網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在燈光系統(tǒng)中的應(yīng)用——談中山廣播電視臺演播廳燈光系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化改造

王 藝

（中山廣播電視臺技術(shù)中心，廣東 中山 528403）

目前，電視畫面的組成部分之一——燈光，在發(fā)生著顯著的變化，除了具備基本照明和藝術(shù)表現(xiàn)的功能，還從“幕后”走到了“臺前”：電腦燈、光束燈、LED燈等新型效果燈的排列變化，已直接參與了畫面構(gòu)圖，燈體以及借助煙霧形成的光束和五彩繽紛的光環(huán)，都成為攝像機捕捉的畫面內(nèi)容。這種變化使燈光在電視節(jié)目中的作用更加令人矚目。

為適應(yīng)新時期媒體改革和發(fā)展的要求，廣東中山廣播電視臺對演播廳燈光系統(tǒng)進行了改造，工程采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提升了系統(tǒng)性能。本文對此次改造的技術(shù)特點作簡單介紹。

1 燈光系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是此次改造的重點

1.1 網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)基礎(chǔ)條件

作為燈光系統(tǒng)的指揮中心，燈光控制系統(tǒng)的可靠與否，直接影響著電視節(jié)目的燈光效果，關(guān)乎電視節(jié)目的錄制與直播質(zhì)量。燈光控制系統(tǒng)的安全問題一直困擾著現(xiàn)場的燈光師，要確保燈光控制的萬無一失，除了選用技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定可靠的調(diào)光產(chǎn)品，科學合理的備份控制系統(tǒng)設(shè)計也至為關(guān)鍵。

十幾年來，國內(nèi)、外專業(yè)燈光生產(chǎn)廠商先后設(shè)計實施了若干備份模式。中山廣播電視臺改造前采用的模式是將兩個相同功能的調(diào)光臺放在同一控制室內(nèi)，作為主、備控制臺同時工作，信號輸出大者優(yōu)先；當主控臺失效時，再通過副控臺進行控制。由于主、備份控制臺之間的聯(lián)接沒有相互學習功能，通常在彩排前要將燈控程序編入主、備份臺中，這樣既浪費資源，又達不到最佳的跟蹤備份效果。

1.2 Art-Net協(xié)議

電視產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的浪潮，推動了專業(yè)燈光技術(shù)的迅猛發(fā)展。在Artistic licence發(fā)布Art-Net協(xié)議后，法國ADB公司（ADB Lighting Technologies）將其應(yīng)用于燈光產(chǎn)品中，目前已有超過100家制造商采用了Art-Net協(xié)議。該協(xié)議的應(yīng)用改善了系統(tǒng)的備份功能，增加了控制系統(tǒng)的可靠性。Art-Net協(xié)議示意圖見圖1。

Art-Net是一個在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上采用lOM以太網(wǎng)的協(xié)議標準（由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點，它也可以方便地轉(zhuǎn)用100 M的以太網(wǎng)），利用廣泛使用的標準以太網(wǎng)技術(shù)來傳送大量的DMX 512數(shù)據(jù)（最新可達255個DMX 512系統(tǒng)），以滿足當前最迫切、最普遍的應(yīng)用需求。它給每一個加入聯(lián)盟的廠商一個OEM碼，并提供一個算法，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)芯片的MAC碼，由此產(chǎn)生每一個設(shè)備不會重復的固定IP地址，每次接通網(wǎng)絡(luò)，由控制臺向整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)出一次巡查（A rtP001）數(shù)據(jù)包，每一個受控設(shè)備（Node）或網(wǎng)上其他控制臺進行應(yīng)答后，控制臺即可了解網(wǎng)絡(luò)的配置和各設(shè)備的屬性，整個網(wǎng)絡(luò)即可進行正常運行。為了今后不斷改善、升級和擴大功能，Art-Net在它定義的數(shù)據(jù)包格式中，預留了許多未用到的數(shù)據(jù)字節(jié)，目前均定義為零，將來根據(jù)需要定義為其他數(shù)字即可開發(fā)為新的功能。

Art-Net協(xié)議可以看作是TCP／IP協(xié)議和DMX 512協(xié)議的結(jié)合，它兼容了現(xiàn)有的大量基于DMX 512協(xié)議的設(shè)備，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決了DMX 512協(xié)議的缺點，技術(shù)成熟，系統(tǒng)成本低。

2 燈光系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化改造的目標

（1）信息的互通性：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均符合國際標準的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議——TCP/IP協(xié)議、燈光控制協(xié)議——DMX 512（1990），保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的互通。

（2）信息的互用性：設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均是采用Art-Net協(xié)議生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)控制臺、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和符合國際標準的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，解決了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的互用性問題，實現(xiàn)信息共享。

（3）信息的可靠性：設(shè)計選用的設(shè)備均性能可靠，技術(shù)成熟，有防錯糾錯功能，傳輸數(shù)據(jù)更安全。

（4）提高網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量：運用新技術(shù)，采用合理、有效、可靠的傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)運行設(shè)備及終端設(shè)備，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_高效。

（5）提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率：充分了解演出需要的信號點位，合理進行線路布置，力求網(wǎng)絡(luò)信號的最大利用率。

（6）系統(tǒng)控制全面性：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能承載幾乎所有燈光設(shè)備，包括舞臺常規(guī)燈、電腦燈、換色器、效果器，以及場燈、工作燈在內(nèi)的舞臺或演播廳照明控制系統(tǒng)。

（7）系統(tǒng)控制多樣性：實現(xiàn)各演播廳照明燈光的直控、遙控、監(jiān)控、多人控制與多點控制。

3 改造后達到的功能目標

（1）網(wǎng)絡(luò)中各控制臺之間可以互相學習、互為備份。備份臺以網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)與主控臺相連，并利用全跟蹤備份模式對主控臺進行學習，即兩臺調(diào)光臺并行處理，任一臺上按鍵則另一臺馬上學習，當主、備控臺中任何一臺失效時，另一臺就會自動轉(zhuǎn)入跟進輸出。這種方式既可充分發(fā)揮有限資源的作用，又可確保演出的燈光控制萬無一失。

（2）方便實施遠程控制和技術(shù)支持，為燈光設(shè)計人員的桌面設(shè)計電腦聯(lián)網(wǎng)提供了技術(shù)手段。

（3）通過網(wǎng)絡(luò)通訊信號接口和調(diào)光立柜軟件，燈光操作人員可以在燈光控制室通過電腦或控制臺顯示屏，隨時了解燈光系統(tǒng)信息及工作狀態(tài)，從而及時對各燈光回路實行監(jiān)測、遠程控制和故障報告。

（4）通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以設(shè)置電腦、設(shè)計者方位、遙控器、演示控制器等，從而實現(xiàn)分點控制、多點控制、手提遙控或無人控制，給節(jié)目彩排、制作帶來便利。

（5）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)固、編程合理，在硬件結(jié)構(gòu)不改變的情況下，也可以利用軟件對系統(tǒng)進行升級。

4 燈光系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

這次燈光系統(tǒng)改造工程主要由以下幾個部分組成：

4.1 燈光控制臺

燈光控制臺選用了M ENTOR（顧問）系列電腦調(diào)光臺，這是一款高性能、靈巧型燈光控制臺，通過以太網(wǎng)分配可達到16個DMX分配端口，本系統(tǒng)只選用了512通道、1 024調(diào)光回路，節(jié)省了資金。

該調(diào)光臺可控制任何DMX 512信號的數(shù)字產(chǎn)品，如電腦燈、換色器等，極大地方便了燈光師的創(chuàng)作和操作，滿足了演播廳燈光設(shè)計的要求。其特點為：操作靈活，編緝修改方便，性能穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強；可直接訪問所有功能菜單、遠程診斷、數(shù)字拷貝、便捷的軟配接；允許多個控制臺進行編程、多重合并、全跟蹤備份；DMX通過以太網(wǎng)遙控監(jiān)視器，實現(xiàn)文件共享；使用USB存儲棒，可隨時隨地錄放數(shù)字內(nèi)容；可對調(diào)光臺進行推桿擴展，最多擴展4個模塊，達到96集控或120推子。

4.2 燈光以太網(wǎng)/DMX網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

燈光控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是指演播廳網(wǎng)絡(luò)化燈光控制的系統(tǒng)。燈光信號傳輸采用以國際標準TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的以太網(wǎng)絡(luò)，傳輸各種信號，實現(xiàn)DMX輸入與輸出、直控、遙控、視頻、信息反饋及編輯等功能。分布在演播廳各個角落的以太網(wǎng)節(jié)點（Art-Net），與燈光控制室的交換機連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。以太網(wǎng)節(jié)點可同時連接多個不同的燈光控制臺作現(xiàn)場或預演，符合DMX 512協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)采用超5類網(wǎng)線來實現(xiàn)。

DMX信號特性有：由網(wǎng)絡(luò)中的NODE 19網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換提供，每個NODE 19上提供兩個DMX接口；可以做到將Art-Net轉(zhuǎn)換成DMX 512，或者將DMX 512轉(zhuǎn)換成Art-Net，再通過內(nèi)置網(wǎng)頁來設(shè)定以太網(wǎng)信號；有信號的輸入輸出允許/禁止功能；前面板可顯示以太網(wǎng)存在信息；有DMX混合、DMX備份、DMX 分配/放大，內(nèi)置DMX 軟配接。這些功能容許設(shè)置工序在演播廳的中央計算機或任何無線場景遙控器上完成。通過ADB NODE 19（Art-Net網(wǎng)絡(luò)節(jié)點）實現(xiàn)以太網(wǎng)控制信號與DMX信號的相互轉(zhuǎn)換，并合理分布于演播廳各DMX信號節(jié)點。

燈光網(wǎng)絡(luò)配置具備專用的ADB W i-Fi軟件，給控制臺帶來了無線以太網(wǎng)遙控功能，包括通道和存儲管理、執(zhí)行宏、直接訪問到調(diào)光器等。網(wǎng)絡(luò)中還具備了以太網(wǎng)控制、無線以太網(wǎng)控制、DMX控制、無線HF遙控。演播廳燈光控制系統(tǒng)圖見圖2。

通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在觀眾席建立燈光控制站點和監(jiān)控接口，完全實現(xiàn)演播廳燈光的多點控制、多人控制、遙控和監(jiān)控，這種具有國際先進水平的高度靈活性燈光控制系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了電視臺現(xiàn)代化管理理念與新式燈光操作管理模式，大大節(jié)省裝臺、對光與布光所用的時間，也為導演與燈光師在節(jié)目編排和制作現(xiàn)場的聲音和視覺交流帶來了便利。

在主干網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)網(wǎng)形式，信號雙向傳輸互相備份；燈光控制臺采用雙機熱備份；調(diào)光立柜采用雙處理器形式，可以同時接受一路網(wǎng)絡(luò)信號、兩路DMX512信號。

4.3 網(wǎng)絡(luò)調(diào)光硅柜

網(wǎng)絡(luò)調(diào)光硅柜包含一個隔離空開、兩個調(diào)光控制器、30個調(diào)光模塊（120路光路輸出），統(tǒng)一標準抽屜，可相互替換。其工作由兩個數(shù)字解碼控制器組成一個“動態(tài)雙備份”，當其中一個發(fā)生故障時，另一控制器照常工作，故而不會影響立柜的功能，理論上不會產(chǎn)生暗場現(xiàn)象。

全數(shù)字調(diào)光立柜具有設(shè)置直通功能，在前端信號丟失的情況下，可應(yīng)急直通，確保現(xiàn)場不暗場；具有立柜散熱系統(tǒng)，可強制送風及強制抽風，散熱好，熱穩(wěn)定性好，采用國際先進的軸流風機，噪音極低；還具有可預選各種調(diào)光曲線、抗干擾能力強、抗電擊能力強等優(yōu)點。其原理方框圖如圖3所示。

調(diào)光控制器以嵌入式MCU為核心，接收4路DMX調(diào)光信號的輸入，也接收網(wǎng)絡(luò)信號的輸入，控制120路調(diào)光模塊的光路輸出。

5 燈光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件

在這個燈光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上使用的軟件有“ISIS?” 、“Advanced Dimmer Network &Dimmer Manager”等，不同的軟件在整個網(wǎng)絡(luò)中的功能各異。

“ISIS?”為整個系統(tǒng)或單機的操作系統(tǒng)(O/S),所有其他功能也都圍繞它而存在。此軟件能處理6 144通道（Channel）、8 192 DMX地址輸出(Dimmer)、2 048 DMX地址輸入、9 999燈光存儲(Cue)、999組(Group)、999宏(Macros)、999個集中預置（Preset Focus）、99×99跑燈，可建立99種效果，具備強大的學習功能，允許全跟蹤備份、數(shù)據(jù)多重合并，DMX通過以太網(wǎng)遙控監(jiān)視器實現(xiàn)文件共享等。除了在調(diào)光臺中應(yīng)用外,還可裝進PC機以作為脫機編輯或PC機備份。

網(wǎng)絡(luò)工作站的PC平臺安裝了“Advanced D imm er Network &Dimmer Manager”。該軟件是一個完整的調(diào)光系統(tǒng)，無需任何額外的接線雙向聯(lián)網(wǎng)，擔負整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)DM X地址碼分配工作，全系統(tǒng)的任何調(diào)光器在遠程編程時，其可以當作NETBUS遠程調(diào)光控制器，對調(diào)光器進行管理，完成全系統(tǒng)的遠程測試、監(jiān)控、故障報告和內(nèi)存管理。

6 燈光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線

在整個燈光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，線材選用可根據(jù)系統(tǒng)的大小及節(jié)點間的距離來決定。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線選材如表1所示。

從表1可看出，除第三項光學纖維外，有效距離最遠者為10Base2。按道理應(yīng)該為最佳選擇，但在整個系統(tǒng)的配置時需注意“終端”及線路的分布等問題。

典型的10Base2設(shè)計，線路的盡頭必須加上50 Ω終端頭作為整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)段的負載。網(wǎng)路節(jié)段的長度最遠可為185 m，但整條網(wǎng)路節(jié)段必須為直線狀，在18 m的線纜鋪設(shè)中,如果有任何缺口，原來的兩段將會癱瘓。加上所用接口及線材較為昂貴，故而如非必要或有需要將兩分系統(tǒng)連接，一般不建議采用。

表1 燈光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線選材

10BaseT的接法如星狀向外散射，中心部份以網(wǎng)絡(luò)分配（HUBS）連接。接口為類似電話號碼接頭的RJ45，線材為雙絞線的5類（100 Mb/s）網(wǎng)線。這種接法有簡易明了、材料經(jīng)濟和保險系數(shù)高等好處。萬一其中某節(jié)段斷路，其他與網(wǎng)絡(luò)分配器連接著的節(jié)點還能繼續(xù)工作運行。大型舞臺、大中型演播廳多使用這種接法。

10BaseFL（光學纖維）則為大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所用，一般設(shè)計為每個分系統(tǒng)間的連接。大型戶外演出、大型主題公園不同主題區(qū)間的連接便可用這種接法。

本演播廳改造后演出效果如圖4所示。

結(jié)語

在現(xiàn)行的演播室、舞臺燈光控制系統(tǒng)中，燈光控制臺、燈光控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)調(diào)光硅柜都是不可少的。基于對現(xiàn)代燈光控制新理念和演播廳燈光應(yīng)用較深刻的理解，本燈光控制系統(tǒng)整體設(shè)計思路應(yīng)用范圍全面、布局合理，在技術(shù)上實現(xiàn)資源共享，保障了演播廳燈光控制系統(tǒng)中DMX信號輸出的可靠性和連貫性，極大方便了燈光創(chuàng)作人員與節(jié)目管理人員對舞臺燈光的控制。

[1]王業(yè)罡.基于A rt-Net協(xié)議的嵌入式調(diào)光系統(tǒng)的研究與設(shè)計.學位論文.延邊：延邊大學，2007