李毅華，張曉棟，馮智聰，欒振輝

(1.安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232001;2.安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

舞臺視頻監(jiān)督與調(diào)度系統(tǒng)中內(nèi)通系統(tǒng)的研究

李毅華1，張曉棟1，馮智聰2，欒振輝1

(1.安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232001;2.安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

針對傳統(tǒng)的舞臺內(nèi)通系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性存在的不足，提出了以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的舞臺視頻監(jiān)督與調(diào)度系統(tǒng)的內(nèi)通系統(tǒng)，采用VoIP技術(shù)，通過SIP控制信令協(xié)議，實現(xiàn)舞臺視頻監(jiān)督與調(diào)度系統(tǒng)中內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成。介紹了內(nèi)通系統(tǒng)的組成以及各個關(guān)鍵部分的技術(shù)特點(diǎn)，并對內(nèi)通系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。研究表明，舞臺視頻監(jiān)督與調(diào)度系統(tǒng)中內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，使得內(nèi)通系統(tǒng)中各個部分的連接更加緊密，提高了舞臺視頻監(jiān)督與調(diào)度的效率。

舞臺調(diào)度；內(nèi)通系統(tǒng)；VoIP

舞臺內(nèi)通系統(tǒng)(內(nèi)部通訊系統(tǒng))，主要用于后臺人員的有線或無線通訊、燈光提示、呼叫系統(tǒng)、計時器、場燈控制等系統(tǒng)，是舞臺演出監(jiān)控系統(tǒng)中最復(fù)雜、功能最多、最重要的子系統(tǒng)。各個舞臺技術(shù)專業(yè)人員的聯(lián)系，演員與技術(shù)部門的聯(lián)系等都是通過該內(nèi)通系統(tǒng)來完成的。舞臺總監(jiān)的演出指令，通過該內(nèi)通系統(tǒng)及時地傳達(dá)到每個崗位上的工作人員。當(dāng)演出過程中發(fā)生意外情況時，工作人員可聯(lián)系舞臺監(jiān)督，由舞臺監(jiān)督下達(dá)處理意見并統(tǒng)一管理，充分發(fā)揮舞臺監(jiān)督的作用。傳統(tǒng)的舞臺監(jiān)督與調(diào)度系統(tǒng)中，內(nèi)通系統(tǒng)與視頻監(jiān)控往往單獨(dú)各自作為一個系統(tǒng)存在，有線內(nèi)通與無線內(nèi)通也常常各自擁有一臺主機(jī)。這就會導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，操作繁瑣，容易出錯，系統(tǒng)維護(hù)也很不方便。另外，傳統(tǒng)的內(nèi)通系統(tǒng)主機(jī)大多采用簡化的通道式內(nèi)通系統(tǒng)，放棄了點(diǎn)對點(diǎn)的通信，該系統(tǒng)常常是舞臺監(jiān)督對多人說話，這就造成了通話的針對性降低，要求不夠突出。而且有線通訊易受到復(fù)雜線路的限制，無線通訊易受到信號干擾的限制。因此，研究舞臺內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成，實現(xiàn)各個部分的無縫對接與融合，對于解決當(dāng)前劇場內(nèi)通系統(tǒng)的缺陷是非常有必要的。

1 內(nèi)通系統(tǒng)的組成

劇場內(nèi)通系統(tǒng)包括有線內(nèi)通(有線通訊系統(tǒng))、無線內(nèi)通(無線通訊系統(tǒng))、公共廣播以及燈光提示與控制等部分，它們通過交換機(jī)、數(shù)字矩陣以及通話面板等連接一起。其中有線內(nèi)通系統(tǒng)包括雙通道通話主站及若干有線腰包等，無線內(nèi)通系統(tǒng)包括單通道無線基站及無線腰包等，公共廣播包括吸頂音箱等。本文主要介紹數(shù)字矩陣和通話面板。

1.1 數(shù)字矩陣

數(shù)字矩陣(模塊化高級數(shù)字矩陣)是將Talk通道講話信號進(jìn)行取樣、量化、編碼處理，然后在軟件控制下將各路數(shù)字信號進(jìn)行TDM時分復(fù)用，再經(jīng)過TDM解復(fù)用、時隙交換后，將各路數(shù)字信號路由至指定的Listen通道，從而實現(xiàn)信源、信宿的交換[1]。數(shù)字矩陣通過網(wǎng)線接入局域網(wǎng)，裝有VoIP(Voice over Internet Protocol)，另外數(shù)字矩陣本身支持網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)置。數(shù)字矩陣通話質(zhì)量高，輸入、輸出、混合電平可獨(dú)立調(diào)整，配備軟件功能強(qiáng)。數(shù)字矩陣原理如圖1所示。

1.2 通話面板

通話面板(數(shù)顯彩屏通話面板)，通過界面操作進(jìn)行呼入以及呼出的功能實現(xiàn)。顯示屏擁有豐富直觀的用戶界面，具有不同的面板功能；用于話筒源獨(dú)立的數(shù)字增益控制功能以及可配置的音頻路由，通過加裝選項板可實現(xiàn)更多的功能；DSP(Digital Signal Processing)處理器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為在局域網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)字信號[2]。舞臺調(diào)度臺的主控電腦上擁有模擬通話面板，能更方便地進(jìn)行操作，從而達(dá)到與現(xiàn)場工作人員的通訊。

2 內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化

目前，現(xiàn)有的舞臺內(nèi)通系統(tǒng)基本上能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，但是仍存在一些問題，主要包括設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一以及無線信號易干擾等，為此，須進(jìn)行舞臺內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)框架將內(nèi)通系統(tǒng)的有線通訊、無線通訊、公共廣播等子系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化集成。內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化最主要的就是利用VoIP技術(shù)實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的語音通話，而VoIP技術(shù)是建立在IP技術(shù)上的數(shù)字化傳輸技術(shù)，它以分組的形式傳送語音數(shù)據(jù)[3]。

2.1 通訊系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化

有線內(nèi)通部分設(shè)置呼叫目標(biāo)及群組，用來呼叫舞臺監(jiān)督以及組內(nèi)通話，可以外接耳麥。以太網(wǎng)口的地方即可接入有線通訊，為舞臺演出提供信號穩(wěn)定內(nèi)容可靠的溝通。無線內(nèi)通部分通過無線路由器，在配合相應(yīng)的手持智能終端利用WIFI傳輸技術(shù)進(jìn)行通話，并設(shè)置無線對講基站配合對講機(jī)使用。依據(jù)劇院內(nèi)部特點(diǎn)進(jìn)行無線信號的覆蓋，流動性較大的部門，其成員可通過無線內(nèi)通進(jìn)行交流與配合。交換機(jī)與系統(tǒng)連接的廣播終端，可以使調(diào)度臺工作人員通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播，且可以選擇性地向不同分區(qū)終端發(fā)出指令[4]。

2.2 調(diào)度中心的網(wǎng)絡(luò)化

調(diào)度中心是內(nèi)通系統(tǒng)的核心部分，其IP網(wǎng)絡(luò)化集成需要有硬件和軟件的支持。硬件主要包括計算機(jī)平臺，軟件部分主要包括嵌入式的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。根據(jù)功能需求，軟件部分可分為呼叫模塊、控制模塊、管理模塊。軟件部分模塊框圖如圖2所示。

呼叫模塊是整個系統(tǒng)的控制樞紐，可以提供統(tǒng)一的呼叫控制。主要包括呼叫控制程序、呼叫分析程序。呼叫控制程序接收協(xié)議適配層發(fā)來的內(nèi)部呼叫控制信息從而建立呼叫，再調(diào)用呼叫分析程序進(jìn)行路由選擇及尋址，由于物理終端的別名能夠映射為相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的IP地址，存放在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)用戶呼叫該終端時，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫資料確立出相應(yīng)的IP地址，并將此IP地址加入到IP數(shù)據(jù)包中，同時選擇出最佳的路由以減少傳輸延遲，把IP數(shù)據(jù)包經(jīng)過Internet傳送到目的網(wǎng)關(guān)。通信結(jié)束掛機(jī)則發(fā)出釋放請求[5]。

媒體控制模塊與流媒體的傳輸控制有關(guān)，主要用來封裝實時的媒體數(shù)據(jù)然后交由下層進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)被接受時會先存進(jìn)一個緩沖區(qū)，然后被其他應(yīng)用程序連續(xù)地從緩沖區(qū)讀出，只要緩沖區(qū)沒有完全空或是完全滿，接收數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序即可恒速處理輸入，以使多媒體流盡量以統(tǒng)一、連續(xù)的流形式到達(dá)，提高音視頻的性能。

管理模塊可以實現(xiàn)終端用戶的注冊、動態(tài)分組管理、權(quán)限設(shè)置以及安全管理，能夠靈活地添加或刪除該通信網(wǎng)絡(luò)中的成員，可以按需要對成員進(jìn)行分組并設(shè)置不同的權(quán)限，使其享有不同優(yōu)先級。同時還能監(jiān)視其他子模塊的運(yùn)行狀態(tài)，對系統(tǒng)資源運(yùn)行情況進(jìn)行評估，如若遇到運(yùn)行故障，可以按照預(yù)先設(shè)置的處理方法進(jìn)行系統(tǒng)的復(fù)位并自動切換到備份系統(tǒng)[6]。

2.3 內(nèi)通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)方法

內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成選擇SIP作為其信令協(xié)議。SIP是一種應(yīng)用層信令控制協(xié)議，比較簡單的會話初始化協(xié)議?？梢杂脕斫?、改變和終止基于IP網(wǎng)絡(luò)的用戶之間的會話，支持單點(diǎn)播送和群播[7]。采用C/S架構(gòu)，其中的網(wǎng)絡(luò)元素有兩個：SIP用戶代理和SIP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。用戶代理負(fù)責(zé)向服務(wù)器發(fā)送請求，而服務(wù)器則負(fù)責(zé)響應(yīng)代理發(fā)出的請求。呼叫是從用戶代理開始的，并終止于服務(wù)器。其中，SIP服務(wù)器又可以分為用于接收管理用戶注冊信息的注冊服務(wù)器，用于支持終端移動性的重定向服務(wù)器以及負(fù)責(zé)接收來自用戶代理的請求并作出相應(yīng)處理的代理服務(wù)器。

語音處理技術(shù)和安全技術(shù)在舞臺內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成中也是必不可少的。將各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合利用在劇場內(nèi)通系統(tǒng)的建設(shè)中，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成[8]。整個劇場內(nèi)通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化集成后的系統(tǒng)如圖3所示，有線內(nèi)通、無線內(nèi)通以及公共廣播等的終端連接在交換機(jī)上，以IP包的形式進(jìn)行信息交換。內(nèi)通系統(tǒng)的各個設(shè)備存在于舞臺監(jiān)督與調(diào)度系統(tǒng)的子網(wǎng)內(nèi)，以便與視頻監(jiān)控設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)分，方便系統(tǒng)搭建以及舞臺監(jiān)督的調(diào)度。

3 結(jié)論

構(gòu)建舞臺內(nèi)通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，有效地實現(xiàn)了無線內(nèi)通、有線內(nèi)通及公共廣播等系統(tǒng)的集成。有線內(nèi)通與無線內(nèi)通可以混合對講，實現(xiàn)了點(diǎn)對點(diǎn)以及點(diǎn)對多點(diǎn)的通信，使得操作更簡便，維護(hù)也更容易，系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及施工的難度也有所下降。通過無線內(nèi)通與有線內(nèi)通相結(jié)合的方式，實現(xiàn)舞臺監(jiān)督在劇院任意位置的調(diào)度，對構(gòu)建現(xiàn)代舞臺監(jiān)督與調(diào)度IP網(wǎng)絡(luò)化集成系統(tǒng)有重要參考意義，利用音視頻技術(shù)、多媒體技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，使舞臺監(jiān)督與調(diào)度系統(tǒng)各個部分的連接更加緊密，為舞臺演出提供更加便捷的服務(wù)。

[1] 顧衛(wèi)東.數(shù)字通話矩陣的原理和演播中心內(nèi)部通話系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2005(2)：53-56.

[2] 何海燕.廣播電視內(nèi)部通話系統(tǒng)[J].信息科技,2012(2)：172-173.

[3] 李真,趙雪均,楊謙逸,等.舞臺調(diào)度內(nèi)通系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化方法的研究[J].中國傳媒大學(xué)學(xué)報：自然科版,2014,21(1)：19-22.

[4] 王浩.歌劇院演出監(jiān)控(內(nèi)通)系統(tǒng)功能[J].藝術(shù)科技,2008(2)：22-24.

[5] 曹建龍.基于Android的移動VoIP高清視頻通話系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京：南京理工大學(xué), 2013： 21-50.

[6] 方立杰,劉毓.VoIP中關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].科技廣場,2010(3)：42-45.

[7] 高偉.基于SIP協(xié)議的IP電話研究與實現(xiàn)[D].重慶：西南交通大學(xué),2007：6-8.

[8] 楊奎.數(shù)字音頻內(nèi)通系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].重慶：電子科技大學(xué),2011：28-32.

(責(zé)任編輯：何學(xué)華，吳曉紅)

Study on Intercom System in Stage Video Surveillance and Scheduling System

LI Yi-hua1, ZHANG Xiao-dong1, FENG Zhi-cong2, LUAN Zhen-hui1

(1. School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2. School of Electric and Information Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

Aiming at the shortcomings of compatibility and expansibility in traditional intercom system, the intercom system in Stage Video Surveillance and Scheduling System based on IP network was put forward. It can be realized by using VoIP technology with the SIP control signaling protocol in stage video surveillance and scheduling system. The composition of the system and the technical characteristics of all parts in the system were presented. The structure of the system was designed. The research showed that the system networked makes the connection of each part of the intercom system more integrated and improves efficiency of the video monitoring and scheduling on stage.

stage scheduling; intercom system; VoIP

2015-04-03

“十二五”國家科技支撐計劃重大資助項目 (2012BAH38F00)

李毅華(1965-)，女， 江西南昌人，副教授，學(xué)士，研究方向：機(jī)械設(shè)計及自動化，視頻監(jiān)控。

TP393.03

A

1672-1098(2015)03-0006-04