鐘國淼

（杭州大劇院，浙江 杭州 310016）

隨著圖像顯示數(shù)字化、信息可視化、通信、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，高亮度、高分辨率、高可靠性的大屏幕顯示技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用不斷深入，在舞臺(tái)演出領(lǐng)域尤為突出。近幾年，全國文化場館特別是大型劇院的建設(shè)如火如荼，對(duì)舞臺(tái)背景顯示圖像的專業(yè)性、高品質(zhì)、多用途的要求越來越高，人們都希望通過配置性能優(yōu)越的視頻投影系統(tǒng)，將舞美人員的藝術(shù)創(chuàng)意通過當(dāng)今先進(jìn)的數(shù)字化大屏幕投影顯示技術(shù)立體化地展現(xiàn)在觀眾的面前，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)舞臺(tái)背景設(shè)計(jì)無法達(dá)到的境界，從而增加藝術(shù)感染力，為演出錦上添花。

本文以杭州大劇院超高亮視頻投影系統(tǒng)為例，詳細(xì)分析其系統(tǒng)構(gòu)成，并根據(jù)使用實(shí)際情況提出完善現(xiàn)有系統(tǒng)的建議，最后結(jié)合最新技術(shù)發(fā)展形勢(shì)對(duì)系統(tǒng)功能的拓展情況談?wù)勛约旱南敕?，供各位同行參考，不妥之處?qǐng)各位老師指正。

1 系統(tǒng)詳細(xì)介紹：

杭州大劇院超高亮視頻投影系統(tǒng)建設(shè)的最基本需求是：在主舞臺(tái)的天幕位置安裝一套18 m×12 m的框架式背投幕布，利用后舞臺(tái)24 m的深度空間，以2臺(tái)超高亮度的投影機(jī)用雙機(jī)疊加的方式把視頻圖像信號(hào)投射到背投幕上，實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)背景的數(shù)字化。

經(jīng)過市場調(diào)研和綜合考察，在最終方案中，投影機(jī)選擇了比利時(shí)巴可公司的XLM H25，投影幕采用美國知名廠商Stewart的背投框架軟幕，信號(hào)切換系統(tǒng)采用美國EXTRON 產(chǎn)品。圖1為系統(tǒng)連接示意圖。

1.1 無縫背投軟幕：

為更好地營造出一個(gè)立體化、全方位、具感染力的舞臺(tái)效果環(huán)境，投影幕采用了美國Stewart Filmscreen 100大型無縫背投軟幕，該幕布的畫面尺寸為18 m×12 m，采用框架安裝方式，幕與四周邊的圓管框架緊繃懸掛，避免了熱脹冷縮對(duì)投影幕產(chǎn)生的影響。幕布表面的平整度非常好，可以清洗，并具有阻燃性。

根據(jù)舞臺(tái)投影系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，屏幕需要具有良好的透射均勻性和超寬的視角，以保證從不同方向觀看均有良好的視覺效果。選用的投影幕寬視角達(dá)160°，增益為1.0，對(duì)數(shù)據(jù)、視頻、電影投影的使用都非常理想；它提供了一個(gè)非常寬廣的可視范圍，幕內(nèi)特殊的黑色材料和1.0的屏幕增益使得對(duì)比度得到極大的提升，畫面更加生動(dòng)；同時(shí)，它的高均勻度可有限抑制“太陽效應(yīng)”。

為了有效地保護(hù)幕布，在原幕布自帶圓型鋼管框架基礎(chǔ)上，又增加了50 cm寬的三角形鋁合金Truss架作為保護(hù)框架，如圖2所示。安裝完畢后，整個(gè)幕布框架尺寸為19 m×13 m，重量接近800 kg。杭州大劇院的電動(dòng)吊桿荷載均為1 t，并專門在天幕區(qū)位置安排了第59號(hào)吊桿負(fù)責(zé)投影幕的升降，還在其前后分別安裝了白天幕和黑天幕各一道，用以隔離灰塵，有效保護(hù)幕面，同時(shí)，為了安全起見，專門給吊裝幕布的吊桿設(shè)定使用時(shí)的上下限位。

隨著系統(tǒng)的投入使用，Stewart Filmscreen 100 無縫背投軟幕大屏幕多次應(yīng)用于重大演出，舞臺(tái)效果非常理想。良好的性能加上精心的養(yǎng)護(hù)，背投軟幕經(jīng)過近5年的使用，未見變形和下垂，效果良好。

1.2 BARCO XLM H25投影機(jī)

作為整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，投影機(jī)的品質(zhì)好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)。BARCO XLM H25三片式DLP 投影機(jī)是當(dāng)時(shí)技術(shù)最先進(jìn)的超高亮度投影機(jī)，堪稱是高亮度、多功能、真實(shí)色彩再現(xiàn)和高度智能化的完美結(jié)合。

這套設(shè)備裝備了高對(duì)比度黑色HDTV DMD 芯片，這是業(yè)界較早的以2 048×1 024高清晰度像素為自然分辨率的三片DLP寬屏投影機(jī)，成為需要在高要求環(huán)境下，能夠顯示非常清晰鮮艷的視頻和數(shù)據(jù)信號(hào)的理想寬屏投影機(jī)。同時(shí)，在6 000 W氙燈的驅(qū)動(dòng)下，XLM H25 的亮度輸出可達(dá)到27 000 lm，對(duì)比度可達(dá)1 250∶1，即使在較高的環(huán)境燈光照明下，也能在不損失對(duì)比度的前提下，做到色彩鮮艷、真實(shí)再現(xiàn)的清晰投影。BARCO XLM H25 投影機(jī)除了具有以上特點(diǎn)外，還具有如下的豐富功能：

（1）完全密封的 DMD光學(xué)引擎

具有完全密封的光學(xué)引擎，確保投影機(jī)在多塵、多煙霧的舞臺(tái)環(huán)境下正常工作，同時(shí)，延長了投影機(jī)核心部件的壽命。

（2）高效的液體冷卻方式

與傳統(tǒng)的高亮度DLP 所采用的“風(fēng)冷”方式相比，XLM H25 采用了更為高效和先進(jìn)的“液冷”系統(tǒng)，它能夠使被密封的光學(xué)引擎在極高的亮度輸出條件下穩(wěn)定地工作。

（3）可自行調(diào)節(jié)會(huì)聚系統(tǒng)（ACS）

可自行調(diào)節(jié)會(huì)聚系統(tǒng)（ACS）功能，允許用戶在現(xiàn)場進(jìn)行手工調(diào)整。會(huì)聚調(diào)整操作是在密封引擎外部進(jìn)行的，避免了灰塵的進(jìn)入；同時(shí)，有直觀的屏顯網(wǎng)格圖案指導(dǎo)，非常容易操作。使得設(shè)備在長期使用中，仍能保持精細(xì)的圖像質(zhì)量。

（4）恒定光輸出

獨(dú)有 CLO 特性（恒定光輸出）是通過電子技術(shù)科學(xué)地控制燈泡的光輸出，從而較長時(shí)間地維持投影機(jī)的最大初始亮度。系統(tǒng)還支持聯(lián)接多臺(tái)投影機(jī)亮度，確保不會(huì)出現(xiàn)明顯的亮度差異。

（5）多重圖像動(dòng)態(tài)畫中畫窗口實(shí)時(shí)處理

具有寬屏投影模式下 “畫中畫”窗口功能，無需另行配置額外的圖像處理器。標(biāo)準(zhǔn)配置下，即可同時(shí)輸入4 路不同的高帶寬信號(hào)，計(jì)算機(jī)信號(hào)和視頻信號(hào)均可，沒有圖像延遲現(xiàn)象。可在全屏幕的任意位置以任意大小顯示窗口的內(nèi)容，其中的任何一個(gè)窗口都可以放大到全屏大小，非常靈活，這大大豐富了演示和藝術(shù)表現(xiàn)的手法。它的畫面調(diào)整，還能將不同比例的顯示信號(hào)源調(diào)整到適合應(yīng)用的效果，對(duì)舞臺(tái)演出起到了“畫龍點(diǎn)睛”的作用。

（6）信號(hào)源無縫瞬時(shí)切換

無需外部設(shè)備就可在不同的信號(hào)源之間進(jìn)行無縫瞬時(shí)切換，并帶有許多特殊的切換效果，比如“擦除”、“淡入淡出”、“框入框出”等。

（7）模塊化結(jié)構(gòu)

模塊化的設(shè)計(jì)為設(shè)備的維護(hù)提供了便利性。投影機(jī)的所有部件，都可從投影機(jī)的一邊進(jìn)行接觸和維護(hù)，比如燈座、電源供應(yīng)、電子線路板、信號(hào)處理模塊等，使維護(hù)模塊的工作方便快捷。

XLM H25 配備了4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的高帶寬輸入插槽，可以兼容目前眾多的數(shù)字和模擬輸入信號(hào)，比如模擬RGB、RGB/YUV(15 KHz)、DVI-D、SDI、復(fù)合視頻/S-Video 和HD-SDI。標(biāo)準(zhǔn)情況下，每一臺(tái)XLM H25 帶有RGB、DVI-D、SDI 和HD-SDI 輸入模塊，可根據(jù)需要進(jìn)行模塊的交換和調(diào)整。4個(gè)通道的信號(hào)源，可以同時(shí)輸入并顯示在屏幕上。通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，通過這些模塊輸入的信號(hào)也可被同時(shí)控制。

（8）能用網(wǎng)絡(luò)控制的投影機(jī)

通過XLM H25 標(biāo)準(zhǔn)配置的以太網(wǎng)絡(luò)端口,結(jié)合巴可公司特別開發(fā)的Communicator Events 軟件，用戶可以從遠(yuǎn)程來完成對(duì)投影機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控和操作管理，所有通過遙控器能夠完成的功能均可通過該軟件實(shí)現(xiàn)，并可以對(duì)畫中畫的布局進(jìn)行直觀的圖形化操作以及實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)調(diào)用等功能。另外，投影機(jī)所有的操作都會(huì)自動(dòng)被系統(tǒng)記錄并保存在日志文件中，便于日后檢索和作為維護(hù)的參考。技術(shù)人員在控制室內(nèi)，就可對(duì)投影機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然，大大提高了投影機(jī)的維護(hù)效率。

1.3 信號(hào)源和切換控制系統(tǒng)

1.3.1 信號(hào)源

根據(jù)當(dāng)時(shí)舞臺(tái)投影的實(shí)際應(yīng)用需求，系統(tǒng)配置了兩個(gè)常規(guī)性的信號(hào)源：筆記本電腦和DVD播放機(jī)（系統(tǒng)圖中的實(shí)物投影儀和錄像機(jī)最終并未配置）。由于舞臺(tái)上應(yīng)用的設(shè)備較多，如燈光、電機(jī)等的運(yùn)行均會(huì)對(duì)類似模擬RGB信號(hào)產(chǎn)生干擾，影響畫面質(zhì)量，所以，系統(tǒng)增配了筆記本電腦的DVI 接口。因?yàn)橛?jì)算機(jī)DVI接口技術(shù)采用的是最小化傳輸差分信號(hào)，它的抗干擾能力要比模擬信號(hào)強(qiáng)，而且使用DVI 接口（與模擬的RGB 相比）支持的傳輸距離更長，這些數(shù)字圖像信息就會(huì)被直接傳送到投影機(jī)上，由于沒有D/A 和A/D 轉(zhuǎn)換過程，避免了圖像細(xì)節(jié)的丟失，從而保證計(jì)算機(jī)生成的圖像真實(shí)和完整性，而且D/D 的數(shù)字信號(hào)直接傳輸，減少了與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換周折，使投影機(jī)顯示的速度也更快、更流暢。

1.3.2 切換控制系統(tǒng)

多媒體信號(hào)的接入、轉(zhuǎn)換、切換控制在投影系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，這些設(shè)備的性能直接影響到顯示畫面的質(zhì)量。本系統(tǒng)的信號(hào)切換設(shè)備均選用美國EXTRON 產(chǎn)品?？紤]到系統(tǒng)可能用到的監(jiān)視及擴(kuò)展功能，信號(hào)切換器選用8 路輸入與4 路輸出的Extron MAV 8×4 AV 音視頻矩陣切換器和Crosspoint 8×4 HV RGB 矩陣切換器各1臺(tái)。Extron MAV 8×4 AV 音視頻矩陣切換器把來自DVD播放機(jī)、攝像機(jī)或轉(zhuǎn)播車等信號(hào)源的視頻信號(hào)接入投影機(jī)的S-Video接口，通過切換輸出視頻信號(hào)到兩個(gè)投影機(jī)的S-VIDEO接口。Crosspoint 8×4 HV RGB 矩陣切換器用于切換計(jì)算機(jī)和DVD等的RGB信號(hào)輸出到兩個(gè)投影機(jī)（矩陣可編組為兩輸出為一組相同信號(hào)）的RGBHV 接口。

根據(jù)實(shí)際情況，把所有信號(hào)接口設(shè)備放在一個(gè)可移動(dòng)式的1.2 m高的機(jī)柜內(nèi)，將筆記本電腦放在機(jī)柜上操作，如圖3所示，通過延長信號(hào)線在后舞臺(tái)按需求移動(dòng)位置。

1.4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.4.1 鏡頭的選擇和投影機(jī)的投射空間

如圖4所示，杭州大劇院后舞臺(tái)的深度為24 m，圖上標(biāo)示的背投幕在24 m內(nèi)，即背投空間的深度小于24 m。配了兩只XLD 1.03∶1的鏡頭，剛好為系統(tǒng)使用，如圖5所示，背投空間LD的深度由光路長度PD加上投影機(jī)的機(jī)身長度1.56 m，根據(jù)相應(yīng)的鏡頭與投影機(jī)投射畫面公式，計(jì)算投影距離PD如下：

考慮到雙機(jī)的疊加應(yīng)用，和需要投12 m高的屏幕，投影支架最佳位置是架高5.3 m（12 m 的畫面高÷2 - 0.63 m單臺(tái)投影機(jī)的高），而杭州大劇院的后舞臺(tái)沒有固定的臺(tái)子來放置投影機(jī)（如跳臺(tái)、走道等），同時(shí)，考慮到大劇院背投影系統(tǒng)有移動(dòng)式使用需求，因此，配置了一臺(tái)移動(dòng)式的液壓升降平臺(tái)機(jī)，如圖6所示，它可手動(dòng)或電動(dòng)兩用升降。升降平臺(tái)機(jī)備有四輪作為設(shè)備的移動(dòng)，可提升質(zhì)量大于400 kg（兩個(gè)投影機(jī)的重量為2×180 kg）。

1.4.2 雙機(jī)疊加的實(shí)現(xiàn)

投影機(jī)的多機(jī)疊加不但可提高大屏幕畫面的亮度，同時(shí)也能起到投影機(jī)的備份功效。雙機(jī)疊加是將兩臺(tái)投影機(jī)所投射相同的畫面，通過光學(xué)和機(jī)械位置的調(diào)整，使其一直保持在重合狀態(tài)，顯示的像素一一對(duì)應(yīng)。

（1）雙機(jī)垂直疊加

利用投影機(jī)的機(jī)身上已經(jīng)集成的夾鎖裝置和多用途定位點(diǎn)，雙機(jī)垂直疊加無需額外的附件，可直接將投影機(jī)堆疊，并將夾鎖點(diǎn)位互鎖即可。通過機(jī)體內(nèi)部的傾斜微調(diào)和電動(dòng)位移功能，即可簡便、快捷地將兩個(gè)畫面實(shí)現(xiàn)完美的重合。

（2）雙機(jī)水平疊加

將兩臺(tái)投影機(jī)水平放置，利用鏡頭的電動(dòng)位移功能，實(shí)現(xiàn)水平疊加，實(shí)現(xiàn)與雙機(jī)垂直疊加相同的效果，給系統(tǒng)的安裝提供靈活性。所有這些對(duì)設(shè)備電動(dòng)調(diào)整的操作，既可通過遙控器，也可以通過更為方便和直觀的網(wǎng)絡(luò)軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制調(diào)整。

1.5 設(shè)備供電系統(tǒng)

由于XLM H25投影機(jī)是精密設(shè)備，在演出現(xiàn)場復(fù)雜多樣的電磁場環(huán)境中工作，極易受到各種干擾源特別是燈光系統(tǒng)的干擾，出現(xiàn)供電系統(tǒng)波形失真，造成投影機(jī)電源系統(tǒng)不能正常工作或由于信號(hào)受干擾使傳輸發(fā)生畸變?cè)斐蓤D像失真的情況。為避免上述問題的出現(xiàn)，采取了以下技術(shù)手段：首先，根據(jù)系統(tǒng)用電總?cè)萘浚ㄈ嘟涣麟?0 kW）在后舞臺(tái)轉(zhuǎn)播車供電位配置了一個(gè)單獨(dú)的電源開關(guān)，獨(dú)立于舞臺(tái)供電系統(tǒng)（不屬于同一個(gè)變壓器），保持其不受舞臺(tái)燈光、機(jī)械等供電系統(tǒng)的影響；接著，整個(gè)投影機(jī)電源系統(tǒng)的接口統(tǒng)一用進(jìn)口32 A 5芯的防水插頭，確保良好電氣的接觸性能；最后，采用3相5線制的供電方式，并采用接地技術(shù)，接地電阻不大于4 Ω，同時(shí)，在配電箱加裝了防雷裝置。在供電系統(tǒng)安全方面要特別注意，一旦供電系統(tǒng)接地系統(tǒng)出了問題，比如投影機(jī)地線凌空，會(huì)造成電子線路PFC模板和燈泡電源板被擊穿、投影機(jī)無法啟動(dòng)等后果，所以，使用中務(wù)必謹(jǐn)慎操作，確保安全。

2 實(shí)際使用效果

該視頻投影系統(tǒng)自2005年投入使用以來，多次成功應(yīng)用于各種大型晚會(huì)、綜藝演出及政府會(huì)議。比如，2006年6月在上海大劇院舉行的上海合作組織峰會(huì)晚會(huì)《和諧禮贊》，如圖7所示，在晚會(huì)現(xiàn)場保障雙機(jī)水平疊加超高亮投影機(jī)系統(tǒng)，圓滿完成演出任務(wù)；2006年4月，在世界佛教大會(huì)開幕式晚會(huì)《和平頌》上，這套系統(tǒng)也得到了充分的應(yīng)用，具體是用于晚會(huì)的一個(gè)經(jīng)典舞蹈《墨舞》中：節(jié)目開場音樂一起，一滴墨水自上而下落在巨大的白幕上，隨著音樂的節(jié)奏、跟隨舞者閃動(dòng)的身影，墨水快速向四周滲透，如圖8所示。在“咚”的一聲響亮的鐘聲后，幕上的墨水瞬間變成了“儒”、“道”、“禪”三個(gè)字，體現(xiàn)出舞蹈的深刻內(nèi)涵，如圖9所示；2006年7月，在某商場開業(yè)晚會(huì)上，使用H25投影機(jī)系統(tǒng)（單機(jī)）把晚會(huì)現(xiàn)場畫面投射到30 m開外的建筑大廈墻面上，投影畫面達(dá)32 m×24 m，現(xiàn)場效果非常震撼。此外，2008年，西湖國際音樂節(jié)晚會(huì)等大型演出均使用了該系統(tǒng)。使用者對(duì)該投影系統(tǒng)的效果都交口稱贊。

3 系統(tǒng)完善和拓展設(shè)想

3.1 增配變焦鏡頭

杭州大劇院超高亮視頻投影系統(tǒng)是量身訂做、固定使用的，因此，只配置了1.03∶1的定焦鏡頭，造成投射的距離只能是投影幕寬的1.03倍，這樣一來，大大限制了系統(tǒng)的利用率，曾多次由于沒有合適鏡頭放棄使用，留下不少遺憾；同時(shí)，難以更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，為了提高投影機(jī)的最大利用率和對(duì)不同場所的適用性（特別租賃使用），系統(tǒng)應(yīng)該增配兩只XLD 1.45-1.8的變焦鏡頭，以適應(yīng)投影畫面的大小和投射距離的各種組合，并為圖象投射位置和投影機(jī)的放置位置提供最大的靈活性，從而滿足不同應(yīng)用需求。

3.2 增配輕便性正/背投幕

由于Stewart Filmscreen 100 無縫背投軟幕安裝后重達(dá)800 kg，不方便移動(dòng)，只能固定使用，造成投影機(jī)每次只能在同樣位置使用，大大限制了系統(tǒng)的利用率?，F(xiàn)在大部分新建大劇院投影系統(tǒng)還是固定鏡頭、固定位置的模式，如2009年，廣州“九藝節(jié)”主會(huì)場就是這樣，筆者認(rèn)為可以把系統(tǒng)做得更好。根據(jù)5年多來的使用經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，應(yīng)該在原來基礎(chǔ)上增配1套輕便型的投影幕，包括正投和背投幕，尺寸不用很大，14 m×10 m即可，要便于拆卸移動(dòng)，在前面變焦鏡頭的配合下可以實(shí)現(xiàn)在舞臺(tái)中軸線上任何位置投影，滿足舞美設(shè)計(jì)需要，同時(shí)使系統(tǒng)做到真正的“移動(dòng)”：既可以在本劇院舞臺(tái)上移動(dòng)，又可以移動(dòng)到外單位，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 結(jié)合現(xiàn)有系統(tǒng)拓展功能

從本質(zhì)上講，現(xiàn)有超高亮視頻投影機(jī)系統(tǒng)只是個(gè)顯示或者信號(hào)回放系統(tǒng)，信號(hào)源給什么圖像出來就是什么圖像。而且，演出時(shí)候和燈光、音響的控制不是在一起（一般都在后舞臺(tái)），配合不是很方便。針對(duì)現(xiàn)狀，筆者設(shè)想在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增配媒體服務(wù)器，利用杭州大劇院已有的MA控制臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)控制MA視頻服務(wù)器，再由視頻服務(wù)器的DVI等接口連到XLM H25投影機(jī)，這樣既可以實(shí)現(xiàn)能和燈光系統(tǒng)統(tǒng)一控制，而且還能獲得以下新增功能：

（1）能夠以“全高清”1 080像素方式，或“高清”720像素方式，演示視頻內(nèi)容。

（2）可以將視頻調(diào)整到需要的尺寸大小，只要利用水平及垂直方向的軟化邊緣功能、梯形校正功能，就能生成極佳的展示設(shè)計(jì)效果。還有三維梯形校正功能，可將任何尺寸及狀態(tài)的視頻內(nèi)容調(diào)整到適合投射對(duì)象的形態(tài)。

（3）可生成如幀混合、色彩增強(qiáng)、動(dòng)態(tài)色鍵、對(duì)比度調(diào)整、亮度調(diào)整、色調(diào)調(diào)整、飽和度調(diào)整，以及模糊化、棕褐色特效、黑/白色特效、魚眼鏡頭效果和反相等特殊效果，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化視頻投影系統(tǒng)。

當(dāng)然，其他大劇院不一定和杭州大劇院一樣，應(yīng)該結(jié)合自己現(xiàn)有設(shè)備拓展投影系統(tǒng)，如可以用WHOLEHOG（飛豬）系列控制臺(tái)加AXON媒體服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)拓展，也可以用MARTIN（馬田） XYZ系列控制臺(tái)加Maxedia媒體服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)拓展等?？傊?，利用原有設(shè)備和系統(tǒng)，增加少量設(shè)備就能使原有投影系統(tǒng)煥發(fā)新的生機(jī)，還能實(shí)現(xiàn)燈光、視頻系統(tǒng)統(tǒng)一控制，一舉兩得。