舞臺內通系統虛擬控制平臺關鍵技術研究

舞臺內通系統虛擬控制平臺關鍵技術研究

李真，楊謙逸，南潔，安宇潔

(中國傳媒大學自動化系，北京100024)

摘要：舞臺內通系統虛擬控制平臺使得舞臺監督能夠通過高度集成的內通系統人機交互界面，對演出相關人員進行監督調度。本文研究了舞臺內通系統虛擬控制平臺的關鍵技術，包括人機交互界面技術，通訊協議以及數字矩陣技術等。這些技術的綜合運用增強了舞臺內通系統虛擬控制平臺的實用性、實時性和可靠性，保障了劇場演出的順利進行。

關鍵詞：內通系統；交互界面；通訊協議；數字矩陣

中圖分類號：TN919文獻標識碼：A

收稿日期：2015-02-15

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃重大項目“演出呈現關鍵支撐技術研發與應用示范(項目編號：2012BAH38F00)”資助

作者簡介：李真 (1978- )，女(漢族)，河北衡水人，中國傳媒大學講師. E-mail：lizhen@cuc.edu.cn

Research on Key Technology of Virtual Control Platform

for Stage Intercom System

LI Zhen，YANG Qian-yi，NAN Jie，AN Yu-jie

(Department of Automation，Communication University of China，Beijing 100024，China)

Abstract：The virtual control platform for stage intercom system makes it possible that the stage manager can schedule theatre staff through highly integrated user Interface. This article presents the key technology of virtual control platform for stage intercom system，including user interface.technology，communication protocol and digital matrix technology. The combination of these technologies improves the reliability of the virtual control platform，and ensures the theatrical performance runs smoothly.

Keywords：intercom system；interface；communication protocol；digital matrix

1引言

在劇場演出中舞臺內通系統是溝通舞臺監督與各個部門工作人員的橋梁，它為一場演出有條不紊的順利進行提供了有力保障。舞臺內通系統虛擬控制平臺以IP技術為依托，滿足語音及數據調度的業務需求，整個系統克服了傳統舞臺內通系統集成化不高，子系統分散獨立的缺陷，實現無線與有線的網絡化、信息化、智能化、可移動式的舞臺內通調度系統，使得舞臺監督能夠在高度集成的舞臺監督環境下(人機交互界面)，對為舞臺演出服務的全部工作部門進行監督、調度[1]。其中，無線通話基站，有線通話基站，數字矩陣及虛擬控制平臺連接在一個局域網內，提供可靠的數據交換保障，實現各部分的無縫銜接。對內通系統中數字矩陣預先進行端口配置，則虛擬控制平臺的通話面板可以實現預設的通話功能，如單呼，組呼，分組會議等，能夠滿足劇場演出過程中人員協調溝通的需求，為舞臺監督提供更集中快捷的指揮決策信息。相關的技術包括交互界面實現，通訊協議以及數字矩陣技術。本文將重點研究了舞臺內通系統虛擬控制平臺的關鍵技術。

2交互界面實現

用戶交互界面利用MFC框架編寫，MFC框架定義了應用程序的輪廓，并提供了用戶接口的標準實現方法，利用MFC編寫程序的本質是選擇該類庫中合適的類，并調用其下相應成員函數來完成某個功能。

VS提供了相應的工具來完成該工作：AppWizard可以用來生成初步的框架文件(代碼和資源等)；資源編輯器用于幫助用戶直觀地設計用戶接口；ClassWizard用來協助添加代碼到框架文件；編譯，則通過類庫實現了應用程序特定的邏輯[2]。

整個界面設計是通過繪圖工具、PS圖像整合等軟件，制作出界面的應用圖片，依照程序及MFC界面實現的不同功能進行圖片的反復定位。步驟如下：

(1)打開VS的資源管理視圖，打開IDD_VOIP KP_DIALOG，然后把按鈕、圖片控件等要用到的控件按位置拖到界面上，如圖1所示。

圖1　VS資源管理視圖

(2)為控件設置ID、標題等屬性。

(3)在相應文件中添加加載圖片的函數，把要用到的圖片加載進工程，然后把圖片加載到按鈕、圖片等控件上。

(4)雙擊面板上的按鈕控件，就可為該按鈕添加相應的響應函數，即添加點擊按鈕之后要進行的操作的代碼實現。

交互界面工程文件的主要函數有：

BitmapSlider.h和BitmapSlider.cpp：自定義的滑塊控件類的聲明與實現。

def.h：工程中用到的變量的定義。

memdc.h：內存繪圖的頭文件(系統文件)。

Stdafx.h、Stdafx.cpp和targetver.h：包含了工程要用到的一些系統頭文件。

VOIPKP.h和VOIPKP.cpp：MFC工程創建時自動生成。

VOIPKPDlg.h和VOIPKPDlg.cpp：對界面進行控制的函數實現，對界面的控制改動基本都在這里進行。

整個界面加載的流程如圖2所示。

圖2　界面加載流程

3通訊協議

舞臺內通系統虛擬控制平臺的通話面板啟動后，必須按照一定的時序發送消息，才能與數字矩陣的網絡接口卡聯絡上，只有聯絡上之后，才能進行語音通話。

通訊過程采用socket編程，通信協議為UDP和TCP，設備通訊設計流程如下：

(1)初始化socket套接字動態庫。

(2)獲得本機的IP。獲取本機的名稱和地址等信息，并將一個IP轉換成一個互聯網標準點分格式的字符串。

(3)創建socket套接字。使用的函數為socket。

(4)綁定套接字的IP和端口。使用的函數為bind。

(5)開始收發包，接包和發包必須嚴格按照時序進行。通訊的總時序如表1所示。

表1　通訊總時序

數字矩陣的網絡接口卡啟動后，每隔5秒會向通話面板發送聯機信號，直至接收端通話面板應答。用于兩者的初始聯絡。通話面板收到聯機請求后進行回復，實現聯機。

聯機以后，網絡接口卡和通話面板互相發送建立UDP心跳連接的信號，并互相應答一次，應答之后即表示心跳連接建立，然后兩者每隔一段時間發送心跳包，如果有應答，即表示兩設備之間保持聯機狀態，如果一段時間之內沒有應答，即表示設備之間斷開連接，網絡接口卡隨之進入請求聯機狀態。

TCP連接與心跳建立時，通話面板作為TCP客戶端，網絡接口卡作為TCP服務器，端口為2080，TCP連接建立好了后，雙方會互相發送自身設備信息，之后就是不包含信息的心跳保持幀。

其中采用UDP協議發送的數據包類型有：聯機請求、響應包、心跳包、語音控制包、語音數據包，采用TCP協議發送的數據包類型是：心跳包、配置信息包、命令包。按照此通訊協議可實現虛擬控制平臺的通話面板與矩陣網絡接口卡之間的連接，并實現語音數據以及配置數據的交換。

4數字矩陣技術

數字矩陣采用了TDM(Time Division Multiplexing)時分復用的技術。TDM就是將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時隙，并將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內獨占信道進行數據傳輸，并通過時隙交換方式進行路由選擇[3]。

數字通話矩陣首先將Talk通道講話信號進行取樣、量化、編碼處理，然后在相應軟件控制下將各路數字信號進行TDM時分復用，再經過TDM解復用、時隙交換后，將各路數字信號路由至指定的Listen通道，實現了信源、信宿的交換。數字矩陣基本原理結構圖如圖3所示。

圖3　數字矩陣原理結構圖

模擬通話矩陣的主要缺點是它們的交叉點的數量、體積、功耗、物理規模和造價與用戶數量的平方成比例增長，而且固定混合器不能各自調整所聽到信號的相對電平。而數字通話矩陣利用時分復用技術可以提供強大的交叉能力，數字通話矩陣在Listen通道前方設計有可編程的混合器，通過對從TDM總線中分離出來的，已經被分配到指定Listen通道的數字信號進行數學運算，可以方便地實現不同信號電平增益的獨立調整和信號混合。并且可以提供多個端口，從而實現劇場舞臺監督對各個工種調度的通話需求。

5結論

基于IP的舞臺內通系統虛擬控制平臺很好的實現了舞臺監督環境的高度集成化，相關保障技術的綜合運用使該平臺具有較高的可靠性，能夠滿足劇場調度的需求。除了本文提到的技術之外，還有音頻編碼技術、QoS技術等，可以在一定程度上改善整個網絡系統的語音服務質量。目前該平臺可用于Windows多個版本的系統，經過測試，聯機，界面顯示及語音質量情況都符合真實環境應用需求的標準。

參考文獻

[1]陳威旋.淺談內部通話系統的發展及實踐心得[J].信息通信，2012，(03).

[2](美)帕羅賽斯.MFC Windows程序設計[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3]Jonathan Daviason，James Peters.VOIP over IP Fundamentals[M].Indianapdis：Cisco Press，2012.

(責任編輯：王謙)