淺析常用數(shù)字信號(hào)燈光控制協(xié)議發(fā)展

1、    淺析常用數(shù)字信號(hào)燈光控制協(xié)議發(fā)展    郝煜【摘 要】 以dmx512、art-net燈光控制協(xié)議發(fā)展過(guò)程為主線，介紹不同發(fā)展階段控制協(xié)議的基本功能、參數(shù)?！娟P(guān)鍵詞】 燈光控制；協(xié)議；dmx512；art-net；信號(hào)傳輸： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.12.003如今的熒屏和舞臺(tái)上，每天上演著各種節(jié)目，這些節(jié)目的形式、類型不斷挑戰(zhàn)業(yè)內(nèi)技術(shù)和設(shè)備的創(chuàng)新水平。燈光信號(hào)控制系統(tǒng)就在這個(gè)適應(yīng)過(guò)程中一次次地提升性能。本文通過(guò)筆者近些年節(jié)目制作和設(shè)備更新過(guò)程中的體會(huì)，介紹數(shù)字燈具信號(hào)控制方法的一些變化。1 dmx512到dm

2、x512-a協(xié)議燈光行業(yè)內(nèi)最初的數(shù)字信號(hào)控制協(xié)議是大家熟知的dmx512協(xié)議。dmx512協(xié)議是由美國(guó)戲劇技術(shù)協(xié)會(huì)（usitt）于1987年發(fā)布，1990年修訂的數(shù)字燈具信號(hào)傳輸之工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全稱為usitt dmx512/1990 digital data transmission standard for dimmers and controlers。通過(guò)英文對(duì)照可以看出，協(xié)議最初是用于控制臺(tái)與調(diào)光器間的數(shù)據(jù)傳輸，后來(lái)才廣泛用于數(shù)字燈具。下面簡(jiǎn)單介紹它的技術(shù)指標(biāo)。其采用5芯卡儂接口，傳輸方式為單向異步串行傳輸，即數(shù)據(jù)只能以一個(gè)方向傳送，發(fā)送端以數(shù)據(jù)幀（frame）為單位傳送數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)幀之

3、間的間隔時(shí)間不定，具有不規(guī)則的數(shù)據(jù)傳輸特性。傳輸速度為250 kbps，每發(fā)送一個(gè)包括512個(gè)數(shù)據(jù)幀的信息包將對(duì)全部512個(gè)受控通道形成一次全面控制，每秒最多可完成44次這樣的控制，即滿載刷新頻率為44 hz。每個(gè)信息包中有效的信號(hào)控制信息為8位二進(jìn)制數(shù)字，即信息為0000000011111111。換算成十進(jìn)制，就是我們?cè)诳嘏_(tái)上熟悉的燈具每個(gè)通道控制范圍0255，常說(shuō)的8位256級(jí)精度也是從這而來(lái)。之后的設(shè)備為提高某些功能的控制精度，就需要占用另一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)幀（通道）。如，后來(lái)的電腦燈為了定位更準(zhǔn)確，其pan/tile屬性具有16位或32位精度，就是通過(guò)這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)的。那么，信息是如何到達(dá)目

4、標(biāo)設(shè)備并被接受的呢？每個(gè)設(shè)備無(wú)論占用多少通道都要有個(gè)起始的地址，這個(gè)dmx512地址（就是安裝電腦燈時(shí)為其設(shè)置的地址碼）與信號(hào)包中幀序號(hào)對(duì)應(yīng)后就會(huì)接收相應(yīng)數(shù)據(jù)，從而設(shè)備做出相應(yīng)動(dòng)作。由于dmx采用rs-485的接口，早期的硬件水平要求每個(gè)dmx512接口上所控制的設(shè)備在不超過(guò)512個(gè)通道情況下，限制受控負(fù)載數(shù)量為32個(gè)。后期有所改進(jìn)，但為了方便，應(yīng)用中一直沿用了32個(gè)設(shè)備這一限制數(shù)量。在實(shí)際操作中，安全連接超過(guò)32個(gè)負(fù)載的解決辦法，就是加dmx信號(hào)分配放大器。這樣的數(shù)字信號(hào)讓用戶擺脫了模擬傳輸?shù)脑S多不便，但還有個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是只能單向傳輸信號(hào)。用戶知道信號(hào)被送出，但是否到達(dá)、燈具狀態(tài)好壞、是

5、否按指令進(jìn)行工作（如果用戶看不到燈具）都不知道。支持半雙工（即發(fā)送與接收交錯(cuò)進(jìn)行）雙向傳輸?shù)脑鰪?qiáng)版dmx512-a應(yīng)運(yùn)而生，典型應(yīng)用就是rdm（remote device management），并且最長(zhǎng)支持300 m傳輸距離。2 從art-net 1到art-net 4協(xié)議隨著終端設(shè)備功能不斷增強(qiáng)，對(duì)控制系統(tǒng)要求也更高。比如，電腦燈從以前的十幾通道變?yōu)閹资ǖ?、上百通道；主流控臺(tái)dmx512輸出口增加到6個(gè)、8個(gè)，同時(shí)又新添了以太網(wǎng)口。借助于硬件的改變，更大的數(shù)據(jù)量、更高的傳輸速度、更靈活的雙向傳輸、更簡(jiǎn)單現(xiàn)場(chǎng)布線、真正的多用戶界面操作等都在實(shí)現(xiàn)。更多的基于以太網(wǎng)的協(xié)議不斷提出，acn、ar

6、t-net、shownet、etcnet等等。功能大體相同，當(dāng)初最基本的目的就是實(shí)現(xiàn)一根網(wǎng)線控制更多的設(shè)備。這里重點(diǎn)介紹在我國(guó)使用更普及的由artistic licence公司開(kāi)發(fā)的art-net協(xié)議。之所以其應(yīng)用廣泛，主要是利用廣泛的以太網(wǎng)技術(shù)來(lái)傳送業(yè)界普遍使用的dmx512數(shù)據(jù)，以滿足用戶最迫切、最普遍的應(yīng)用需求。硬件上的實(shí)現(xiàn)方法很自由，考慮到要與現(xiàn)有大量只支持dmx512的設(shè)備連接，1998年定義art-net 1作為最初版本提供了最多約40路dmx512的編解碼，到2006年art-net 2升級(jí)到256路。用戶可通過(guò)各個(gè)認(rèn)證廠家生產(chǎn)的art-net編解碼設(shè)備（見(jiàn)圖1）轉(zhuǎn)換出dmx51

7、2的輸入、輸出，只要它的端口號(hào)是256中的一個(gè)。信號(hào)控制信息以一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)包的形式送到終端，其中每個(gè)數(shù)據(jù)包主要有以下信息：（1）512個(gè)屬性通道的dmx值。（2）包括dmx數(shù)據(jù)鏈號(hào)在內(nèi)的5個(gè)控制字段（數(shù)據(jù)鏈號(hào)用以區(qū)分網(wǎng)絡(luò)上的其他數(shù)據(jù)包，告知終端是否接收）。（3）順序號(hào)?？赡軙?huì)有一些數(shù)據(jù)包沒(méi)能按時(shí)到達(dá)目的地，接收端通過(guò)讀取順序號(hào)便知道該包是否沒(méi)按順序到達(dá)，以丟棄超時(shí)作廢的數(shù)據(jù)?；谝蕴W(wǎng)，將采用以下四種方式發(fā)送這些數(shù)據(jù)包：（1）廣播（broadcast）：從一個(gè)發(fā)送端向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）單播（unicast）：類似一對(duì)一的關(guān)系，數(shù)據(jù)只發(fā)送到到指定的ip地址（在art-net 1中應(yīng)用

8、的是broadcast，到art-net 2中才應(yīng)用unicast）。（3）組播（multicast）：是一對(duì)多的關(guān)系，比如有一組20臺(tái)設(shè)備需要接受相同數(shù)據(jù)，如果用“廣播”方式，不在這組中的設(shè)備也會(huì)得到這些數(shù)據(jù)，要是用“單播”同樣數(shù)據(jù)就要發(fā)20次，都會(huì)占用過(guò)多的網(wǎng)絡(luò)資源。組播是一種兼顧的方法，數(shù)據(jù)只發(fā)送一次，且只有組內(nèi)設(shè)備才能接受到。（4）“自動(dòng)”（auto）：如用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)情況不了解或直接忽略網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，就可選擇此模式，讓系統(tǒng)自己選擇合適的數(shù)據(jù)發(fā)送方法。具體流程是：發(fā)送端第一次以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，得到響應(yīng)的節(jié)點(diǎn)返回“數(shù)據(jù)已收到”的信號(hào)后，發(fā)送端之后就會(huì)以單播方式只向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，

9、當(dāng)超過(guò)40個(gè)節(jié)點(diǎn)做出響應(yīng)時(shí)發(fā)送端將保持“廣播模式”繼續(xù)發(fā)送。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中稱為“握手”的過(guò)程是通過(guò)交換art-net 2中加入的artpoll巡查數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際使用中，一個(gè)產(chǎn)生art-net控制數(shù)據(jù)的控制器（如燈光控制臺(tái)）是如何使用這些屬性的呢？以ma2為例（見(jiàn)圖2），可以直觀地設(shè)置傳輸模式、dmx信號(hào)數(shù)量、dmx端口號(hào)等。其中，dmx信號(hào)數(shù)量是允許用戶告知控制臺(tái)要使用256路dmx信號(hào)中的多少路，以省去“廣播模式”下不必要的傳輸數(shù)據(jù)量，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。筆者在實(shí)際使用中將其設(shè)置為256后，用“廣播模式”明顯感到信號(hào)延遲。故建議使用者要盡量了解設(shè)備使用量，精確根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，可以帶來(lái)更順暢的

10、操作體驗(yàn)。endprint隨著演出形態(tài)的改變，控制數(shù)據(jù)不斷增加，2011年發(fā)布的art-net 3將之前的256路dmx解碼提高到了32 768路。只是實(shí)際能支持的數(shù)量還要看傳輸方式（廣播/單播）和網(wǎng)絡(luò)的物理帶寬（100 baset/1 000 baset）?？赏ㄟ^(guò)ma2控制臺(tái)中的設(shè)置，來(lái)看具體是怎么實(shí)現(xiàn)的?？刂婆_(tái)系統(tǒng)軟件升級(jí)后的設(shè)置界面有所改變（見(jiàn)圖3），將以前由externstart（0255）設(shè)置dmx512物理地址改為net（1128）+subnet（015）+universe（015）共同完成?？梢越忉尀槊總€(gè)subnet包含16個(gè)universe，即16×16=256路dm

11、x512解碼數(shù)據(jù)，這是之前版本art-net協(xié)議支持的數(shù)量。art-net 3增加了一個(gè)net允許設(shè)置的數(shù)值為1128，可以理解為每個(gè)net由16個(gè)連續(xù)的subnet或256個(gè)連續(xù)的dmx512解碼數(shù)據(jù)組成，這樣就產(chǎn)生了128×16×16=32 768路dmx512解碼數(shù)據(jù)。其實(shí)，為網(wǎng)絡(luò)指明數(shù)據(jù)發(fā)送地址的是一個(gè)15位的二進(jìn)制字符串（見(jiàn)圖4），相當(dāng)于某人的家庭住址，郵遞員就是按照這個(gè)地址將信件（數(shù)據(jù)）送達(dá)收信人（dmx512設(shè)備）。2016年9月，最新的art-net 4發(fā)布，在前版本基礎(chǔ)上更新了一個(gè)用戶關(guān)注的重要功能：一個(gè)使單個(gè)網(wǎng)關(guān)能處理更多dmx端口的方案。以前，使用超過(guò)4個(gè)dmx端口的網(wǎng)關(guān)就需要多個(gè)ip地址。art-net 4的新方案允許一個(gè)網(wǎng)關(guān)（或art-net產(chǎn)品）支持超過(guò)1 000個(gè)dmx端口。這樣一來(lái)，用戶和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員都會(huì)少了很多煩惱。由于該版本發(fā)布時(shí)間還不長(zhǎng)，產(chǎn)品應(yīng)用較少，還需要今后業(yè)內(nèi)同行共同研究。3 小結(jié)總之，技術(shù)在不斷地滿足更大的數(shù)據(jù)量、提供更廣泛的兼容性，最終目的是讓在舞臺(tái)前的設(shè)計(jì)者們更少地考慮到技術(shù)的限制，不制約他們的想象力。art-net 4甚至已經(jīng)開(kāi)始支持還沒(méi)有處于真正應(yīng)用階段的vlc（可見(jiàn)光通信），他們把這叫向未