基于WiFi技術的演播室布光綜合控制系統

朱 云 羅 珂 唐子翔 周競章

一、項目簡介

WiFi——WirelessFidelity，WiFi（Wi-Fi）IEEE 802.11b/g無線網絡規范是IEEE 802.11網絡規范的變種，最高帶寬為11 Mbps，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，帶寬的自動調整，有效地保障了網絡的穩定性和可靠性。其主要特性為：速度快，可靠性高，在開放性區域，通訊距離可達305米，在封閉性區域，通訊距離為76米到122米，方便與現有的有線以太網絡整合，組網的成本更低。

無線2.4GHz的射頻方式是依據ISM頻段以展頻技術可做不須授權使用的規定，這個頻段的使用在全世界包含美國、歐洲、日本及臺灣等主要國家(地區)都有開放。

選用Wireless LAN 802.11作為無線傳輸的優點：

（1）使用上，它的機動性、便利性，是有線網絡所不能及的；成本上，它可省下一筆可觀的布線費用。

（2）基本上，無線網絡所使用的頻段是屬于ISM 2.4GHz的高頻率范圍，日常生活場所或辦公室等所用電器設備不會相互干擾。因為頻率差異甚多，而且無線網絡本身共有12個信道可供調整，自然就不會相互干擾。

（3）電流消耗250mA，發射功率60-70mW。

（4）傳輸距離在視野所及之處約250M，若屬半開放性空間、有隔間的區域，則約為76-122M。

（5）硬件成本價格低，普及性廣。

南寧電視臺800㎡演播室布光控制系統原有控制方式為：采用手動直接控制或者WiFi遙控方式（使用一臺HP IPAQ RX3715掌上無線PDA，軟件為廠家配送）， 操作斯全德STRAND 550i大型燈光控制臺，對各基礎照明燈具開關及亮度進行調控；采用手動直接控制或者采用有線控制方式，控制星光DCSV-401布光控制臺，對燈具照射角度、燈具吊桿位置進行控制。本項目完成后，除保留各自手動控制外，在遙控部分，則將兩套控制系統都統一采用WiFi控制（星光DCSV-401布光控制臺遙控軟件自主開發），兩套控制系統在同一臺PDA上進行操作，這樣極大提高演播室燈光人員布光工作效率，同時優化崗位設置，實現單人獨立完成演播室常規燈具布光工作。

二、項目詳細內容

1.立項背景

南寧電視臺800㎡演播室于2006年11月投入使用，燈具吊掛系統由北京星光影視設備科技有限公司安裝調試完成，燈光控制臺采用Strand 550i調光臺。由于Strand 550i調光臺具備PDA無線調光功能，而星光公司布光控制臺仍舊采用有線控制方式，實際調光工作中，布光人員需要手拿兩套PDA進行操作，一套是Strand公司無線PDA，一套是星光公司的有線PDA。操作時受有線的影響，特別是演播室舞美布景完成后，操作人員需要拖著一根PDA線纜繞來繞去才能到達預定的布光地點，工作比較麻煩，而且控制線纜容易被拉斷。

經過對星光公司有線PDA、有線DCSV-401布光控制電腦的深入研究，硬件各方面完全可以達到做無線控制的要求，而且可以把兩套控制軟件融合到一個無線PDA上使用，這樣既能方便布光人員的調光，顯著提高工作效率，又能有效提高控制設備的可靠性。因此開展此項目。

2.詳細科學技術內容

南寧電視臺800㎡演播室布光控制系統采用星光集團的布光控制系統，該系統主要由電腦控制臺、有線PDA（Windows Pocket CE操作系統）、吊桿燈具控制系統組成，如圖1。系統均采用DMX512信號線作為傳輸控制線，串口協議作為主要傳輸協議。從實際安全角度出發，有線傳輸安全可靠性強于無線傳輸，但從未來發展角度出發，無線控制發展及市場前景要強于有線傳輸。南寧臺800㎡演播室燈具相對較少，有線傳輸基本夠用，目前國內1000㎡、2000㎡或更大的演播室比比皆是，如果仍舊采用有線布光控制系統，布光時拖拽一根控制線到處走，布光工作將會帶來極大的麻煩，鑒于以上的使用經驗，無線WiFi布光燈具控制系統將是未來的發展方向。

本項目分成三個階段開展。

（1）通訊協議的測試：

第一步是測試布光電腦控制臺跟燈具控制系統之間的通訊協議，根據通訊協議編寫了測試軟件，該測試軟件主要對323吊桿的升降控制，111、112、113、114、115號燈具的水平、俯仰、調焦的控制，軟件測試已通過，目的是測試控制系統之間的串口通信協議是否正確、是否加密。

（2）基于布光控制電腦為主機服務器的WiFi布光燈具控制系統軟件設計：

通訊協議測試通過后，開始著手軟件的編寫工作。WiFi布光燈具控制系統主要由WiFi功能的PDA或手機、電腦布光控制臺（Windows 2000系統）、WiFi無線路由器、燈具控制系統組成，編寫完后的軟件要把它編譯到帶WiFi功能的PDA或手機上測試，PDA、手機軟件操作平臺使用Pocket PC 2003或Windows Mobile 2006更高系統。測試時，先在Pocket PC 2003系統上編寫PDA測試軟件，通過布光控制電腦做服務器，對某一吊桿進行單獨控制，類似第一階段的測試。

編寫好的軟件分成兩部分，一部分是在DCSV-401布光控制電腦上安裝服務端控制程序（自主開發），主要編譯WiFi無線路由器傳輸過來的網絡信號，把網絡信號轉換成串口信號輸出到燈具中央控制器；另一部分，PDA上的控制軟件部分，主要控制燈具、吊桿動作，指令通過無線信號傳輸到WiFi路由器。（圖2、圖 3）

通過無線路由器，把HP IPAQ RX3715 PDA、Strand 550i調光控制臺、DCSV-401星光演播室布光控制臺融合到一個無線局域網當中。改造后的系統，可以通過HP IPAQ RX3715掌上PDA對演播室燈光、燈具吊桿進行無線控制。（圖4）

軟件操作步驟：

第一步，設置HP IPAQ RX3715 IP地址：

首先打開PDA的WiFi功能，點擊“設置”選項，對話框中出現連接的無線路由器“TP-LINK”，然后點擊“網路適配器”，填寫“使用特點的IP地址”。

第二步，打開Strand 550i燈光控制軟件：

軟件打開后，點擊屏幕左下角的“console”，選擇控制臺的端口，默認端口為“Remote 1（500i/500/300）”，點擊OK后，PDA與無線網絡連通，軟件選項框中會出現一個正方形的小框，說明軟件可正常使用。

第三步，打開LIGHT WiFi程序（自主編寫）：

點擊“資源管理器”，從SD CARD卡中選中WiFiConsoleClient程序，點擊界面正下角“設置”，設置服務器IP地址，IP地址指向DCSV-401演播室布光控制臺，設置界面中有“電機行程、按鍵靈敏度調整”。設置好IP地址后返回主界面，點擊設置旁的“連接”，如系統連接上后，界面顯示“已連接”，并且為灰色。

由于演播室燈光、吊桿系統是以編號區分，1-300為燈具編號，300-368為吊桿編號，當選擇數字時，軟件自動判別是燈具還是吊桿。

軟件右上方十字鍵是控制燈具上、下、左、右，然后燈具的聚焦、散射，吊桿上下控制是吊桿升起、吊桿降下，界面簡單明了，操作快捷容易上手。

第四步，STRAND 550I控制程序和自主編寫的LIGHT WIFI程序切換使用：

兩個軟件通過屏幕右上角的“開始”菜單進行切換，Strand Remote軟件已經安裝在菜單欄中。

（3）基于Mini 2440模塊的WiFi布光燈具控制系統編程開發板：

Mini2440是一款低價實用的ARM9開發板，它采用Samsung S3C2440為處理器，并采用專業穩定的CPU內核電源芯片和復位芯片來保證系統運行的穩定性。模塊支持Linux 2.6.13、Windows CE.NET.5.0操作系統。隨著研究的深入，還能實現支持Android、Mac Os X等現今主流操作系統。

Mini2440主要是替代DCSV-401布光控制臺，當PDA無線布光控制系統出現問題后，它可以作為備份臺使用。把原有在DCSV-401上使用的服務端程序（自主開發）移植到Mini2440模塊上，模塊編寫平臺為Linux 2.6.13。由于Linux為開放式平臺，各種插件不涉及法律授權問題。（圖5）

3.發現、發明及創新點

PDA布光控制系統以無線路由器為主創建一個局域網，主要有以下特點：

（1）網絡中的DCSV-401布光控制臺和Mini2440模塊可以互相備份，當Mini2440模塊出現故障時，可以采用上述開發階段二中的模式，以DDSV-401作為服務器進行無線操作。

（2）當PDA出現故障時，帶WiFi功能的手機也可以對布光控制進行操作，實現了多點備份好處。

（3）優化了崗位，提高布光工作人員效率，實現單人獨立完成大型演播室常規燈布光工作。

（4）有效地解決了燈光控制臺與布光控制臺無法在同一系統中共同運行的缺點。

4.經濟效益分析

演播室燈具無線布光控制軟件開發投入分成軟件和硬件兩部分。（表1、表2）

國內設計生產演播室燈具吊桿系統的知名企業還有焦作龍光影視設備公司等其他公司，這套系統主要針對星光影視科技公司的燈具吊桿系統進行改造。同樣無線布光控制系統也適用于其他公司的吊桿系統，只需在軟件上進行更改。據由星光、焦作龍光公司官方網站提供的數據統計表明，2003年至2008年僅兩家公司就完成全國94個大、中型演播室，包括南寧臺800㎡演播室在內的設備供應，大部分燈光系統使用情況與南寧臺類似。參照國外Strand 550i無線燈光控制系統3萬元市場定價，自主開發的系統可以定2.8萬元市場價格。如果以技術改造的形式在全國進行推廣，按50個演播室計算，經濟效益約為100萬元。

5.社會效益分析

無線控制不受演播室內環境影響，可優化工作崗位，提高布光的工作效率，一個人就可以很快完成大型演播室布光工作，因而可以滿足大、中型演播室更好、更快制作更多的大型電視節目的要求，從而更好地開展宣傳工作，滿足喉舌功能及廣大觀眾文化生活的需要。

三、應用效果

南寧電視臺800㎡演播室WiFi技術的演播室布光綜合控制系統項目，從2007年9月份開始研發，包括硬件設計、軟件編寫、系統調試，至2007年11月份開始投入使用。

系統采用WiFi無線控制技術，經過實際使用，達到原有預期設計的效果。這期間，完成了2008年中越《春天的旋律》、2008年《中泰友好主題晚會》等大型電視節目制作。特別是這些大型電視晚會中舞臺現場環境復雜，更體現了該無線系統的靈活性、快捷性的特點。這套系統為南寧電視臺節目制作搭建可靠、快捷的技術平臺，為南寧電視臺節目制作提供了有力的支持。