舞台演出智能多媒体多网合一系统的研发与应用

李儒华　刘伟　王海明　闫文儒

【摘 要】 舞台演出智能多媒体多网合一系统可以实现对舞台的集中控制和安全智能化管理，重点介绍其研发背景、系统 组成、系统原理、关键技术及应用案例。

【关键词】 舞台演出；多网合一；智能控制；安全管理

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.10.010

【Abstract】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.

【Key Words】stage performance； multi network integration； intelligent control； security management

1 前言

随着演出空间客容量的扩大，舞台、电视演播室及其他演艺场所施工和节目制作日趋复杂，各种形式的演出新材料、新设备的使用及用电负荷的增加，给观众带来精彩演出的同时，也给演出安全管理带来新的问题。

传统舞台控制方式是每个子系统都需要专业人员在现场进行演出控制，这已经不能满足现有的舞台演出和管理需求。数字信号网络时代的来临，可以将舞台上所有设备进行网络化管理，将不同品牌、不同型号的各种声光影像和机械设备进行统一控制。

舞台演出智能多媒体多网合一系统是一个互联、智能、开放的通用型分布式系统，可以根据用户的需求定制个性化的解决方案，让用户轻松实现对剧场、演播室等大型物业的多种设备进行集中控制和安全智能化管理，最终提高能源效率、节省人力资源、改善安防工作。

2 系统组成

舞台演出智能多媒体多网合一系统包含两套软件系统，“舞台演出多网络智能控制表演系统”和“舞台多网合一智能化安全管理系统”。在演出过程中，舞台多网合一智能化安全管理系统在演出设备的安全报警监测方面起到非常重要的作用，而舞台演出多网络智能控制表演系统让演出效果控制更加的傻瓜式、智能化，两者配合让演出和设备安全管理更加完善。其系统组成如图1、图2所示。

3 系统原理

3.1 系统与各子系统不同品牌设备间的信号传输

（1）与LED屏幕对接

舞台演出多网络智能控制表演系统通过24口网络交换机和LED屏幕控制主机进行网络连接，在LED屏幕控制主机上运行带有TCP接口协议的LED播放器；系统可以远程地对LED屏幕的视频进行同步控制，实现功能如播放、暂停、停止、下首、上首、切换等，控制原理是通过网络接口，TCP/IP控制协议。如图3所示。

（2）与舞台音频设备对接

舞台演出多网络智能控制表演系统通过24口网络交换机和音频播放主机进行网络连接，在音频播放主机上运行带有TCP接口协议的音频播放器；集控平台系统可以远程地对音频播放进行同步控制，实现如播放、暂停、停止、下首、上首、切换等功能，控制原理是通过网络接口，TCP/IP控制协议。如图4所示。

（3）与舞台机械对接

舞台演出多网络智能控制表演系统通过24口网络交换机和机械控制主机终端进行连接，控制表演系统通过网络ISO-ON-TCP协议和机械控制主机建立通信并反馈机械的实时状态信息，包括吊杆的运动状态值（X、Y、Z坐标），电机转速值等。如图5所示。

（4）舞台观众席照明的智能化管理

舞台多网合一智能化安全管理系统通过24口交换机网络和观众席智能照明模块进行网络连接，使用网络TCP/IP通信协议对智能照明设备进行控制和状态的查询，如开启清洁灯光场景、开会场景、演出场景等。如图6所示。

（5）舞台周边监控摄像头设备的智能化安全管理

舞台多网合一智能化安全管理系统通过24口交换机网络和舞台监控摄像主机连接在一起，可以在集控平台下查看摄像头的上线下线的状态和查看多个舞台区域的监控摄像现场情况。如图7所示。

（6）舞台灯光大柜的智能化安全管理

舞台多网合一智能化安全管理系统通过24口交换机网络和网络调光大柜设备进行连接。DMX协议可以对HDL的调光设备进行实时监控，在安全管理系统上就可以查看到调光设备的运行状态，例如DMX信号、电流、电压、温度、功率等参数。如图8所示。

3.2 舞台演出智能多媒体多网合一控台

3.2.1 舞台演出多网络智能控制表演系统

现有的舞台演出控制过于复杂，每场演出都需要专业领域的灯光和音响等专业人员进行操控，人员的成本过高。对于固定式演出控制要想节约人力成本，需要把专业舞台演出系统进行技术融合分化，把舞台专业人员从操作上进行优化，可以让非专业人员通过系统进行傻瓜式的演出操控。

（1）节目库时间轴

在每场演出中有很多不同的表演节目，节目库就是表演节目中的表演输出控制节目单元。那么节目包含了它的演出时间，就是节目的时间轴，创建一个节目，节目里面包含了很多素材，如舞台灯光效果、音响控制、LED屏幕输出控制等。在时间轴里面有不同的时间点，按照秒来触发，当节目开始演出播放时，时间轴就开始运行，比如0 s开始、到600 s结束，那么在0～600 s之间就产生很多时间点，可以在时间点上插入不同的元素，当时间轴运行到某个时间点时，系统就会触发时间点上的元素进行灯光、多媒体、音响、LED控制的动作，一直到播放完节目。播放控制协议统一是通过网络通道TCP/IP协议、DMX协议、RS232协议、RS485协议进行各个子系统的表演控制。

（2）DMX灯光元素库

系统是通过交换机网络TCP/IP协议和舞台灯光解码器设备、电脑调光台进行连接，并通过网络DMX协议传输记录了电脑调光台的舞台灯光效果元素，在系统生成了DMX效果元素库。

生成元素库的DMX协议是ART-NET，系统里的每一段从电脑调光台记录下来的灯光效果都是ART-NET数据包，在元素库里记录下来的元素可以随时手动进行临时输出，并代替电脑调光台输出效果功能，播放的灯光效果和电脑调光台效果也一样。

（3）音频控制信息

系统通过交换机和音频设备进行TCP/IP连接，对音频设备的开启、关闭、声音大小、切换、下首、上首、暂停等对应的动作码进行协议对接，获取到音响控制主机的控制信息控制码，即将控制的动作码录入到系统的元素库里面，当用户或者时间轴触发播放音响控制的动作码时，系统会通过网络发送控制码到音频主机进行联动控制。

（4）LED屏幕控制信息

系统通过交换机和LED屏幕主机设备进行TCP/IP连接，对LED屏幕主机设备的开启、关闭、切换、下首、上首、暂停、停止等对应的动作码进行协议对接，获取到LED屏幕控制主机的控制信息控制码，即将控制的动作码录入到系统的元素库里面，当用户或者时间轴触发播放LED屏幕主机控制的动作码时，系统会通过网络发送控制码到LED屏幕主机进行联动控制。

3.2.2 舞台多网合一智能化安全管理系统

（1）常规照明集中控制管理

系统运行在TCP/IP协议的网络下和现场照明弱电箱进行网络连接，通过网络通信RS485协议和控制单元模块进行开发对接和通信，对智能继电器模块、智能调光模块的回路状态进行读取和控制，可以远程对开关、回路的场景和状态进行反馈（图9）。

（2）舞台灯光电源设备监控管理

系统运行在TCP/IP协议的网络下和舞台灯光电源设备进行网络连接，通过网络通信DMX协议和舞台灯光电源设备进行通信，获取到设备里的DMX信号、电流、电压、温度、功率信息并进行实时监控，在系统上就可以查看到调光设备的运行状态，例如DMX信号、电流、电压、温度、功率等参数（图10）。

（3）机械管理

系统运行在TCP/IP协议的网络下，与机械控制主机进行网络连接实现通信，通过西门子的SimaticNet提供的OPC Server，访问PLC中的数据进行读写获取到机械运行状态和报警值，在系统上就可以查看。

（4）摄像可视化管理

系统运行在TCP/IP协议的网络下和安防摄像监控主机进行网络连接，通过网络通信ONVIF协议实现与安防摄像监控主机对接通信，系统可以获取到安防摄像监控主机的现场画面的读取并显示，用户可以查看、切换不同区域画面。

（5）智能电表管理

系统运行在TCP/IP协议的网络下和智能电表模块单元进行网络连接，通过网络通信RS485协议和智能电表控制单元模块进行开发对接和通信访问，通过网络读取到智能电表的实时有效数据，如电表电压、电流、历史用电量。查询系统为用户提供了综合的电能和需量统计报表功能，包含不同费率时段的用电量，可以进行日、月、季、年的统计与记录，并可以进行显示、打印和查询。全面透彻的分析体系对能源消耗情况进行侦查，为节能减排管理提供保障。

4 系统难点及解决方法

4.1 技术难点

（1）机械设备网络化PLC与上层网络协议对接控制问题。

（2）舞台灯光电脑控台现场效果信号录制成网络DMX信号存储和发送以及延时等问题。

（3）舞台音响设备转网络化控制和集控平台进行远程控制协议，以及播放源的输出音效是否与常规播放效果一致等问题。

（4）LED屏幕网络控制的控制代码协议RJ45、RS232的控制方式是否符合现场演出输出延时问题。

4.2 解决方法

舞台灯光控制系统结构划分三大部分，人机界面、智能控制设备和底层通信控制协议。三大部分功能相互间利用RJ45网络通信协议和RS485总线通信，以固定的波特率传输数据。主智能控制设备是整个布光控制系统的核心部分，负责上层控制界面和底层硬件控制模块的联系。智能控制设备在收到控制模块发来的按键信息后经过翻译，形成控制的指令；然后主控机依据接收的指令和相关的控制模块地址组成一帧完整的数据，并通过网络协议和RS232协议、RS485总线传输到各个设备网络上，各底层控制模块再按地址匹配获取属于自己的数据。

标准的DMX512控制信号的传输速率为250 Kb/s ，计算机灯光表演系统在使用超五类线以上线型的前提下，最大传输速率也为250 Mb/s，因此都没有超出演出标准的延迟。

5 结语

目前，舞台演出智能多媒体多网合一系统应用于河北省吴桥艺术中心，综合运用各种先进科技手段服务于杂技艺术，将声、光、影像、烟雾、虚实景设计、舞台机械的升降拉伸等与杂技、魔术、舞蹈、武术等节目融为一体，打造“台中台”、“戏中戏”的完美观看效果，巧妙运用各种灯光效果、音响效果和舞美的变化，使演员和观众实现虚实互动，将整台演出节目立体呈现在观众面前。（图11、图12）。

广州市河东电子有限公司制定舞台声光影像集成系统的解决方案，开展舞台演出智能多媒体多网合一控制系统的研发，解决了不同子系统、不同产品间通信接口和协议的标准化问题，设备安装、调试及系统集成应用，将声光影像设备按照节目的需求进行配置，综合运用灯光、音响、LED显示屏和舞台智能多媒体多网合一控制技术，打造智能化表演艺术形式，创新舞台演出效果。