影院多屏廣告聯動系統應用研究

張明濤

中影電影數字制作基地有限公司，北京 101400

1 研究背景

電影搭片廣告已成為大多數電影院中必要的組成部分，廣告播放時長短則20～30 秒，長至1～2 分鐘，為了在有限的時間內可以讓觀眾得到更多視覺沖擊，提升廣告的播放效果，目前大部分的搭片廣告都只是在廣告的內容上“做文章”，對于播放形式上的改進相對滯后。本文提出的電影廣告投放方案旨在提升觀看時的視覺效果，并在實施上充分參考了目前大多數影院的布局方式，利用銀幕與觀眾席間的區域空間，通過使用投影設備，將預先制作好的廣告擴展內容，投影到主銀幕的左、右、上三個方向，實現由原來一個銀幕的廣告內容，擴展為四個屏幕，增大了觀眾可觀看的視野范圍，獲得身臨其境般的感受。

進行廣告播放只是這套系統的一個功能，如果進一步擴展也可以實現與電影正片內容聯動的形式，進而大幅提升觀影感受。目前類似的形式已在國外的一些影片中應用過，比如《移動迷宮3：死亡解藥》中有幾場內容就使用了Barco Escape 三屏聯動播放，三塊銀幕將觀眾包圍在畫面之中，實現身臨其境的體驗，讓觀眾仿佛置身于一個迷宮中，三屏畫面連成一個整體，以極廣的視角將迷宮的全貌呈現出來。所以此套方案在設計之初就不單只是為了播放廣告，也考慮了日后與電影正片能夠同步播放的需求，從而擁有廣泛的適用性及更好的市場推廣力。

根據目前的調研情況，在市面上推廣的同類方案中普遍存在著需要專用的軟硬件設備，以及便攜移動性差的問題。因此，在產品功能的開發上要充分考慮盡量簡化播放硬件設備與盡可能簡單的操作步驟，并具備較好的便攜移動能力。為了具有與電影正片同步播放的能力，經過對多個影院播放設備提供商的走訪了解，筆者確認目前市面上使用的播放服務器標準比較統一，在同步功能上可以使用播放服務器端的時間碼輸出接口，采用無線方式將放置于影廳后部的播放器與影廳前部的廣告播放計算機串聯起來。另外為了方便播放廣告，同時減輕播放工作人員的額外操作，方案設計廣告播放節目列表功能，可以實現在一個影廳對多個不同影片進行相應廣告播放文件的選擇與播放時間的設置。在程序使用的控制上，開機后基本無需操作人員過多介入。如果需要人為控制，也可以在安卓端的遠程控制程序中完成。

2 系統組成

基于對影院廣告系統的研究，筆者設計了一套影院多屏廣告聯動系統，實現與電影放映服務器同步播放更多畫面內容到主銀幕旁邊。為了實現上述功能需要使用到的硬件有投影機、無線信號發送與接收裝置、影片播放計算機、時間碼同步器，同時編寫一套支持多通道影片播放及時間碼格式轉換與校對的軟件。

方案中使用的硬件分為固定投影方式與可移動投影方式，主要的區別是投影機的放置位置。固定投影方式是將播放影片的投影機分別安裝在影廳左右兩側墻面上，再投影到對面區域，并在左、右墻體下方放置投影到天花板區域的投影機，從而實現左、上、右三個方向的投影畫面覆蓋。移動投影方式是將播放計算機與3～4臺投影機置于一個可移動的小型機柜中，通過在機柜上開孔來向外投影。以上兩種方式各有優劣，固定方式布置相對復雜，設置好后基本不會再次過多調整，移動方式可以做到根據需要將設備移動到不同的影廳使用，但每次移動到不同的影廳均需對投射區域進行局部位置調整。

電影放映服務器所在位置一般在影廳后部，廣告播放計算機通常放置在主銀幕附近，此套方案中采用無線傳輸時間碼在兩套設備間進行通信。以上即為硬件設備的大致描述，其中所涉及的多個硬件設備及具體型號和使用方法會在后文說明。

軟件部分主要實現兩個功能，首先是視頻文件的播放功能，通過一臺計算機可以同時播放多個畫面到不同的投影機上，其次是可以解釋出電影放映服務器上傳輸過來的時間碼信息，此套系統中的全部時間碼采用的是MIDI 標準中的時間碼格式。軟件應能夠將電影放映服務器中的時間碼轉換成計算機可以識別并使用的格式。軟件支持在Windows 7及以上的Windows 系統中使用，因為需要較高的執行效率，開發語言使用了C++進行開發，并預留了擴展接口以方便與更多的硬件設備進行同步通信。

3 系統關鍵功能實現

在硬件的選擇上，考慮到移動方案中需要使用規格較為特殊的機柜，所以目前市面上的機柜并不能拿來直接使用，我們便結合現在使用環境與投影機的散熱需求，以及整體機柜的尺寸盡量小的考慮，設計并定制了一套機柜。

定制機柜在設計上所支持的投影機尺寸長寬均在400mm 以內，高不超過300mm，這種規格覆蓋了市面上大多數高清級別的投影設備，并配有低噪排風系統，以保證在廣告播放時聲音不影響距離機柜較近的觀眾，并能滿足多臺投影機同時工作的散熱要求。

在軟件功能設計上，計算機播放廣告端程序在預先設置好的時間點將已拷貝到本地硬盤中的廣告視頻文件進行播放，即將3～4 個屏幕內容拼接到一個視頻文件中，在播放時由不同的輸出端輸出投影，比如一個7680×1080 的影片，在播放時會被分為4 個1920×1080的影片，目前大部分計算機使用的顯卡支持的紋理為8192×8192，在使用上正好可以完好支持4 通道全高清顯示。由于使用的是多個輸出端同步播放，相關的播放內容將在下文中詳細說明。計算機端播放程序的主要運行流程如圖1所示。

圖1 程序主要運行流程圖

圖1 中程序初始部分為程序加載后對相關的硬件設備進行狀態檢查，待各個硬件通過檢測后，系統加載相應的控制單元模塊，建立外部TCP/IP 協議的端口監聽，由時間碼同步器判斷是否處于待機狀態，最后完成播放節目列表載入等工作，播放預先編寫的播放廣告的一組文本文件。

3.1 機柜設計方案

在機柜的設計上，主要需考慮尺寸、散熱能力、便攜性、防碰撞以及運輸便利性，設計如圖2所示。

圖2 機柜設計圖

從圖2 中的正向透視示意圖可以看出，機柜尺寸比較小，底部裝了4 個可360 度轉向的腳輪。機柜中左右兩側放置了可供調整傾斜角度的托板，用于放置兩臺投影機，并在機柜的左、右、上處開口用于投影機的顯示輸出。在機柜下方兩側各有一個用于進氣的靜音風扇,在機柜上方有兩個排氣風扇保證氣流從下方進入從上方排出。由于不確定是用于一臺還是兩臺投影機，所以開孔較大。由于上方的投影是立放方式，可以選用2 臺支持短焦的投影機，這樣能更加有效地覆蓋影廳前部天花板區域。機柜下方留有部分空間用于放置播放廣告的計算機、接收無線信號的接收器及時間碼轉換設備等，部分區域還可用于放置電源線與數據線。此機柜的大小不固定，主要根據所使用的投影機性能及外部尺寸定制，用于放置投影的托板上裝有固定卡扣，保證在小范圍移動中能夠保護投影機。目前項目中已訂做的一款機柜尺寸為1.5m×1m×1.2m，在50 人的影廳，使用4臺5500 流明的投影機完全能夠滿足對于投影機與主銀幕放映機亮度相符的要求。如果需要使用更高亮度的投影機，則對機柜內部空間和散熱的要求也更加嚴格，需重新修改設計方案。

3.2 系統中時間碼的同步傳輸方案

在前期調研中，已經確定目前絕大部分的影院電影放映服務器均有時間碼同步輸出接口（SYNC LTC）。

電影放映服務器的時間碼同步輸出接口采用BNC 接口方式連接，使用LTC 格式輸出，通過此接口得到服務器的當前時間碼后，就可以將其轉換為所需要的時間碼格式。進行實時的格式轉換，使用的設備是Nuendo提供的Timelock Pro 轉換器。

將服務器輸出的同步時間碼轉換成設備所需要時間碼，首先通過將電影放映服務器的SYNC LTC 接口與無線話筒的發送端連接，經過調查，通常無線話筒采樣頻率為100MHz 以上，這樣在將信號轉換成模擬信號上遠遠高于SYNC LTC 傳送的時間碼數據量，所以同步過程可以在百分之一秒內完成。完成了上述設備的連接后，就完成了從電影放映服務器到發送設備的連接轉換工作。

在接收端，首先在無線話筒接收器上使用一根3.5mm 耳機接口轉BNC 的轉換線。將無線話筒與Timelock Pro 的LTC In 連接，再經過Timelock Pro 的MTC 輸出口與電腦上聲卡的MIDI 接口連接，使用的是一根5 針卡農插頭轉15 針MIDI 的連接線，這是因為在計算機端的程序處理上目前只支持使用MIDI中的MTC 格式時間碼協議，這一系列的轉換均是為了得到從LTC 到MTC 的轉換，以達到下一步在編碼中對于時間碼的格式要求。

時間碼在影片播放時自動生成由SYNC OUT 發送，所以通常不需要額外的操作設置。

上述設備工作流程如圖3 所示。這種方式既適用于絕大多數影廳，又可以做到有效控制成本，整套方案的設計也具備長時間穩定運行的要求，以及操作設置盡可能簡單。

圖3 播放時間同步控制示意圖

樂器數字接口(Musical Instrument Digital Interface，MIDI) 是20 世紀80 年代初為解決電聲樂器之間的通信問題而提出的，主要用于傳輸音符、控制參數等指令。傳輸時采用異步串行通信, 標準通信波特率為31.25×( 1±0.01) KBaud，其精度較高，一般可達44.1KHz/16Bit。在此由無線話筒的接收端將模擬信號的MIDI 信息發送到PC 端的聲卡MIDI 接口，經過一根5 針卡農插頭轉MIDI 接口的連接線，再經過聲卡的A/D 轉換器，將傳輸的信息還原到數字方式，方可讓播放程序繼續進行后續處理，在得到符合的時間播放點即可以開始播放計算機中的影片。

PC 端的MIDI 接口接收到數據后，循環與程序中預設的開始播放時間點進行比對，當得到的時間碼與本地設置的開始播放時間相符時，即調用程序中的播放模塊開始播放影片。

由于在電影放映服務器開始運行后，會不斷地從電影放映服務器中傳送時間碼到PC 端，服務器端的數據格式會以一種類似數據流的方式進行傳輸，通過在數據流中設置標識位來說明此段數據保存的是時間碼中的哪個部分的信息，所以PC 端MIDI接口需要以回調函數的方式建立MIDI 設備的使用過程，在接收到時間碼信息后，先對信息進行處理，確認該段信息屬于哪位的時間碼，在整理好后按小時、分鐘、秒、幀位進行預處理，由于收到的MIDI 格式不是以標準的時間碼格式傳送的，所以在本地接收到傳送過來的時間碼數據流后，在不同的數據位做“與”運算后才能得到所需信息，當得到一個時間碼的全部信息即能夠組成hh:mm:ss:ff 后通過Windows 中的消息機制，將時間碼發送到主進程使用，對于這部分的處理需保證機器的實時處理能力。為了完成上述過程首先在程序中對于MIDI 的所有相關操作設計了一個獨立的類，這樣可以保證對于MIDI 部分的處理過程可以相對獲得獨立的系統資源，通過由主進程建立一個新的線程，并在此線程中運行MIDI 處理模塊來完成相應的工作，當得到完整的時間碼后才能給到主進程調用，這個過程在程序運行中一直進行。

3.3 播放視頻的開發

在視頻播放上只要支持接收外部控制命令的播放器，或者自己編寫一個支持解碼的播放器均可以使用，目前系統使用的是自己開發的播放器，可以支持屏幕位置的精確調整，以及對文件分屏顯示的要求。

3.4 外部命令監控

這套系統為了方便使用者，在操作上使用遠程控制方式，通過將廣告播放服務器與遠程控制的Android 平板或者裝載了控制程序的電腦相連即可使用，但要求同時接入到一個無線網絡環境中，兩臺設備通過IP 連接后發送控制命令，命令格式自定義。使用時通常以自動播放為主，操作人員只需對電影放映服務器進行操作即可。

3.5 播放設備的相關設置

在廣告播放服務器上，可以預先使用定義好的播放列表，存于一個TXT 文本文件中，通過在本地預先設置是否為自動播放來選擇自動播放或者遠程手動播放，自動播放的控制文本格式為“本地影片+空格+開始時間+結束時間”（如結束時間為空時即為待全部內容播放完成后自動停止播放），例如：testmovie1.mp4.00:00:05:23.00:01:00:12，代表正片播放到5 秒23 幀時開始播放名為testmovie1.mp4 的媒體文件，到正片播放1 分12 幀停止播放。該方案支持為多個廣告或者正片中需要使用這套系統的部分設置多條播放規則，規則的調用順序以播放時間遞增的方式進行。

4 系統效果測試

通過上述各部分的協調工作，才能完成無線信號傳輸、復雜信號處理、不同類型格式轉換、按時影片播放一系列功能，圖4 與圖5 展示的是在單位內部影廳實驗的效果，展示中用的系統設置為三個屏幕，根據實際情況在Windows 中將所有接入的顯示終端組合成一個水平顯示的桌面，按照左、上、右的順序把投影與顯示卡設置好，并在每個廣告片中提前按照上述順序將幾處不同的顯示視頻組成一個水平布局的視頻文件以便進行同步顯示。圖4 所示為實驗使用的一個三屏影片在本地直接播放的效果，圖5為在單位內部影廳的實際播放效果。

圖4 已經處理好的實驗視頻

圖5 在實驗影廳中的左、上、右播放效果

圖4 中顯示的是一個部分按環幕處理的影片，分為左上右3個屏幕，顯示內容為航天器飛離地球的演示動畫。

圖5 正中的畫面為電影放映服務器播放的影片，左、上、右為放置在投影幕前的一組3 臺高清投影機的播放效果，整個影片描述的是宇宙飛船飛入到太空的模擬畫面，圖片中為發射場的畫面，通過3 個屏幕實現了可視范圍的幾乎全覆蓋效果，帶來的視覺效果沖擊感十分強烈。此展示場地中的天花板高度約為6 米，左右墻距離約為18 米，使用的是3 臺BenQ 7000 流明投影機，播放計算機與影廳放映機房相距20米左右，同步效果完全符合設計要求。

5 結語

電影自誕生100 多年以來，觀看的方式大致都是觀眾位于銀幕前，一直以來并無太大變化，人們也不斷在新的觀影方式上進行探索，無論是4D 坐椅或是氣味信息系統均是為了增加觀眾的臨場感。本文中的影院多屏廣告聯動系統，是通過增加可視范圍以增加可觀看內容，這種方式豐富了廣告播放手段，使觀眾得到更沉浸的觀看感受。此套系統創新地將無線傳輸模擬信號的通信方式與影院播放設備同步功能結合在一起，從而完成了播放設備的遠程同步功能。根據最初的設計方案，這套系統也為電影正片的多屏幕播放方案奠定了研究基礎。經在單位內部影廳的實際播放效果測試，視覺效果顯著提升。