舞台多元素集中控制系统的应用探讨

范绪威，庄 畅，杨 勉

（湖南明和光电设备有限公司，湖南 长沙 410100）

舞台多元素集中控制系统的应用探讨

范绪威，庄 畅，杨 勉

（湖南明和光电设备有限公司，湖南 长沙 410100）

探讨一种舞台多元素集中控制系统，可用其实现舞台灯光、音响、视频等各类设备的集中控制；介绍该系统的基本条件及应用案例。

舞台多元素；集中控制；Art-Net协议；媒体服务器

当今时代，文化艺术与科技紧密相连。舞台艺术家和舞台技术工作者一直在思考，如何把各种高新技术融入舞台表演中。北京奥运会开幕式等国内外各种大型的文体表演、保留剧目与数字化多媒体技术的融合，及多媒体剧或3D Mapping表演秀等等，无不体现出多元素融合的创新设计理念、新颖而多元化的舞台表现形式，和机械运动与声音、光影变化运动相结合的艺术表现手法，它们都极大地丰富了舞台艺术语言，构建了良好的观演关系。

随着文艺演出舞台形式的丰富，演出中使用的舞台机械、灯光、音响、视频等演艺设备的种类和产品数量均日益增加，设备技术应用也更加复杂，演出过程中对各种设备之间的协同工作和集中控制提出了新的要求。

1 舞台系统设备集中控制的意义

舞台演出是一门综合艺术，编剧、导演、表演、舞台美术、舞台机械等都是其重要组成部分。对舞台灯光、音响、机械、视频和多媒体等舞台应用各技术元素在一定程度上进行集中控制，可以拓宽舞台表演空间、加强演员与多媒体影像的互动性，最大限度地将各类舞台专业设备与艺术深度融合，更精确地为舞台艺术服务。

2 舞台多元素集中控制的基本条件

2.1 构建一个稳定可靠高效的系统局域网

不同的设备之间要通过局域网进行网络连接、通讯，上传媒体文件、发送控制指令、接收控制指令等等，需要一个稳定可靠高效的局域网平台。应在不同的数据节点位置设置相应的数据工作站。数据工作站必须配备在线式UPS不间断电源，配置可堆叠、可级联的千兆网络交换机。为方便各数据基站间隔较远时，可通过光纤环网进行数据交换，交换机必须带有SFP光电转化模块。光接口要求符合SFP MSA和IEEE802.3 z标准，为防止光纤跳线脱落，建议采用双LC连接器; SFP光电转化模块须支持热插拔，支持传输距离不小于2 km。

2.2 构建一个演出媒体交互平台

嵌入式Windows操作系统和Linux操作系统的媒体服务器的操作系统稳定性好，但不支持多媒体素材文件本地上传，必须采用客户端软件（见图1）进行上传。另外，控制（见图2）、监控系统相关信息的查阅、拾取、打印也需要一个素材交互传输平台。此部分的网络通讯可以采用在数据工作站的管理型交换机下堆叠交换机的方式进行搭建。

2.3 支持Art-Net网络控制的综合控制台

作为综合型的网络控制台，应该具有公共的Art-Net控制功能。Art-Net是一个10BaseT（现在Art-Net 3已经适用于千兆网，即1000BaseT）基于TCP/IP协议的以太网，其目的是用标准网络技术允许远程传输大量的DMX512数据。控制台本身Art-Net控制域越多，意味着它所能供给第三方被控制设备分配的DMX地址也就越多，但考虑到系统多机热备份和控制台本身运算压力的问题，一般认为超过一定参数后，需要增加具备独立处理能力的网络处理器。同时，考虑到视频控制的便捷性，网络控制台和媒体服务器（见图3）都应该支持CITP协议，支持全连通性的缩略图导入和视频信息预览（见图4）。综合控制台在对舞台机械进行控制时，必须能够在控制台上直接监视到舞台的具体情况（见图5），若显示器窗口不够，可外接屏幕作为舞台机械运行的专业监视器。

2.4 具备独立运算能力的网络参数处理器

随着局域网内控制参数增加到一定程度时，这时通过控制台本身的系统状态监控界面可以看到需要占用控制台更多的硬件资源，从理论上讲会给控制系统的运行带来一定的系统风险。这时，需要在系统中加入网络处理器（工作界面见图6）来独立分担参数运算或减轻控制台的运算负担。

控制系统网络处理器具有和控制台相同的主板、处理器。网络处理器通过主控制台授权经过千兆局域网加入系统会话后，在运算时不会占用控制台资源同时还能进行网络扩展。在满足系统安全性的前提下，还能满足控制域和物理DMX512地址扩展的需求，非常安全可靠。另外有时为了信号传输的便捷性，还需要在系统中加入网络协议转换器。某大型演出中的部分网络处理系统（见图7）。

图1 Linux操作系统的媒体服务器客户端软件素材上传界面

图2 Linux操作系统的媒体服务器客户端软件部分控制界面

图3 媒体服务器CITP协议设置界面

图4 支持CITP协议控制台的缩略图自动导入

图5 综合网络控制台直接对舞台进行监视

2.5 支持DVI-D、DisplayPort视频信号输出的媒体服务器

数字媒体服务器，在舞台多元素集中 控制系统中不仅承担着媒体文件播放控制的作用，往往还承担着画面拼接融合、图层控制、时间轴线性编辑、多点曲面校正、梯形校正、特效控制、服务器自身输出（或通过专业外置声卡输出与影像同步的高品质音源至调音台接口箱或调音台本地）等任务。比较常见的服务器视频输出信号接口有DVI-D（见图8）、DisplayPort（见图9）。

另外，在大型的综艺演出或电视台的直播节目中，媒体服务器还具有采集外来视频信号输入的功能。常见的输入信号有DVI-D、HD-SDI等（见图10）。

2.6 有关音频信号的处理

舞台多元素集中控制和音频信号有关的控制方式主要有两种：一种是由数字调音台给出MIDI/SMPTE等音视频同步信号，到综合网络控制台触发TIME CODE时间码（见图11）的方式来进行集中同步控制；另一种是由综合网络控制台手动控制或TIME CODE时间码控制数字媒体服务器的素材播放，然后由数字媒体服务器的专业外置声卡（见图12）输出高品质的音频信号至调音台本地或数字调音台舞台接口箱输入接口（见图13）。

2.7 支持Art-Net协议、ACN协议控制的舞台机械编程控制平台

舞台机械控制系统一般分为PLC软件功能和上位机软件功能。PLC软件主要功能包括：权限控制、设置数据、设备互锁、设备控制，设备编组，变频器状态显示及复位报警，程控Ⅰ/Ⅱ，场景的编辑和运行介入，故障信息显示等等。上位机软件主要功能包括：设置设备名称，设备场景数据设置及编场，剧目计时，主机信息显示，日志生成打印，剧目下载等。采用自动控制系统可以对舞台机械设备的运行参数进行高速实时的监视，如位置、速度、限位、负载等。可以在表演前提前设定各设备的运行参数，生成预设场景。

图6 网络处理器工作界面

图7 大型演出中庞大的网络处理系统

图8 带DVI-D输出接口的媒体服务器

图9 带DisplayPort输出接口的媒体服务器

图10 带DVI-D、HD-SDI多通道信号采集接口的媒体服务器

图11 TIME CODE时间码控制界面

在诸多的文艺演出中，除了单独的机械子系统要求在表演过程中能够对各种舞台机械设备的运行定位、同步、速度等做出更精确的控制之外，还要求能够接入整个演艺控制系统，实现音视频机械灯光等系统的一体化精确集中控制。也就是说，在舞台机械的独立控制系统之上有一个总体的集中控制系统，这就要求舞台机械操作台（见图14）能够通过工业以太网接受综合网络控制台的Art-Net网络信号控制，能够直接在综合网络控制台上对舞台机械的场景进行调用或直接编辑，控制台提前针对舞台机械的相应功能编辑对应的设备通道信息识别文件。同时要强调的一点就是：舞台机械控制系统在接受综合网络控制台控制时，其自身应具有能够独立和优先控制的操作界面系统，演出过程中由专人值守、监视，以确保舞台机械系统运行的绝对安全。

图12 配置专业外置声卡的媒体服务器

图13 媒体服务器输出音频信号至扩声系统示意图

3 舞台多元素集中 控制案例分享

以笔者曾参与建设的国内某大剧院工程为例，该剧院所有的专业舞台灯光、舞台激光、LED视频系统、投影机视频系统、音画同步音源输出、舞台特效、部分场景的舞台机械系统全部集中由两台同型号的综合网络控制台全程进行精确同步控制。其部分系统逻辑图（见图15）。

该系统配置了两台同品牌同型号的双机热备份控制台。每台控制台不翻页具有30根物理电动马达推杆，50个物理的程序执行按键，自带触摸屏具有良好的人机交互界面，为防止误操作所有的推杆都具有触感功能。系统中依据数据分配柜的位置，配置了3台同品牌同型号的单机8192参数的网络处理器，另外还配置了一批支持RDM协议的机架式网络协议转换器（单机支持2048参数双向转换）、流动式网络协议转换器（单机支持1024参数双向转换）。所有的DMX信号分配器全部采用XLR 5针接口，支持RDM双向通讯协议的原装进口分配器，该系统能够在网络控制台上直接对支持RDM协议的舞台电脑灯具设置地址码，能够在控制台上直接对网络处理器和网络协议转换器进行IP设置、输出通道域设置和输入输出模式转换等操作。舞台机械系统的工业计算机经过授权组网可以部分接受网络控制台的Art-Net网络信号控制，控制台针对舞台机械的具体功能预先编制好详细的信息文件以确保精确控制。由演出剧照可以看出（见图16-1、图16-2），在本项目工程案例中还有庞大的视频显示系统，该系统由LED全彩视频系统（主表演区部分）和投影系统（舞台纱幕部分和观众席上空及两侧部分）组成，在演出过程中，这两大系统的视频信号全部由数字媒体服务器输出经由综合网络控制台编程控制，字幕信号由笔记本电脑的HDMI信号转换成DVI信号后经由服务器的DVI采集卡输入至媒体服务器控制。演出过程中的部分音画同步信号由媒体服务器匹配的专业外置声卡输出至数字调音台舞台接口箱，音频采样率为48 kHz，在保证同步控制的同时，满足了现场演出对音源品质的要求。演出过程中，多台大功率的全彩激光也由控制台控制。只要先将激光灯设置为控制台的一个固定设备配接好，然后把双方的Art-Net选项启用和联通（见图17），激光灯的控制软件就能接收控制台的同步控制了（见图18）。在整个演出过程中，网络同步控制系统运行非常安全、稳定、灵活，很好地体现了为表演艺术服务的宗旨。

图14 几种常见的舞台机械控制台

图15 集中控制系统案例部分逻辑图

图16-1 舞台台口区域的全彩LED显示屏系统

图16-2 舞台主表演区内部的全彩LED显示屏系统

图17 激光灯控制软件设置

图18 同步参与表演的激光灯效果

舞台系统设备集中控制，可以更好地满足舞台艺术的需求，服务于舞台演出，推动行业技术的发展。演艺技术工作者必须要从新的视角和方式去探索、创新和整合新的技术，以更好地为演艺行业服务。

（编辑 张冠华）

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