基于WiFi技术的演播室布光综合控制系统

朱 云 罗 珂 唐子翔 周竞章

一、项目简介

WiFi——WirelessFidelity，WiFi（Wi-Fi）IEEE 802.11b/g无线网络规范是IEEE 802.11网络规范的变种，最高带宽为11 Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。

无线2.4GHz的射频方式是依据ISM频段以展频技术可做不须授权使用的规定，这个频段的使用在全世界包含美国、欧洲、日本及台湾等主要国家(地区)都有开放。

选用Wireless LAN 802.11作为无线传输的优点：

（1）使用上，它的机动性、便利性，是有线网络所不能及的；成本上，它可省下一笔可观的布线费用。

（2）基本上，无线网络所使用的频段是属于ISM 2.4GHz的高频率范围，日常生活场所或办公室等所用电器设备不会相互干扰。因为频率差异甚多，而且无线网络本身共有12个信道可供调整，自然就不会相互干扰。

（3）电流消耗250mA，发射功率60-70mW。

（4）传输距离在视野所及之处约250M，若属半开放性空间、有隔间的区域，则约为76-122M。

（5）硬件成本价格低，普及性广。

南宁电视台800㎡演播室布光控制系统原有控制方式为：采用手动直接控制或者WiFi遥控方式（使用一台HP IPAQ RX3715掌上无线PDA，软件为厂家配送）， 操作斯全德STRAND 550i大型灯光控制台，对各基础照明灯具开关及亮度进行调控；采用手动直接控制或者采用有线控制方式，控制星光DCSV-401布光控制台，对灯具照射角度、灯具吊杆位置进行控制。本项目完成后，除保留各自手动控制外，在遥控部分，则将两套控制系统都统一采用WiFi控制（星光DCSV-401布光控制台遥控软件自主开发），两套控制系统在同一台PDA上进行操作，这样极大提高演播室灯光人员布光工作效率，同时优化岗位设置，实现单人独立完成演播室常规灯具布光工作。

二、项目详细内容

1.立项背景

南宁电视台800㎡演播室于2006年11月投入使用，灯具吊挂系统由北京星光影视设备科技有限公司安装调试完成，灯光控制台采用Strand 550i调光台。由于Strand 550i调光台具备PDA无线调光功能，而星光公司布光控制台仍旧采用有线控制方式，实际调光工作中，布光人员需要手拿两套PDA进行操作，一套是Strand公司无线PDA，一套是星光公司的有线PDA。操作时受有线的影响，特别是演播室舞美布景完成后，操作人员需要拖着一根PDA线缆绕来绕去才能到达预定的布光地点，工作比较麻烦，而且控制线缆容易被拉断。

经过对星光公司有线PDA、有线DCSV-401布光控制电脑的深入研究，硬件各方面完全可以达到做无线控制的要求，而且可以把两套控制软件融合到一个无线PDA上使用，这样既能方便布光人员的调光，显著提高工作效率，又能有效提高控制设备的可靠性。因此开展此项目。

2.详细科学技术内容

南宁电视台800㎡演播室布光控制系统采用星光集团的布光控制系统，该系统主要由电脑控制台、有线PDA（Windows Pocket CE操作系统）、吊杆灯具控制系统组成，如图1。系统均采用DMX512信号线作为传输控制线，串口协议作为主要传输协议。从实际安全角度出发，有线传输安全可靠性强于无线传输，但从未来发展角度出发，无线控制发展及市场前景要强于有线传输。南宁台800㎡演播室灯具相对较少，有线传输基本够用，目前国内1000㎡、2000㎡或更大的演播室比比皆是，如果仍旧采用有线布光控制系统，布光时拖拽一根控制线到处走，布光工作将会带来极大的麻烦，鉴于以上的使用经验，无线WiFi布光灯具控制系统将是未来的发展方向。

本项目分成三个阶段开展。

（1）通讯协议的测试：

第一步是测试布光电脑控制台跟灯具控制系统之间的通讯协议，根据通讯协议编写了测试软件，该测试软件主要对323吊杆的升降控制，111、112、113、114、115号灯具的水平、俯仰、调焦的控制，软件测试已通过，目的是测试控制系统之间的串口通信协议是否正确、是否加密。

（2）基于布光控制电脑为主机服务器的WiFi布光灯具控制系统软件设计：

通讯协议测试通过后，开始着手软件的编写工作。WiFi布光灯具控制系统主要由WiFi功能的PDA或手机、电脑布光控制台（Windows 2000系统）、WiFi无线路由器、灯具控制系统组成，编写完后的软件要把它编译到带WiFi功能的PDA或手机上测试，PDA、手机软件操作平台使用Pocket PC 2003或Windows Mobile 2006更高系统。测试时，先在Pocket PC 2003系统上编写PDA测试软件，通过布光控制电脑做服务器，对某一吊杆进行单独控制，类似第一阶段的测试。

编写好的软件分成两部分，一部分是在DCSV-401布光控制电脑上安装服务端控制程序（自主开发），主要编译WiFi无线路由器传输过来的网络信号，把网络信号转换成串口信号输出到灯具中央控制器；另一部分，PDA上的控制软件部分，主要控制灯具、吊杆动作，指令通过无线信号传输到WiFi路由器。（图2、图 3）

通过无线路由器，把HP IPAQ RX3715 PDA、Strand 550i调光控制台、DCSV-401星光演播室布光控制台融合到一个无线局域网当中。改造后的系统，可以通过HP IPAQ RX3715掌上PDA对演播室灯光、灯具吊杆进行无线控制。（图4）

软件操作步骤：

第一步，设置HP IPAQ RX3715 IP地址：

首先打开PDA的WiFi功能，点击“设置”选项，对话框中出现连接的无线路由器“TP-LINK”，然后点击“网路适配器”，填写“使用特点的IP地址”。

第二步，打开Strand 550i灯光控制软件：

软件打开后，点击屏幕左下角的“console”，选择控制台的端口，默认端口为“Remote 1（500i/500/300）”，点击OK后，PDA与无线网络连通，软件选项框中会出现一个正方形的小框，说明软件可正常使用。

第三步，打开LIGHT WiFi程序（自主编写）：

点击“资源管理器”，从SD CARD卡中选中WiFiConsoleClient程序，点击界面正下角“设置”，设置服务器IP地址，IP地址指向DCSV-401演播室布光控制台，设置界面中有“电机行程、按键灵敏度调整”。设置好IP地址后返回主界面，点击设置旁的“连接”，如系统连接上后，界面显示“已连接”，并且为灰色。

由于演播室灯光、吊杆系统是以编号区分，1-300为灯具编号，300-368为吊杆编号，当选择数字时，软件自动判别是灯具还是吊杆。

软件右上方十字键是控制灯具上、下、左、右，然后灯具的聚焦、散射，吊杆上下控制是吊杆升起、吊杆降下，界面简单明了，操作快捷容易上手。

第四步，STRAND 550I控制程序和自主编写的LIGHT WIFI程序切换使用：

两个软件通过屏幕右上角的“开始”菜单进行切换，Strand Remote软件已经安装在菜单栏中。

（3）基于Mini 2440模块的WiFi布光灯具控制系统编程开发板：

Mini2440是一款低价实用的ARM9开发板，它采用Samsung S3C2440为处理器，并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行的稳定性。模块支持Linux 2.6.13、Windows CE.NET.5.0操作系统。随着研究的深入，还能实现支持Android、Mac Os X等现今主流操作系统。

Mini2440主要是替代DCSV-401布光控制台，当PDA无线布光控制系统出现问题后，它可以作为备份台使用。把原有在DCSV-401上使用的服务端程序（自主开发）移植到Mini2440模块上，模块编写平台为Linux 2.6.13。由于Linux为开放式平台，各种插件不涉及法律授权问题。（图5）

3.发现、发明及创新点

PDA布光控制系统以无线路由器为主创建一个局域网，主要有以下特点：

（1）网络中的DCSV-401布光控制台和Mini2440模块可以互相备份，当Mini2440模块出现故障时，可以采用上述开发阶段二中的模式，以DDSV-401作为服务器进行无线操作。

（2）当PDA出现故障时，带WiFi功能的手机也可以对布光控制进行操作，实现了多点备份好处。

（3）优化了岗位，提高布光工作人员效率，实现单人独立完成大型演播室常规灯布光工作。

（4）有效地解决了灯光控制台与布光控制台无法在同一系统中共同运行的缺点。

4.经济效益分析

演播室灯具无线布光控制软件开发投入分成软件和硬件两部分。（表1、表2）

国内设计生产演播室灯具吊杆系统的知名企业还有焦作龙光影视设备公司等其他公司，这套系统主要针对星光影视科技公司的灯具吊杆系统进行改造。同样无线布光控制系统也适用于其他公司的吊杆系统，只需在软件上进行更改。据由星光、焦作龙光公司官方网站提供的数据统计表明，2003年至2008年仅两家公司就完成全国94个大、中型演播室，包括南宁台800㎡演播室在内的设备供应，大部分灯光系统使用情况与南宁台类似。参照国外Strand 550i无线灯光控制系统3万元市场定价，自主开发的系统可以定2.8万元市场价格。如果以技术改造的形式在全国进行推广，按50个演播室计算，经济效益约为100万元。

5.社会效益分析

无线控制不受演播室内环境影响，可优化工作岗位，提高布光的工作效率，一个人就可以很快完成大型演播室布光工作，因而可以满足大、中型演播室更好、更快制作更多的大型电视节目的要求，从而更好地开展宣传工作，满足喉舌功能及广大观众文化生活的需要。

三、应用效果

南宁电视台800㎡演播室WiFi技术的演播室布光综合控制系统项目，从2007年9月份开始研发，包括硬件设计、软件编写、系统调试，至2007年11月份开始投入使用。

系统采用WiFi无线控制技术，经过实际使用，达到原有预期设计的效果。这期间，完成了2008年中越《春天的旋律》、2008年《中泰友好主题晚会》等大型电视节目制作。特别是这些大型电视晚会中舞台现场环境复杂，更体现了该无线系统的灵活性、快捷性的特点。这套系统为南宁电视台节目制作搭建可靠、快捷的技术平台，为南宁电视台节目制作提供了有力的支持。