舞臺演出智能多媒體多網合一系統的研發與應用

李儒華，劉 偉，王海明，閆文儒

（1.廣州市河東電子有限公司，廣東 廣州 510000；2.河北電視臺，河北 石家莊 050030；

3.山東省濱州市文化管理服務中心，山東 濱州 256600；4.吳橋雜技大世界旅游有限公司，河北 滄州 061800）

舞臺演出智能多媒體多網合一系統的研發與應用

李儒華1，劉 偉2，王海明3，閆文儒4

（1.廣州市河東電子有限公司，廣東 廣州 510000；2.河北電視臺，河北 石家莊 050030；

3.山東省濱州市文化管理服務中心，山東 濱州 256600；4.吳橋雜技大世界旅游有限公司，河北 滄州 061800）

舞臺演出智能多媒體多網合一系統可以實現對舞臺的集中控制和安全智能化管理，重點介紹其研發背景、系統組成、系統原理、關鍵技術及應用案例。

舞臺演出；多網合一；智能控制；安全管理

1 前言

隨著演出空間客容量的擴大，舞臺、電視演播室及其他演藝場所施工和節目制作日趨復雜，各種形式的演出新材料、新設備的使用及用電負荷的增加，給觀眾帶來精彩演出的同時，也給演出安全管理帶來新的問題。

傳統舞臺控制方式是每個子系統都需要專業人員在現場進行演出控制，這已經不能滿足現有的舞臺演出和管理需求。數字信號網絡時代的來臨，可以將舞臺上所有設備進行網絡化管理，將不同品牌、不同型號的各種聲光影像和機械設備進行統一控制。

舞臺演出智能多媒體多網合一系統是一個互聯、智能、開放的通用型分布式系統，可以根據用戶的需求定制個性化的解決方案，讓用戶輕松實現對劇場、演播室等大型物業的多種設備進行集中控制和安全智能化管理，最終提高能源效率、節省人力資源、改善安防工作。

2 系統組成

舞臺演出智能多媒體多網合一系統包含兩套軟件系統，“舞臺演出多網絡智能控制表演系統”和“舞臺多網合一智能化安全管理系統”。在演出過程中，舞臺多網合一智能化安全管理系統在演出設備的安全報警監測方面起到非常重要的作用，而舞臺演出多網絡智能控制表演系統讓演出效果控制更加的傻瓜式、智能化，兩者配合讓演出和設備安全管理更加完善。其系統組成如圖1、圖2所示。

圖1 舞臺演出多網絡智能控制表演系統的組成

圖2 舞臺多網合一智能化安全管理系統的組成

3 系統原理

3.1 系統與各子系統不同品牌設備間的信號傳輸

（1）與LED屏幕對接

舞臺演出多網絡智能控制表演系統通過24口網絡交換機和LED屏幕控制主機進行網絡連接，在LED屏幕控制主機上運行帶有TCP接口協議的LED播放器；系統可以遠程地對LED屏幕的視頻進行同步控制，實現功能如播放、暫停、停止、下首、上首、切換等，控制原理是通過網絡接口，TCP/IP控制協議。如圖3所示。

（2）與舞臺音頻設備對接

舞臺演出多網絡智能控制表演系統通過24口網絡交換機和音頻播放主機進行網絡連接，在音頻播放主機上運行帶有TCP接口協議的音頻播放器；集控平臺系統可以遠程地對音頻播放進行同步控制，實現如播放、暫停、停止、下首、上首、切換等功能，控制原理是通過網絡接口，TCP/IP控制協議。如圖4所示。

圖3 與LED屏幕對接原理

圖4 與舞臺音頻設備對接原理

（3）與舞臺機械對接

舞臺演出多網絡智能控制表演系統通過24口網絡交換機和機械控制主機終端進行連接，控制表演系統通過網絡ISO-ON-TCP協議和機械控制主機建立通信并反饋機械的實時狀態信息，包括吊桿的運動狀態值（X、Y、Z坐標），電機轉速值等。如圖5所示。

（4）舞臺觀眾席照明的智能化管理

舞臺多網合一智能化安全管理系統通過24口交換機網絡和觀眾席智能照明模塊進行網絡連接，使用網絡TCP/IP通信協議對智能照明設備進行控制和狀態的查詢，如開啟清潔燈光場景、開會場景、演出場景等。如圖6所示。

（5）舞臺周邊監控攝像頭設備的智能化安全管理

圖5 與舞臺機械對接原理

圖6 舞臺觀眾席智能照明原理

舞臺多網合一智能化安全管理系統通過24口交換機網絡和舞臺監控攝像主機連接在一起，可以在集控平臺下查看攝像頭的上線下線的狀態和查看多個舞臺區域的監控攝像現場情況。如圖7所示。

（6）舞臺燈光大柜的智能化安全管理

舞臺多網合一智能化安全管理系統通過24口交換機網絡和網絡調光大柜設備進行連接。DMX協議可以對HDL的調光設備進行實時監控，在安全管理系統上就可以查看到調光設備的運行狀態，例如DMX信號、電流、電壓、溫度、功率等參數。如圖8所示。

3.2 舞臺演出智能多媒體多網合一控臺

3.2.1 舞臺演出多網絡智能控制表演系統

現有的舞臺演出控制過于復雜，每場演出都需要專業領域的燈光和音響等專業人員進行操控，人員的成本過高。對于固定式演出控制要想節約人力成本，需要把專業舞臺演出系統進行技術融合分化，把舞臺專業人員從操作上進行優化，可以讓非專業人員通過系統進行傻瓜式的演出操控。

圖7 舞臺周邊監控攝像頭設備原理

圖8 舞臺燈光大柜原理

（1）節目庫時間軸

在每場演出中有很多不同的表演節目，節目庫就是表演節目中的表演輸出控制節目單元。那么節目包含了它的演出時間，就是節目的時間軸，創建一個節目，節目里面包含了很多素材，如舞臺燈光效果、音響控制、LED屏幕輸出控制等。在時間軸里面有不同的時間點，按照秒來觸發，當節目開始演出播放時，時間軸就開始運行，比如0 s開始、到600 s結束，那么在0～600 s之間就產生很多時間點，可以在時間點上插入不同的元素，當時間軸運行到某個時間點時，系統就會觸發時間點上的元素進行燈光、多媒體、音響、LED控制的動作，一直到播放完節目。播放控制協議統一是通過網絡通道TCP/IP協議、DMX協議、RS232協議、RS485協議進行各個子系統的表演控制。

（2）DMX燈光元素庫

1.3.2 凝血相關指標檢測 采用酶聯免疫吸附法(ELISA)檢測血漿中纖維蛋白原(Fibrinogen，FIB)、抗凝血酶-Ⅲ(Antithrombin-Ⅲ，AT-Ⅲ)水平，按照ELISA試劑盒(R＆D Systems公司，美國)說明書操作，采用全自動血液細胞分析儀(BC-5000，盛世達醫療設備有限公司)計數血小板及凝血酶時間。

系統是通過交換機網絡TCP/IP協議和舞臺燈光解碼器設備、電腦調光臺進行連接，并通過網絡DMX協議傳輸記錄了電腦調光臺的舞臺燈光效果元素，在系統生成了DMX效果元素庫。

生成元素庫的DMX協議是ART-NET，系統里的每一段從電腦調光臺記錄下來的燈光效果都是ART-NET數據包，在元素庫里記錄下來的元素可以隨時手動進行臨時輸出，并代替電腦調光臺輸出效果功能，播放的燈光效果和電腦調光臺效果也一樣。

（3）音頻控制信息

系統通過交換機和音頻設備進行TCP/IP連接，對音頻設備的開啟、關閉、聲音大小、切換、下首、上首、暫停等對應的動作碼進行協議對接，獲取到音響控制主機的控制信息控制碼，即將控制的動作碼錄入到系統的元素庫里面，當用戶或者時間軸觸發播放音響控制的動作碼時，系統會通過網絡發送控制碼到音頻主機進行聯動控制。

（4）LED屏幕控制信息

系統通過交換機和LED屏幕主機設備進行TCP/IP連接，對LED屏幕主機設備的開啟、關閉、切換、下首、上首、暫停、停止等對應的動作碼進行協議對接，獲取到LED屏幕控制主機的控制信息控制碼，即將控制的動作碼錄入到系統的元素庫里面，當用戶或者時間軸觸發播放LED屏幕主機控制的動作碼時，系統會通過網絡發送控制碼到LED屏幕主機進行聯動控制。

3.2.2 舞臺多網合一智能化安全管理系統

系統運行在TCP/IP協議的網絡下和現場照明弱電箱進行網絡連接，通過網絡通信RS485協議和控制單元模塊進行開發對接和通信，對智能繼電器模塊、智能調光模塊的回路狀態進行讀取和控制，可以遠程對開關、回路的場景和狀態進行反饋（圖9）。

（2）舞臺燈光電源設備監控管理

系統運行在TCP/IP協議的網絡下和舞臺燈光電源設備進行網絡連接，通過網絡通信DMX協議和舞臺燈光電源設備進行通信，獲取到設備里的DMX信號、電流、電壓、溫度、功率信息并進行實時監控，在系統上就可以查看到調光設備的運行狀態，例如DMX信號、電流、電壓、溫度、功率等參數（圖10）。

（3）機械管理

系統運行在TCP/IP協議的網絡下，與機械控制主機進行網絡連接實現通信，通過西門子的SimaticNet提供的OPC Server，訪問PLC中的數據進行讀寫獲取到機械運行狀態和報警值，在系統上就可以查看。

圖9 常規照明集中控制管理系統

圖10 舞臺燈光電源設備監控管理系統

（4）攝像可視化管理

系統運行在TCP/IP協議的網絡下和安防攝像監控主機進行網絡連接，通過網絡通信ONVIF協議實現與安防攝像監控主機對接通信，系統可以獲取到安防攝像監控主機的現場畫面的讀取并顯示，用戶可以查看、切換不同區域畫面。

（5）智能電表管理

系統運行在TCP/IP協議的網絡下和智能電表模塊單元進行網絡連接，通過網絡通信RS485協議和智能電表控制單元模塊進行開發對接和通信訪問，通過網絡讀取到智能電表的實時有效數據，如電表電壓、電流、歷史用電量。查詢系統為用戶提供了綜合的電能和需量統計報表功能，包含不同費率時段的用電量，可以進行日、月、季、年的統計與記錄，并可以進行顯示、打印和查詢。全面透徹的分析體系對能源消耗情況進行偵查，為節能減排管理提供保障。

4 系統難點及解決方法

4.1 技術難點

（1）機械設備網絡化PLC與上層網絡協議對接控制問題。

（2）舞臺燈光電腦控臺現場效果信號錄制成網絡DMX信號存儲和發送以及延時等問題。

（3）舞臺音響設備轉網絡化控制和集控平臺進行遠程控制協議，以及播放源的輸出音效是否與常規播放效果一致等問題。

（4）LED屏幕網絡控制的控制代碼協議RJ45、RS232的控制方式是否符合現場演出輸出延時問題。

4.2 解決方法

舞臺燈光控制系統結構劃分三大部分，人機界面、智能控制設備和底層通信控制協議。三大部分功能相互間利用RJ45網絡通信協議和RS485總線通信，以固定的波特率傳輸數據。主智能控制設備是整個布光控制系統的核心部分，負責上層控制界面和底層硬件控制模塊的聯系。智能控制設備在收到控制模塊發來的按鍵信息后經過翻譯，形成控制的指令；然后主控機依據接收的指令和相關的控制模塊地址組成一幀完整的數據，并通過網絡協議和RS232協議、RS485總線傳輸到各個設備網絡上，各底層控制模塊再按地址匹配獲取屬于自己的數據。

標準的DMX512控制信號的傳輸速率為250 Kb/s ，計算機燈光表演系統在使用超五類線以上線型的前提下，最大傳輸速率也為250 Mb/s，因此都沒有超出演出標準的延遲。

5 結語

圖12 系統應用于吳橋藝術中心

目前，舞臺演出智能多媒體多網合一系統應用于河北省吳橋藝術中心，綜合運用各種先進科技手段服務于雜技藝術，將聲、光、影像、煙霧、虛實景設計、舞臺機械的升降拉伸等與雜技、魔術、舞蹈、武術等節目融為一體，打造“臺中臺”、“戲中戲”的完美觀看效果，巧妙運用各種燈光效果、音響效果和舞美的變化，使演員和觀眾實現虛實互動，將整臺演出節目立體呈現在觀眾面前。（圖11、圖12）。

廣州市河東電子有限公司制定舞臺聲光影像集成系統的解決方案，開展舞臺演出智能多媒體多網合一控制系統的研發，解決了不同子系統、不同產品間通信接口和協議的標準化問題，設備安裝、調試及系統集成應用，將聲光影像設備按照節目的需求進行配置，綜合運用燈光、音響、LED顯示屏和舞臺智能多媒體多網合一控制技術，打造智能化表演藝術形式，創新舞臺演出效果。

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李儒華，廣州市河東電子有限公司舞臺事業部項目經理，主要從事舞臺控制設備和智能控制設備的集成開發與應用；計算機軟件工程專業軟件工程師，精通多語言應用開發技術知識。具有10年的集成應用系統研發和現場實施經驗，擁有2個發明專利和2個實用新型專利的設計。曾參與“北京人民大會堂智能照明監控系統”的開發和現場實施建設，樂山大佛景觀表演控制系統“多媒體聲光電聯動表演控制系統”開發應用與實施。

劉偉，河北電視臺主任燈光師。主要從事演播室、劇場、電視片燈光設計，參與過河北電視臺多個節目和多次春晚燈光設計，對電視照明和劇場劇院演出燈光設計有深入研究。

王海明，山東省濱州市文化管理服務中心主任。曾在第十屆全國藝術節濱州分會場的演出活動中成績突出，獲山東省省委宣傳部、省文化廳、省人社廳二等功。

閆文儒，吳橋雜技大世界旅游有限公司副總經理。分管公司行政、演藝、舞臺演藝科技項目策劃、組織實施，曾擔任科技部十二五科技支撐項目《四度空間雜技舞臺集成系統開發與應用》項目研發。在雜技舞臺燈光影像系統應用方面有豐富的經驗。

（編輯 王 芳）

Research and Development of the Intelligent Multimedia and Multi Network Integration System for Stage Performance

LI Ru-hua1, LIU Wei2, WANG Hai-ming3, YAN Wen-ru4
(1.Guangzhou Hedong Electronics Co.Ltd., Guangzhou Guangdong 510000, China; 2.Hebei TV station, Shijiazhuang Hebei 050030, China; 3.Binzhou Cultural Management Service Center in Shandong Province, Binzhou Shandong 256600, China; 4.Wuqiao Acrobatics World Co. Ltd., Cangzhou Hebei 061800, China )

The intelligent multimedia and multi network integration system can realize intelligent control and security management for stage performance. This paper emphasis on the research background, system composition, system principle, core technology and application cases of the system.

stage performance; multi network integration; intelligent control; security management

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.10.010