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第20章 通信与协议(5)

2)DMX设备之间的连接

设备之间的连接采用菊花链的形式,一般每个设备都有一个信号输入口和一个信号输出口(或称为THRO口)。下一台设备的输入口接上一台设备的输出口,如此相互串接。一个DMX512输出口可以控制512个控制通道,但一般一条线路上只能驱动32台数字设备,假如接收端全部采用对信号衰减小的电路来接收信号,如采用MAXIM公司生产的MAX487集成电路来接收信号,那么一个DMX输出接口则能驱动128台数字设备。通常设备较多时,需使用DMX信号放大器。另外,DMX信号的传送距离在使用标准电缆的情况下约为300m,超过此距离时应使用信号放大器。

DMX512信号的传输速率为250Kbit/s。为了消除信号传输中的杂波反射现象,在一个多台设备单元的DMX链路中,应在最后一台灯光设备的信号输出口接一个阻抗约为120Ω、功率为0.25W的终接负载,实现阻抗匹配。有一些数字灯光设备本身有终端开关,这种设备若置于整个链路的末端,应将开关设置到允许的位置,否则应设置到无效的位置。

3)控制台与灯具的配接及地址码的设定

DMX512信号有较广泛的应用,包括硅箱的控制,以及电脑灯、换色器、512信号控制电源的开关等。利用DMX512信号控制的设备很多,控制台与灯具之间的配接及地址码的设定方式不完全相同。

(1)数字调光台

将信号输出线与硅箱的输入口相连,各硅箱之间的信号进行串接,根据各硅箱的回路数,设定各硅箱、硅柜的起始地址码。数字调光台实际上就是电脑处理系统通过输入接口将推杆信息(如分控杆、集控杆、总控杆等)、按键信息(如记录场、集控、效果等)收集起来进行处理,处理结果通过输出接口转换为DMX512信号,分别输出到相应的DMX信号输出口上,同时在显示器上显示出相应内容。

在硅箱的信号接收端,接收传送的DMX512信号各个通道的数值(0~255),经过D/A转换,变换为0~10V的电压,控制可控硅的导通角,从而控制输出电压的高低,实现灯光亮度的调整。

(2)电脑灯控制台

设定地址码时,要考虑各个灯的通道数,比如灯的通道数为20,第1个灯的起始地址码设为1,则第2个灯的起始地址码应从21开始,也就是说,一个电脑灯就占了20个通道,如果地址码不重复(可根据需要设定两台同型号的灯为相同的地址码),控制台的一个输出口只能控制25台电脑灯。当然,现在的许多控制台,通道数已达到2048,也就是说它有4个端口,每个端口512个通道,灯具可以接在不同的输出口上,通道总数可达2048(512×4)。

在演播厅的实际应用中,有时会遇到这样的情况:有些电脑灯有时要挂到灯杆或灯架上,有时又要放到地上,而地上及灯杆上的信号分别连接了两个不同的DMX512信号输出口。每次挂灯后重新分配地址码及重新编程又比较麻烦。这种情况下,在控制台加载灯库进行配接时,可以把要改变位置的电脑灯在两个输出口上预设同样的地址码,这样灯具在改变位置时,可以不要再重新配接及改变地址码。

电脑灯的控制原理与普通照明灯具有很大的区别。普通照明灯具是靠改变加到灯泡上的电压改变灯光的亮度,而电脑灯灯泡的亮度是不变的,是靠改变光闸开闭的大小来改变亮度,改变颜色轮的位置来改变颜色,通过图案轮的变化与旋转等来实现图案的变化与旋转,它们的变化都是由步进电机带动的。所以一个电脑灯一般都要占用多个通道乃至二三十个通道,每个通道的数据值(0~255)控制一个步进电机,有的控制灯光的亮度及频闪,有的改变颜色,有的改变图案等,经过灯光师巧妙地编排与应用,就形成了丰富多彩的效果。

(3)换色器

换色器与电脑灯类似,也是由DMX512信号通道的信号值来控制电机,让电机带动色纸定位在不同的位置,实现颜色的变换。在地址码的设定中,换色器的地址码设定可能是重复最多的,我们可以根据换色器及灯具功能的相同与不同,将换色器进行分组,功能相同、需要同时换色的则设定成同样的地址码。当然,调光硅箱及电脑灯中的功能或用法完全相同的也可设定为同样的地址码。

除了专用控制台之外,还可以在普通电脑上安装灯光控制软件,通过内置输出卡或外置转接盒(如USB/DMX转换器)输出DMX信号,达到控制硅箱、电脑灯及换色器等设备的目的,这与专用控制台的原理是一致的,只不过没有专用控制台的按键、推杆及滚轮等操作方便快捷,但应用于小型场合或作为低成本的设备备份还是可行的。

3.4.4ACN协议和Art-Net协议

1)ACN协议

随着网络技术的成熟和在全球的普及,利用网络技术传输灯光信号自然地被提到日程上。20世纪90年代中后期,国际上几家知名的灯光控制设备制造商相继开发出计算机灯光控制网络和相应的配套设备。但是由于各自开发,各家产品互不兼容。虽然控制规模和控制能力加强了,但DMX512协议所有的互联兼容的便利性消失了。

由于各灯光控制设备制造商采用的网络类型不同,网络功能应用的水平参差不齐,更谈不上相互设备间的兼容互连了。美国娱乐服务和技术协会(ESTA)注意到这个问题,并计划制定一个统一的标准:先进控制网络(Advanced Control Network,ACN)协议。

ACN协议又称多用途网络控制协议(Multipurpose Network Control Protocol Suite),它旨在提供下一代灯光控制网络数据传输的先进控制网络标准。ACN协议要完成包括DMX512协议在内的更多的工作。ACN协议将统一灯光控制网络,允许单一网络传输很多不同种类的调光及其他相关数据,并且使来自不同厂家的调光设备可以相互连接。ACN协议并不局限于灯光领域,预期将适用于音响控制和舞台机械设备的控制等。它可以应用于任何支持TCP/IP协议的网络中,通常最普遍的是应用于以太网,但是不仅仅适用于以太网,理论上它同样可应用异步传送模式(ATM)、光纤分布式数据接口(FDDI)、令牌网等不同网络。

ACN协议使得在同一个网络上支持控制数据的多重的来源(多个控制台),同时也支持数据的多重的接收者(大量的调光器、电脑灯等)。

可见,ACN协议是以TCP/IP为基础,定义在TCP/IP与应用层之间的一系列子协议组。

尽管目前广泛使用的主流网络是不断加速的以太网,但ACN协议只是规定了应用层的协议标准,以保证各种设备互连的通用性。其中会话数据传输(SDT)协议是为了与用户数据报协议(UDP)配合保证传输的可靠性。利用设备描述语言(DDL)的设备管理协议(DMP)是保证网络中各种设备相互识别和控制的基础。

目前,协议标准的大部分已经基本编写完成,虽然这一标准尚未获得美国国家标准协会通过,但是由于它的先进性、优越性为业界所广泛看好,世界上许多国家的厂商已纷纷设计符合这一标准的灯光网络系统架构和制造出相应系列灯光网络产品,称之为ACN-Ready或准ACN产品,以支持ACN协议尽早通过确认和抢占市场先机。

2)Art-Net协议

英国的ArtisticLicence(艺术许可证)公司是在娱乐技术行业开发灯光控制和测试设备的研究型厂商,产品包括:DMX512信号的解码、测试、转换设备,网络信号与DMX512信号转换器等,并以他们的经验提供一些解决方案。在产业界等待ESTA的ACN协议的版本时,Artistic Licence公司采用最常用的网络(以太网)和最通用的协议(TCP/IP)联合几家公司提出了一个Art-Net协议标准。Art-Net协议原先作为一个“权宜冶的解决方案被开发。在顾客要求和多供应商支持下,Art-Net协议变成了现在作为一个用于公共领域而被承认的标准,有版权但免费的协议。

Artistic Licence的Art-Net联盟(Art-net Alliance)2001年刚成立时只有不到10个成员,现在已有30多个成员加盟,其中不乏我们熟悉的国际知名灯光设备制造商,如ADB、Barco、MA Lighting、Martin Professional、Zero88等,其中主要是欧洲的厂商。近年来,国内一些主要的调光设备生产厂商也陆续加入这一联盟,以迅速融入国际潮流。

Art-Net协议当前的一个任务是在TCP/IP协议基础上采用10Mbit/s以太网的协议标准(由于网络技术的特点,它也可以方便地转用100Mbit/s的以太网),利用广泛使用的标准以太网技术来传送大量的DMX512数据(最新可达255个DMX512系统),以满足当前最迫切、最普遍的应用需求。

Art-Net协议的传输路线是网络,在网络中,组(Universe)是基本单位,是接收Art-Net数据包设备的唯一标志符,一个Universe对应于一个DMX512总线。控制台(Art-Net协议中称为服务器(Server))通过网络给Universe传输数据,Universe的地址为8位,整个网络中理论上可以有255个Universe。在Art-Net协议中,Universe的上层是节点(Node),控制台通过Node寻找网络中的Universe。每个节点具有唯一的IP地址,服务器就是通过IP地址寻址节点,任何Art-Net网络设备的IP地址是根据OEM码、SEITCH开关状态、网络芯片MAC地址相组合而得到的,所以Art-Net设备的IP地址不可能重复。每个节点中可以最多包含8个Universe,4个发送、4个接收。

节点系统在网络上由控制台(计算机)控制,节点可以通过DMX512协议实现灯对灯具的亮度控制,这样组成一个网络化的灯光控制系统。节点的作用是通过以太网和控制台通信取得亮度数据,然后通过DMX512协议将数据发送给灯具,实现亮度调节。网络中一个Universe对应一个DMX512总线,可控制512个灯具,网络最多可以有255个Universe,整个网络的控制容量为255×512=130560,相对于DMX512协议提高了255倍。系统采用网络通信,灵活方便,提高了系统的智能型。可见,Art-Net网络具有灯具控制容量大、智能性高的优点,能满足景观照明发展的要求。

总之,ACN协议与Art-Net协议相比较,ACN协议是“先完善,后推出冶,极力试图制订一个包罗各种可以想象得到的应用领域的一个全面的、完善的、尽可能优化的协议标准,并为未来的扩充留下充分的余地;而Art-Net协议则是“先推出,后完善冶,尽量利用已有的技术,满足目前最常用的、急需的要求,制订一个现实可用的协议标准。考虑到目前最广泛使用的以太网技术,两者基础的标准都是相同的TCP/IP协议和以太网标准的网络硬件连接,只在上层采用的软件标准有区别。而且,推出Art-Net协议的Artistic Licence公司也是ESTA的成员,Art-Net联盟还承诺,一旦ACN协议最终推出,Art-Net协议将适应ACN协议做出兼容的改进。

3.4.5基于DMX512协议和Art-Net协议的调光系统的比较

基于Art-Net协议的调光系统是从基于DMX512协议的调光系统的基础上发展而来的。两者的最大不同是:基于Art-Net协议的调光系统引入了网络,利用网络来传输大量的数据,这样既可以提高系统的实时性,同时保持系统可控制负载的数量。

基于DMX512协议的调光系统采用的是RS-485总线,传输距离最长为1200m,传输速率为250Kbit/s;基于Art-Net协议的调光系统采用的是以太网和RS-485总线相结合的方式,利用网络的带宽传输数据,其传输速率为10Mbit/s。

对于基于DMX512协议的调光系统,单个系统最多可以负载512个负载,而基于Art-Net协议的调光系统最多可以负载60个Universes,每个Universe最多可以负载512个灯具。

因此,基于Art-Net协议的调光系统在可控制负载数量上远远大于基于DMX512协议的调光系统。

两种调光系统在实时性上也有很大的不同。由于基于Art-Net协议的调光系统是在基DMX512协议的调光系统的基础上引入了网络,这样,可以把负载的数量平均分成n份,每份为一个基于DMX512协议的调光系统,这样既保持了整个系统负载的数量,同时,响应时间缩短到原来的1/n。

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