演播厅灯光控制网络系统总体技术方案

演播厅灯光控制网络系统总体技术方案来源：《中国电影电视技术学会电视制播数字网络化技术文集》摘要：本文系统介绍了电视台演播厅灯光网络化控制系统的整体设计方案及其与电视台主干网络的联系，叙述21世纪电视灯光控制新概念。定义：@ShowNET国际通用TCP/IP协议的STRAND以太网络@USITT美国剧场技术学会@ESTA国际“文化服务与技术协会”@DMX1990年修订的（起始比特为8us）数字多信道单向通信协议（DigitalMultiplex）@ACN国际讨论现代控制网络协议（未通过）@SWCSTRAND系统一种控制讯号@PremiereSTRAND皮密亚观众席照明控制系统@SN1XXSTRANDShowNET系列网络节点@Bit比特数--调光器固有或灯具支持的调光精度@PhaseBalancing相位自动跟踪补偿平衡@RCD漏电保护空气开关@Choke抗干扰扼流圈第一节现代灯光控制要求灯光是舞台艺术的灵魂。灯光语言需要随时配合节目主题、剧情、场景的变化而变化；会议照明也要求信号输出持续通畅。作为灯光系统的指挥中心，控制系统的可靠与否，直接影响到整台晚会的灯光效果和录制质量，影响到整个会议能否顺利召开。历史的经验已经表明，要确保灯光控制万无一失，除了选用技术成熟、性能稳定可靠的调光产品之外，科学合理的控制系统设计至为关键。本文大量借鉴斯全德公司近十年在欧美和亚太地区国际级剧院与大型演播厅建设的成功经验，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，整体设计思路应用范围全面、构思布局合理到位。各演播厅舞台灯光、观众与工作灯光控制统一应用了国际最早开发应用、风靡全球的ShowNET/DMX网络化数字信号传输系统，实现网内资源共享、多点直控、监控与遥控，主控制台与副控制台既可以独立控制又可实时跟踪备份，具有优良的系统可靠性和实用性。一、国际现代演播厅灯光控制系统的基本要求１）灯光信号分配系统以国际标准TCP/IP协议为基础的以太网络，在以太网上传输各种信号，包括以太网信号、DMX输入与输出、直控、遥控、视频、信息反馈及编辑功能等；以太网节点分布于演播厅各个角落；可同时接用多个不同的灯光控制台作现场或预演；符合DMX512协议；支持未来ACN协议；２）网络结构建设标准化、模块化，具备多层次，多级别在线保护功能，网络备份全自动化；线路设计具有前瞻性、兼容性，充分满足未来线路延伸、节点增加等系统扩容升级需求、可简易升级，执行未来的ACN协议；３）网络系统包括调光硅柜以便及时获得电网信息反馈；控制领域包括舞台灯光、观众席照明和工作场灯；控制范围包括常规灯、机械灯、换色器、计算机灯、效果器、流动灯光等DMX灯光设备；控制方式可为多点、多人控制，在线与脱机编辑，直控、监控和遥控；４）计算机调光台具备国际领先技术水平，功能强大、性能稳定，符合大多数灯光师的使用习惯，兼容性强、升级简便，支持ACN协议；主副调光台完全跟踪备份；５）调光柜抗干扰能力强，智能性散热与报警系统，双处理器完全跟踪备份，稳压性能强，触发精度高，具备调光-直通模块互换与三相平衡功能，全方位负载状态报告，DMX优先配接，支持将来ACN协议和未来正弦波调光方案；６）控制方式与控制回路的分布满足各演播厅各专题节目的应用需要和电视台现代化管理的要求，也考虑到将来演播厅功能改变、控制系统扩容和设备升级的需要。二、灯光控制系统设计目标：１）按需分配。设备配置以满足各演播厅各种节目为前提，做到科学、先进、实用、安全，注重与国际接轨，又符合中国国情，方便使用。关键设备达国际高级水平并符合CE、UL标准；系统设计、管线选型、配套施工符合国际和国家相关行业标准或规范。２）控制安全。各演播厅尤其是综艺、新闻演播室灯光网络控制系统均具有双重备份、多级保护系统，控制信号具备严格有效的实时完全跟踪备份，确保万无一失。演播厅灯光资料分配系统（网络集线器至网络节点）利用6类线架设，系统设计多个资料分配机柜，分别座落在灯光控制室、后台电工室、音响功放室、电视编导室、调光硅室及设备层，方便监控、维护及操作。各个地点以灯光控制室为中心以星型接法(Star)向其它几个地点连接，连接材料为8心(四对)125uM光纤电缆。资料分配系统分为两部分：(1)结构性布线(6类线)(2)以光纤电缆为主干而对其他地区作分配结构性布线再细分为二:(1)演播厅灯光网络结构点-线连接(Tie-linesystem)(2)DMX讯号分配点-线连接(Tie-linesystem)３）每个资料分配机柜内含：StrandSN100节点(DMX与视频等信号收发终端机)，Strand场灯/工作灯控制站、Strand设计键盘、StrandPDA无线电子手帐、网络接收器与天线、Strand手提式遥控器、PC计算机，网络集线器，网络分配器、UPS不间断电源、Strand网络通信软件等。能够在不中断主电力供应前提下，对主控台进行持续的诊断检查，甚至在现场演出时还可以安全实施暗改，保证操作系统有足够的安全性能和存储容量。４）演播厅灯光设备由资料分配控制系统控制，所有的硅路亮度讯号、可控硅返回报告讯息、供电状态、现场演出信息、设置及其它控制讯号将在网络间游走并可在任何资料分配机柜中提取。例如硅报告返回讯息将可在任何地点加以观察。真正有效监控网络信息、调光台与调光柜工作状态。５）网络布线及DMX讯号分配相互兼容，布线结构还兼容了将来线路的延伸。网络的节点如需要DMX讯号时，可接上移动式DMX转换器。这样的设计方式，可以令将来ACN协议的标准实施，直接通过现有的网络布线来体现。６）观众照明与舞台灯光同台控制。场灯控制系统采用STRAND皮密亚控制系统为核心，并跟ShowNET系统平行架设于调光柜STRANDSLD96上，能够提供像一般民用控制一样简便直观的接口，实现多点（控制室、观众入口、台口等）控制和有、无线遥控，又可在编程上增加功能，运行连串逻辑功能于调光台的一个按键下。这种独特的设计既能满足节目编导在排练时能简便易用，在演出时又能将操作权归于灯光操作人员之手，更加方便灯光师现场舞台灯光与观众照明灯光的切换，营造一个浓厚的艺术气氛。三、灯光控制系统主要设计指针1）4级备份网络化数字灯光控制系统，工作电源于网络线材中游走，主、副、备调光台完全跟踪备份；2）网络速度：1GT比特/秒；3）调光台可控通道数2000个，1000个组、2000个宏、600×99步灯光效果、99个灯具数据库、3000个SMPTE事件、9个远距离视频；4）计算机灯、换色器等可控属性数2000个；5）调光台和网络节点电磁兼容性：50v/m(1M-1GHZ)6）控制回路设计：根据各演播厅大小与功能，合理设计调光回路和直通回路；调光回路与直通回路可随时互换。7）输出功率：每路最大5.5千瓦，最小3.3千瓦，最大输出电压可调节；8）三相输入修正：有，通过硅箱处理器分析输入电源波型后作出修正；9）反应时间：16毫秒，可分三级调节；10）照度指标：主表演区白光照度1200LUX；11）显色指数：Ra92；12）色温：常规灯具3200K，特效灯具4600K；13）噪声指数：空场所有设备开启时嘈声及外界环境嘈声的干扰NR30。效果器嘈声50dB(1米处为测试点)；14）调光柜抗干扰指针：635us(230V时),在电流负荷加大至100A密度不会改变；15）标准耐冲值：100,000AIC16）观众灯光控制：有，可实现舞台灯光与观众照明同台同柜控制；17）调光柜DMX配接：完全，优先；18）触发精度：16比特4000级；19）状态报告：所有负载，包括直通负载；20）用电量：根据各演播厅大小、功能、配置灯具数量与功率大小，合理设计标准值Pca=KVA，高峰值Pe=KVA。第二节灯光控制系统方案一、灯光控制系统设计要点本方案设计电视台灯光控制采用以太网承载DMX网络的形式，既安全高效满足各演播厅需求，又为将来系统升级、换代、扩容与新技术发展打下良好的基础。1、控制系统设计原则１）主干网络设备选用符合国际标准TCP/IP通讯传输协议、性能可靠的设备。２）网络多级备份，确保数据传输高速可靠并具有共享性。３）设备选型要求可靠性、先进性、实用性与经济性俱佳。４）控制台选用国外技术成熟、性能优越可靠的控制台，具备网络学习功能，支持完全跟踪备份。５）控制节点分布与系统设计应具备先进性、合理性和前瞻性。要求充分考虑节目的不同要求，适应国内外灯光设计师和操作人员的管理和使用。６）接插件和线材符合国际标准，做到安全、可靠、耐用。７）传输介质选用力求合理，结合各介质的性能参数与实际施工及至今后节目录制的实际需要充分考虑，设计高效、合理、实用的网络。2、网络系统设计目标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—DMX5121990，彻底解决了网络资料的互通性问题。２）信息的互用性：设计的网络设备均为我公司生产的网络控制台、网络节点和国际著名公司生产的符合国际标准的网络设备，彻底解决了网络资料的互用性问题，真正实现信息共享。如大播室排演的灯光程序可以存储至中演播厅的控制台中，直接运行存储文件即可实现灯光演出控制。３）信息的可靠性：设计选用的设备均性能可靠，技术成熟。Strand系列产品均具有反错纠错功能，使其传输资料更安全可靠，保证系统的安全稳定运行。ShowNET是一套技术先进、功能完整的网络系统，拥有一套系统管理体系和行之有效的方案措施，预防各种网络冲突问题，有效增强了网络的实用性和稳定性：①通过预测与信息反馈，及时检测设备的故障，并迅速采取措施将故障修复，以减少或消除网络中断和设备故障；②采取冗余措施，关键设备在线备份，万一出现故障便可立即由备份设备来接替工作，不会出现节目间断，影响电视直播与录制工作的正常进行。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、终端设备，保证数据传输的准确性和快速高效性。５）提高网络的资源利用率：通过充分了解节目需要的信号点位，合理的进行线路布置，使其尽到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包括舞台常规灯、计算机灯、换色器、效果器以及场灯、工作灯在内的演播厅照明控制系统。７）系统控制多样性：通过网络系统，实现电视台各演播厅照明灯光的直控、遥控、监控，多人控制与多点控制。８）系统的可扩展性：ShowNET随时可简易升级和扩容，方便远程诊断与设备维护，兼容未来的ACN协议。3、网络设计参考依据1）USITTDMX512通信协议（1990）；2）USITTDMX512-A通信协议最新草案（2002）；3）ESTA最新有关ACN协议标准综述（2003）；4）ESTA关于灯光行业以太网使用线材的建议（2000）；5）斯全德灯光ShowNETComfiguration标准（2003）。二、控制网络系统构成1、网络结构电视台无论级别高低、面积大小、演播室多寡，其灯光网络均可由电视台主干网络和演播厅灯光控制系统网络两大部分组成。主干网络负责各演播厅与技术、制作与管理部门之间的数据传输、系统连接共享。主要采用先进、稳定、高速的单模光纤的千兆以太网技术。电视台系统网络将演播厅灯光控制系统、演播厅音响控制系统、演播厅视频控制系统、演播厅计算机系统等的资源共享变得科学合理又简便易行。电视台的网络系统设计包括主干网络设计及单个系统的网络设计。1）主干光纤网络：主干网络是指电视台各个物理点如演播厅、技术办公室、库房、节目编导室等的控制联系网络。主干网络由于线路长，传输资料多，应用传统的快速以太网络100BASE-T己不能满足现代用户的需求，较能胜任这一重任的是采用基于单模光纤的千兆以太网络系统。以下为几种网络介质传输距离的比较：各类线材信号传输距离比较表Tape标准名称Media介质Distance（max）传输距离1000Base-SX波长850nm62.5微米多模光纤1KM50微米多模光纤2KM1000Base-LX62.5微米多模光纤1.5KM波长1300nm50微米多模光纤3