演艺网络舞台监控技术探讨

王 景

（湖南明和科技工程发展有限公司，湖南 长沙 410010）

演艺网络舞台监控技术探讨

王 景

（湖南明和科技工程发展有限公司，湖南 长沙 410010）

通过融合红外视频运动目标检测系统、内部通信系统、多传感融合监控系统、可视化操控系统、在线监测监控系统等相关技术，实现对整个舞台演出的实时监控与调度管理，保障舞台演出效果及演出的安全。

舞台监控；红外识别；内通可视化；RDM控制协议；传感器

舞台及其配套设备是为戏曲、歌舞等演出提供表演场所，并渲染现场场景的综合性设施，已成为现代艺术表演中不可或缺的重要组成部分。随着现代舞台表演艺术的日益丰富和控制技术的发展，人们对舞台设备的要求也在不断提高。现代舞台机械设备种类繁多、控制复杂，在综合考虑其可靠性、安全性、精确性和复杂性的情况下，舞台机械设备监控系统的研究受到广泛的关注。目前，舞台机械系统多采用工控软件对其进行监控，只能看到一些由抽象的符号和名称组成的画面，在这种环境下，操作者易出现误操作，轻则影响演出效果，重则酿成安全事故。因此，开发一种多传感器融合在线监测技术、具有可视化操作界面的舞台监控系统，势在必行。

笔者在研究国内外现有舞台监控技术的基础之上，根据工程需求，探讨通过融合红外视频运动目标检测系统、内部通信系统、多传感融合监控系统、可视化操控系统、在线监测监控系统等相关技术，实现对舞台演出的实时监控与调度管理的可行性，从而保障舞台演出效果及演出的安全。

1 红外摄像监控技术

舞台演出场所是具有设备众多、灯光明暗变幻频繁等特殊情况的复杂环境。因此，可将主动红外视频运动目标检测识别技术引入到舞台检测监控中，通过预先在各监测点做红外摄像机的预置位设置，对运动目标及运动轨迹进行定位、识别。当监测到系统异常时，发出触发信号，触发摄像机迅速捕捉故障点画面信息，将画面信息传送到监控中心终端显示屏上，让监控人员迅速掌握异常情况信息，做出应急反应，提高舞台监控水平，保障演出顺利安全地进行。

图1 两种检测方法的数学工具和算法图

图2 识别流程图

图3 动态红外目标识别系统的信号传输流程图

红外图像中，无论是面目标还是点目标，其主要检测方法包括两种，即先跟踪后检测的方法（track before detect，TBD）和先检测后跟踪的方法（detect before track，DBT），两种方法用到的数学工具和算法如图1所示。

近年来，红外运动目标检测与识别方法主要集中在以下几个方面。

人工神经网络是由众多简单的基本元件——神经元相互连接而组成的、具有自适应非线性的动态系统，它能够反映人脑的若干基本特性，具备大规模并行、自组织能力、自学习，能够自适应环境，完成较复杂的非线性运算、识别和过程控制等任务。

（2）多传感器信息融合识别

多传感器信息融合技术采用不同传感器获得目标，利用不同传感器在工作方式上的互补性，可以充分提高在复杂场景中对目标进行检测、识别与跟踪的能力。

（3）专家系统识别

专家系统是通过探索和模拟人类高层视觉认知机理，把人类的推理方法用计算机系统加以描述，从而获得与专家有效果相近的识别方法。

根据舞台设备管理的需求，对运动目标、运动轨迹进行分类，满足不同速率、运动轨迹的目标都可定义为不同类型的可疑目标，然后按照不同等级进行判断、识别，并进行报警。识别流程如图2所示。

本工程位于浙江省乐清湾瓯江口港区，拟建一个岸线总长度为1250m、带有3个件杂货泊位、2个散货泊位、2个待泊泊位的综合码头，为后方钢铁厂输入原材料及输出件杂货钢材服务。根据地勘测量，需进行地基处理的区域约2.05万m²。实例工程土层分布情况见图1。

动态红外目标识别系统主要针对舞台设备运动状态的监控及报警，需要大量红外摄像机，由监控程序进行自动检测识别，发现可疑目标要进行相应报警。系统的信号传输流程包括：视频采集、视频传输、软件识别、结果显示及报警。流程图如图3 所示。

该系统的主要硬件设备包括：图像采集设备（红外摄像机）、图像传输设备、图像处理设备。系统中的图像采集设备选用了红外夜视摄像机，摄像机能够适应舞台各种室内环境，实时、稳定地采集视频信息，为舞台设备管理提供精确的信息保障。

2 内部通信监控技术

作为一套现代化全方位的内部通信指挥系统，其不同于一般工厂的生产调度系统，系统要求高保真、低噪音、宽频带以及具有较强的噪声消除能力，达到广播级，且通信流程顺畅、及时。通过通信控制设备设置不同优先级别，将内部通信级别设定为导演级、技术总监级、技术员级、一般工作人员级，导演级能对下级各成员优先通信，下级往上级的通信只能逐级向上，解决了在通信过程中通信混乱、信息传达不到位的情况。系统架构如图4所示。

2.1 工作组（Party Line）的分配

根据剧院功能要求及演出职责，人员分工如下：

（1）舞台音响组包括调音师、放音师、电脑编排等；

（2）舞台灯光组包括调光师、电脑灯光师、追光控制、舞台灯光控制等；

（3）舞台机械组包括舞台机械主管、台上机械控制、台下机械控制、程序编排等；

（4）舞台艺术组包括导演、艺术总监、主持人、舞美设计、字幕、指挥、舞蹈编排、造型、化妆人员等；

（5）辅助人员组包括视频控制、道具、维护人员等。

2.2 工作组通信设计

根据通信功能的需要，工作组通道可分为6条通道（见图5）：PL1（共用）、PL2（舞台音响）、PL3（舞台灯光）、PL4（舞台机械）、PL5（舞台艺术）、PL6（辅助人员）。所有工作组成员均为双通道，通过共用通道PL1相连接，通过另一通道和组内人员通信。

3 多传感技术融合监控

通过多传感技术，在舞台各子系统中植入各种传感器感应装置和控制芯片，通过与控台及内部局域网之间的链接，实时检测监控舞台各子系统设备的工作环境和工作状态，提高舞台演出的安全性。

（1）灯光系统采用RDM控制协议，配置植入RDM功能的灯光系统设备，实现灯光设备的地址码读写、开灯关灯、设备复位、属性调整、传感器信息（温度/湿度/电压/电流/加速度/压力等)、调光曲线、最小灰度、最大灰度、启动模式、失效模式、设备自检、输出响应时间、锁机代码、软件版本等在线监控功能。

（2）舞台机械系统应用远程智能控制模块，组建RS-485网络，设计舞台台上机械设备和台下机械设备弱电控制电路，应用多功能行程限位器、传感器实现电压信号等相关信息反馈功能，实现对舞台机械系统的在线监控功能。

图4 内部通信指挥系统架构图

图5 工作组通道分布图

4 可视化操作监控技术

通过针对舞台控制系统中存在的缺陷，将虚拟现实技术引入舞台机械控制领域，以VB开发环境为平台，利用OpenGL进行舞台场景及机械图形开发，借助第三方建模软件快速建立三维模型，并在程序中重现，通过连接舞台机械实时运动数据完成舞台机械与虚拟舞台机械的同步运动，从而实现舞台机械三维可视化控制的目的，实时检测监控舞台各子系统设备的工作环境和工作状态，提高舞台演出的安全性。虚拟舞台模型如图6所示。

首先，在VB环境中搭建OpenGL程序框架，实现VB平台下利用OpenGL进行图形开发；其次，利用3DS MAX建立舞台场景及机械的三维虚拟模型，导出成STL格式文件，并在程序中读取STL文件，利用OpenGL库函数重现模型；最后实时连接舞台机械运动数据，完成对舞台场景及部分机械运动的动画仿真，从而在上位界面中呈现与实际舞台相似的场景，便于操作者监控。重现模型图7所示。

5 在线监测监控技术

通过无线远程监控软件，在安卓开发平台下，应用无线局域网技术，设计舞台系统设备在线监测监控系统。此远程监控系统通过无线WIFI局域网技术运行于Android平板电脑上，达到控制远程客户端的目的；并以Remote Desktop远程桌面监控软件为基础，通过应用Windows RDP远程桌面通信协议，JPEG图像压缩等技术，使用JAVA语言编写而成；主要设计实现桌面捕捉和传送、鼠标响应，以及键盘响应等基本功能。

图6 虚拟舞台模型

图7 虚拟舞台模型在VB中重现

根据工程需求，远程控制软件的基本功能需求包括以下几点：

（1）对服务器端远程桌面实现实时监控功能；

（2）鼠标响应操作，实现单击，拖拽，上行下滑模拟鼠标滚轮；

（3）键盘响应操作，实现虚拟键盘，响应按下抬起操作；

（4）实现远程控制文件打开，关闭操作；

（5）远程关闭服务器。

目前，红外视频运动目标识别技术的精度还有待进一步提高，但是，随着科技的发展，该项技术以及其他多传感技术将会得到长足的进步。相信在不远的将来，多技术融合的网络舞台监控系统会更广泛地应用于各类演艺舞台。

[1] 郭华. 舞台机械设备控制系统上位机监控软件的实现[J].计算机测量与控制，2001，9（4）.

[2] 张春宇，游霞等. 智能舞台分布式控制式系统的应用[J]. 制造业自动化，2010（3）.

[3] 韦育瑜. 基于Windows Mobile PC手机远程桌面软件的设计与实现[D].上海：华东师范大学，2011.

[4] （美）米尔顿·戴维斯. 远程设备管理（RDM）略谈[J]. 施端，编译.演艺科技，2013（3）：20-22.

[5] 李真，赵雪均. 舞台调度内通系统IP网络化方法的研究[J]. 中国传媒大学学报（自然科学版），2014（1）.

[6] 李炜，李玉鹏. 虚拟现实技术在舞台机械监控系统中的应用[J]. 自动化与仪器仪表，2014（4）.

[7] 塔林，刘永信. 红外视频运动目标检测识别及应用[D]. 呼和浩特：内蒙古大学，2014.

（编辑 薛云霞）

Discussion on the Stage Monitoring Technology of Performing Arts Network

WANG Jing
(Hunan Minghe Technology Engineering Development Co., Ltd., Changsha Hunan 410010, China)

Through the integration of the related technologies as infrared video moving target detection system, internal communication system, multi sensor fusion monitoring system, visual control system and on-line monitoring system, the realtime monitoring and scheduling management of whole stage performance is achieved, to ensure the stage performance effect and the safety.

stage monitoring; infrared recognition; visualization; RDM control protocol; sensor

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.008