、更加灵活多变的通讯需求、更加灵敏清晰的通话质量。并且在IP网络化的基础上，容易兼容手机或平板电脑设备，实现可视化可交互性强的应用体验。此方法的研究为舞台设备全网络化的统一管理提供可能，提升了演出效果，具有实际的应用价值和广泛的应用前景。

[1]何海燕．广播电视内部通话系统[J]．信息科技，2012．

[2]刘洪林．IP语音通信原理、设计及组网应用[M]．北京：电子工业出版社，2009．

[3]桂海源．IP电话技术与软交换[M]．北京：北京邮电大学出版社，2010．

[4]黄永峰．IP网络多媒体通信技术[M]．北京：人民邮电出版社，2003．

[5]曾虹，戴国骏．VoIP 的关键技术及语音终端的研制[C].杭州电子科技大学，2005．

[6]刘志军．软交换技术协议SIP 及其在VoIP 中应用[C]．河北机电职业技术学院，2006．