网络技术在灯光系统中的应用——谈中山广播电视台演播厅灯光系统网络化改造

王 艺

（中山广播电视台技术中心，广东 中山 528403）

目前，电视画面的组成部分之一——灯光，在发生着显著的变化，除了具备基本照明和艺术表现的功能，还从“幕后”走到了“台前”：电脑灯、光束灯、LED灯等新型效果灯的排列变化，已直接参与了画面构图，灯体以及借助烟雾形成的光束和五彩缤纷的光环，都成为摄像机捕捉的画面内容。这种变化使灯光在电视节目中的作用更加令人瞩目。

为适应新时期媒体改革和发展的要求，广东中山广播电视台对演播厅灯光系统进行了改造，工程采用了网络技术，提升了系统性能。本文对此次改造的技术特点作简单介绍。

1 灯光系统网络化是此次改造的重点

1.1 网络化的技术基础条件

作为灯光系统的指挥中心，灯光控制系统的可靠与否，直接影响着电视节目的灯光效果，关乎电视节目的录制与直播质量。灯光控制系统的安全问题一直困扰着现场的灯光师，要确保灯光控制的万无一失，除了选用技术成熟、性能稳定可靠的调光产品，科学合理的备份控制系统设计也至为关键。

十几年来，国内、外专业灯光生产厂商先后设计实施了若干备份模式。中山广播电视台改造前采用的模式是将两个相同功能的调光台放在同一控制室内，作为主、备控制台同时工作，信号输出大者优先；当主控台失效时，再通过副控台进行控制。由于主、备份控制台之间的联接没有相互学习功能，通常在彩排前要将灯控程序编入主、备份台中，这样既浪费资源，又达不到最佳的跟踪备份效果。

1.2 Art-Net协议

电视产业数字化、网络化、智能化的浪潮，推动了专业灯光技术的迅猛发展。在Artistic licence发布Art-Net协议后，法国ADB公司（ADB Lighting Technologies）将其应用于灯光产品中，目前已有超过100家制造商采用了Art-Net协议。该协议的应用改善了系统的备份功能，增加了控制系统的可靠性。Art-Net协议示意图见图1。

Art-Net是一个在TCP/IP协议基础上采用lOM以太网的协议标准（由于网络技术的特点，它也可以方便地转用100 M的以太网），利用广泛使用的标准以太网技术来传送大量的DMX 512数据（最新可达255个DMX 512系统），以满足当前最迫切、最普遍的应用需求。它给每一个加入联盟的厂商一个OEM码，并提供一个算法，结合网络芯片的MAC码，由此产生每一个设备不会重复的固定IP地址，每次接通网络，由控制台向整个网络发出一次巡查（A rtP001）数据包，每一个受控设备（Node）或网上其他控制台进行应答后，控制台即可了解网络的配置和各设备的属性，整个网络即可进行正常运行。为了今后不断改善、升级和扩大功能，Art-Net在它定义的数据包格式中，预留了许多未用到的数据字节，目前均定义为零，将来根据需要定义为其他数字即可开发为新的功能。

Art-Net协议可以看作是TCP／IP协议和DMX 512协议的结合，它兼容了现有的大量基于DMX 512协议的设备，利用网络技术解决了DMX 512协议的缺点，技术成熟，系统成本低。

2 灯光系统网络化改造的目标

（1）信息的互通性：网络设备均符合国际标准的网络传输协议——TCP/IP协议、灯光控制协议——DMX 512（1990），保证网络数据的互通。

（2）信息的互用性：设计的网络设备均是采用Art-Net协议生产的网络控制台、网络节点和符合国际标准的网络设备，解决了网络数据的互用性问题，实现信息共享。

（3）信息的可靠性：设计选用的设备均性能可靠，技术成熟，有防错纠错功能，传输数据更安全。

（4）提高网络的运行质量：运用新技术，采用合理、有效、可靠的传输介质和网络运行设备及终端设备，保证数据传输的准确高效。

（5）提高网络的资源利用率：充分了解演出需要的信号点位，合理进行线路布置，力求网络信号的最大利用率。

（6）系统控制全面性：网络系统能承载几乎所有灯光设备，包括舞台常规灯、电脑灯、换色器、效果器，以及场灯、工作灯在内的舞台或演播厅照明控制系统。

（7）系统控制多样性：实现各演播厅照明灯光的直控、遥控、监控、多人控制与多点控制。

3 改造后达到的功能目标

（1）网络中各控制台之间可以互相学习、互为备份。备份台以网络的架构与主控台相连，并利用全跟踪备份模式对主控台进行学习，即两台调光台并行处理，任一台上按键则另一台马上学习，当主、备控台中任何一台失效时，另一台就会自动转入跟进输出。这种方式既可充分发挥有限资源的作用，又可确保演出的灯光控制万无一失。

（2）方便实施远程控制和技术支持，为灯光设计人员的桌面设计电脑联网提供了技术手段。

（3）通过网络通讯信号接口和调光立柜软件，灯光操作人员可以在灯光控制室通过电脑或控制台显示屏，随时了解灯光系统信息及工作状态，从而及时对各灯光回路实行监测、远程控制和故障报告。

（4）通过网络节点可以设置电脑、设计者方位、遥控器、演示控制器等，从而实现分点控制、多点控制、手提遥控或无人控制，给节目彩排、制作带来便利。

（5）网络系统稳固、编程合理，在硬件结构不改变的情况下，也可以利用软件对系统进行升级。

4 灯光系统的组成结构

这次灯光系统改造工程主要由以下几个部分组成：

4.1 灯光控制台

灯光控制台选用了M ENTOR（顾问）系列电脑调光台，这是一款高性能、灵巧型灯光控制台，通过以太网分配可达到16个DMX分配端口，本系统只选用了512通道、1 024调光回路，节省了资金。

该调光台可控制任何DMX 512信号的数字产品，如电脑灯、换色器等，极大地方便了灯光师的创作和操作，满足了演播厅灯光设计的要求。其特点为：操作灵活，编缉修改方便，性能稳定可靠，抗干扰能力强；可直接访问所有功能菜单、远程诊断、数字拷贝、便捷的软配接；允许多个控制台进行编程、多重合并、全跟踪备份；DMX通过以太网遥控监视器，实现文件共享；使用USB存储棒，可随时随地录放数字内容；可对调光台进行推杆扩展，最多扩展4个模块，达到96集控或120推子。

4.2 灯光以太网/DMX网络系统

灯光控制网络系统是指演播厅网络化灯光控制的系统。灯光信号传输采用以国际标准TCP/IP协议为基础的以太网络，传输各种信号，实现DMX输入与输出、直控、遥控、视频、信息反馈及编辑等功能。分布在演播厅各个角落的以太网节点（Art-Net），与灯光控制室的交换机连接构成网络系统。以太网节点可同时连接多个不同的灯光控制台作现场或预演，符合DMX 512协议。数据传输介质采用超5类网线来实现。

DMX信号特性有：由网络中的NODE 19网络转换器转换提供，每个NODE 19上提供两个DMX接口；可以做到将Art-Net转换成DMX 512，或者将DMX 512转换成Art-Net，再通过内置网页来设定以太网信号；有信号的输入输出允许/禁止功能；前面板可显示以太网存在信息；有DMX混合、DMX备份、DMX 分配/放大，内置DMX 软配接。这些功能容许设置工序在演播厅的中央计算机或任何无线场景遥控器上完成。通过ADB NODE 19（Art-Net网络节点）实现以太网控制信号与DMX信号的相互转换，并合理分布于演播厅各DMX信号节点。

灯光网络配置具备专用的ADB W i-Fi软件，给控制台带来了无线以太网遥控功能，包括通道和存储管理、执行宏、直接访问到调光器等。网络中还具备了以太网控制、无线以太网控制、DMX控制、无线HF遥控。演播厅灯光控制系统图见图2。

通过网络节点在观众席建立灯光控制站点和监控接口，完全实现演播厅灯光的多点控制、多人控制、遥控和监控，这种具有国际先进水平的高度灵活性灯光控制系统，充分体现了电视台现代化管理理念与新式灯光操作管理模式，大大节省装台、对光与布光所用的时间，也为导演与灯光师在节目编排和制作现场的声音和视觉交流带来了便利。

在主干网络采用环网形式，信号双向传输互相备份；灯光控制台采用双机热备份；调光立柜采用双处理器形式，可以同时接受一路网络信号、两路DMX512信号。

4.3 网络调光硅柜

网络调光硅柜包含一个隔离空开、两个调光控制器、30个调光模块（120路光路输出），统一标准抽屉，可相互替换。其工作由两个数字解码控制器组成一个“动态双备份”，当其中一个发生故障时，另一控制器照常工作，故而不会影响立柜的功能，理论上不会产生暗场现象。

全数字调光立柜具有设置直通功能，在前端信号丢失的情况下，可应急直通，确保现场不暗场；具有立柜散热系统，可强制送风及强制抽风，散热好，热稳定性好，采用国际先进的轴流风机，噪音极低；还具有可预选各种调光曲线、抗干扰能力强、抗电击能力强等优点。其原理方框图如图3所示。

调光控制器以嵌入式MCU为核心，接收4路DMX调光信号的输入，也接收网络信号的输入，控制120路调光模块的光路输出。

5 灯光网络系统软件

在这个灯光网络系统上使用的软件有“ISIS®” 、“Advanced Dimmer Network &Dimmer Manager”等，不同的软件在整个网络中的功能各异。

“ISIS®”为整个系统或单机的操作系统(O/S),所有其他功能也都围绕它而存在。此软件能处理6 144通道（Channel）、8 192 DMX地址输出(Dimmer)、2 048 DMX地址输入、9 999灯光存储(Cue)、999组(Group)、999宏(Macros)、999个集中预置（Preset Focus）、99×99跑灯，可建立99种效果，具备强大的学习功能，允许全跟踪备份、数据多重合并，DMX通过以太网遥控监视器实现文件共享等。除了在调光台中应用外,还可装进PC机以作为脱机编辑或PC机备份。

网络工作站的PC平台安装了“Advanced D imm er Network &Dimmer Manager”。该软件是一个完整的调光系统，无需任何额外的接线双向联网，担负整个网络系统DM X地址码分配工作，全系统的任何调光器在远程编程时，其可以当作NETBUS远程调光控制器，对调光器进行管理，完成全系统的远程测试、监控、故障报告和内存管理。

6 灯光网络系统布线

在整个灯光网络系统中，线材选用可根据系统的大小及节点间的距离来决定。网络系统布线选材如表1所示。

从表1可看出，除第三项光学纤维外，有效距离最远者为10Base2。按道理应该为最佳选择，但在整个系统的配置时需注意“终端”及线路的分布等问题。

典型的10Base2设计，线路的尽头必须加上50 Ω终端头作为整个网络节段的负载。网路节段的长度最远可为185 m，但整条网路节段必须为直线状，在18 m的线缆铺设中,如果有任何缺口，原来的两段将会瘫痪。加上所用接口及线材较为昂贵，故而如非必要或有需要将两分系统连接，一般不建议采用。

表1 灯光网络系统布线选材

10BaseT的接法如星状向外散射，中心部份以网络分配（HUBS）连接。接口为类似电话号码接头的RJ45，线材为双绞线的5类（100 Mb/s）网线。这种接法有简易明了、材料经济和保险系数高等好处。万一其中某节段断路，其他与网络分配器连接着的节点还能继续工作运行。大型舞台、大中型演播厅多使用这种接法。

10BaseFL（光学纤维）则为大型网络系统所用，一般设计为每个分系统间的连接。大型户外演出、大型主题公园不同主题区间的连接便可用这种接法。

本演播厅改造后演出效果如图4所示。

结语

在现行的演播室、舞台灯光控制系统中，灯光控制台、灯光控制网络系统、网络调光硅柜都是不可少的。基于对现代灯光控制新理念和演播厅灯光应用较深刻的理解，本灯光控制系统整体设计思路应用范围全面、布局合理，在技术上实现资源共享，保障了演播厅灯光控制系统中DMX信号输出的可靠性和连贯性，极大方便了灯光创作人员与节目管理人员对舞台灯光的控制。

[1]王业罡.基于A rt-Net协议的嵌入式调光系统的研究与设计.学位论文.延边：延边大学，2007