舞台内通系统虚拟控制平台关键技术研究

舞台内通系统虚拟控制平台关键技术研究

李真，杨谦逸，南洁，安宇洁

(中国传媒大学自动化系，北京100024)

摘要：舞台内通系统虚拟控制平台使得舞台监督能够通过高度集成的内通系统人机交互界面，对演出相关人员进行监督调度。本文研究了舞台内通系统虚拟控制平台的关键技术，包括人机交互界面技术，通讯协议以及数字矩阵技术等。这些技术的综合运用增强了舞台内通系统虚拟控制平台的实用性、实时性和可靠性，保障了剧场演出的顺利进行。

关键词：内通系统；交互界面；通讯协议；数字矩阵

中图分类号：TN919文献标识码：A

收稿日期：2015-02-15

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划重大项目“演出呈现关键支撑技术研发与应用示范(项目编号：2012BAH38F00)”资助

作者简介：李真 (1978- )，女(汉族)，河北衡水人，中国传媒大学讲师. E-mail：lizhen@cuc.edu.cn

Research on Key Technology of Virtual Control Platform

for Stage Intercom System

LI Zhen，YANG Qian-yi，NAN Jie，AN Yu-jie

(Department of Automation，Communication University of China，Beijing 100024，China)

Abstract：The virtual control platform for stage intercom system makes it possible that the stage manager can schedule theatre staff through highly integrated user Interface. This article presents the key technology of virtual control platform for stage intercom system，including user interface.technology，communication protocol and digital matrix technology. The combination of these technologies improves the reliability of the virtual control platform，and ensures the theatrical performance runs smoothly.

Keywords：intercom system；interface；communication protocol；digital matrix

1引言

在剧场演出中舞台内通系统是沟通舞台监督与各个部门工作人员的桥梁，它为一场演出有条不紊的顺利进行提供了有力保障。舞台内通系统虚拟控制平台以IP技术为依托，满足语音及数据调度的业务需求，整个系统克服了传统舞台内通系统集成化不高，子系统分散独立的缺陷，实现无线与有线的网络化、信息化、智能化、可移动式的舞台内通调度系统，使得舞台监督能够在高度集成的舞台监督环境下(人机交互界面)，对为舞台演出服务的全部工作部门进行监督、调度[1]。其中，无线通话基站，有线通话基站，数字矩阵及虚拟控制平台连接在一个局域网内，提供可靠的数据交换保障，实现各部分的无缝衔接。对内通系统中数字矩阵预先进行端口配置，则虚拟控制平台的通话面板可以实现预设的通话功能，如单呼，组呼，分组会议等，能够满足剧场演出过程中人员协调沟通的需求，为舞台监督提供更集中快捷的指挥决策信息。相关的技术包括交互界面实现，通讯协议以及数字矩阵技术。本文将重点研究了舞台内通系统虚拟控制平台的关键技术。

2交互界面实现

用户交互界面利用MFC框架编写，MFC框架定义了应用程序的轮廓，并提供了用户接口的标准实现方法，利用MFC编写程序的本质是选择该类库中合适的类，并调用其下相应成员函数来完成某个功能。

VS提供了相应的工具来完成该工作：AppWizard可以用来生成初步的框架文件(代码和资源等)；资源编辑器用于帮助用户直观地设计用户接口；ClassWizard用来协助添加代码到框架文件；编译，则通过类库实现了应用程序特定的逻辑[2]。

整个界面设计是通过绘图工具、PS图像整合等软件，制作出界面的应用图片，依照程序及MFC界面实现的不同功能进行图片的反复定位。步骤如下：

(1)打开VS的资源管理视图，打开IDD_VOIP KP_DIALOG，然后把按钮、图片控件等要用到的控件按位置拖到界面上，如图1所示。

图1　VS资源管理视图

(2)为控件设置ID、标题等属性。

(3)在相应文件中添加加载图片的函数，把要用到的图片加载进工程，然后把图片加载到按钮、图片等控件上。

(4)双击面板上的按钮控件，就可为该按钮添加相应的响应函数，即添加点击按钮之后要进行的操作的代码实现。

交互界面工程文件的主要函数有：

BitmapSlider.h和BitmapSlider.cpp：自定义的滑块控件类的声明与实现。

def.h：工程中用到的变量的定义。

memdc.h：内存绘图的头文件(系统文件)。

Stdafx.h、Stdafx.cpp和targetver.h：包含了工程要用到的一些系统头文件。

VOIPKP.h和VOIPKP.cpp：MFC工程创建时自动生成。

VOIPKPDlg.h和VOIPKPDlg.cpp：对界面进行控制的函数实现，对界面的控制改动基本都在这里进行。

整个界面加载的流程如图2所示。

图2　界面加载流程

3通讯协议

舞台内通系统虚拟控制平台的通话面板启动后，必须按照一定的时序发送消息，才能与数字矩阵的网络接口卡联络上，只有联络上之后，才能进行语音通话。

通讯过程采用socket编程，通信协议为UDP和TCP，设备通讯设计流程如下：

(1)初始化socket套接字动态库。

(2)获得本机的IP。获取本机的名称和地址等信息，并将一个IP转换成一个互联网标准点分格式的字符串。

(3)创建socket套接字。使用的函数为socket。

(4)绑定套接字的IP和端口。使用的函数为bind。

(5)开始收发包，接包和发包必须严格按照时序进行。通讯的总时序如表1所示。

表1　通讯总时序

数字矩阵的网络接口卡启动后，每隔5秒会向通话面板发送联机信号，直至接收端通话面板应答。用于两者的初始联络。通话面板收到联机请求后进行回复，实现联机。

联机以后，网络接口卡和通话面板互相发送建立UDP心跳连接的信号，并互相应答一次，应答之后即表示心跳连接建立，然后两者每隔一段时间发送心跳包，如果有应答，即表示两设备之间保持联机状态，如果一段时间之内没有应答，即表示设备之间断开连接，网络接口卡随之进入请求联机状态。

TCP连接与心跳建立时，通话面板作为TCP客户端，网络接口卡作为TCP服务器，端口为2080，TCP连接建立好了后，双方会互相发送自身设备信息，之后就是不包含信息的心跳保持帧。

其中采用UDP协议发送的数据包类型有：联机请求、响应包、心跳包、语音控制包、语音数据包，采用TCP协议发送的数据包类型是：心跳包、配置信息包、命令包。按照此通讯协议可实现虚拟控制平台的通话面板与矩阵网络接口卡之间的连接，并实现语音数据以及配置数据的交换。

4数字矩阵技术

数字矩阵采用了TDM(Time Division Multiplexing)时分复用的技术。TDM就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时隙，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输，并通过时隙交换方式进行路由选择[3]。

数字通话矩阵首先将Talk通道讲话信号进行取样、量化、编码处理，然后在相应软件控制下将各路数字信号进行TDM时分复用，再经过TDM解复用、时隙交换后，将各路数字信号路由至指定的Listen通道，实现了信源、信宿的交换。数字矩阵基本原理结构图如图3所示。

图3　数字矩阵原理结构图

模拟通话矩阵的主要缺点是它们的交叉点的数量、体积、功耗、物理规模和造价与用户数量的平方成比例增长，而且固定混合器不能各自调整所听到信号的相对电平。而数字通话矩阵利用时分复用技术可以提供强大的交叉能力，数字通话矩阵在Listen通道前方设计有可编程的混合器，通过对从TDM总线中分离出来的，已经被分配到指定Listen通道的数字信号进行数学运算，可以方便地实现不同信号电平增益的独立调整和信号混合。并且可以提供多个端口，从而实现剧场舞台监督对各个工种调度的通话需求。

5结论

基于IP的舞台内通系统虚拟控制平台很好的实现了舞台监督环境的高度集成化，相关保障技术的综合运用使该平台具有较高的可靠性，能够满足剧场调度的需求。除了本文提到的技术之外，还有音频编码技术、QoS技术等，可以在一定程度上改善整个网络系统的语音服务质量。目前该平台可用于Windows多个版本的系统，经过测试，联机，界面显示及语音质量情况都符合真实环境应用需求的标准。

参考文献

[1]陈威旋.浅谈内部通话系统的发展及实践心得[J].信息通信，2012，(03).

[2](美)帕罗赛斯.MFC Windows程序设计[M].北京：清华大学出版社，2007.

[3]Jonathan Daviason，James Peters.VOIP over IP Fundamentals[M].Indianapdis：Cisco Press，2012.

(责任编辑：王谦)