浅析演播室融合网络控制管理系统架构及特点
——以湖北广播电视台为例

王 伟，王海涛，袁 畅

（湖北广播电视台，湖北 武汉 430071）

在现今电视节目制作中，天马行空的创意，通过灯光、机械、音视频等多专业技术融合运用加以呈现，特别是AR、VR、全息投影、激光、实时跟踪等跨领域技术的加入，同时伴随着视频和灯光技术突飞猛进的发展，使呈现方式更加多样化，舞台更富动感酷炫。节目制作的这种新趋势，原来各专业系统独立运行、靠人为协调的方式已不能适应这一变化，需要有一套功能强大、可集控的演播室融合网络控制管理系统，可实时、同步、灵活地控制音频、视频、灯光、机械等各专业系统间不同类型信号的协调运行，如当演员在舞台上表演，可实现灯光自动配合，视频也能恰到好处地跟随，达到互动和同步的效果；通过VR、AR等技术呈现多维度空间的转换，让现场以及电视机前的观众在现实与虚拟世界间穿越。

以湖北广播电视台200 ㎡演播室群配置的演播室融合网络控制管理系统为例，阐述系统的功能、组成、网络架构特点及对灯光、机械、音视频等各专业系统的控制，归纳了系统的优势及应用前景。

1 系统功能

湖北广播电视台主楼的五层融媒体中心有8个200㎡演播室，其布局如图1所示，主要用于新闻、专题栏目、访谈类型节目的制作，依据传统的控制模式，涉及到音视频系统、图文在线包装系统、灯光系统、吊挂机械系统等主要专业系统，而且每个专业系统是各自独立、封闭的，需要通过全台的内部通话系统来人为调度协调。

图1 演播室和导控室的布局

基于电视节目制作全媒体、全直播、多景区、多功能、流程化的设计理念，为200 ㎡演播室群设计了演播室融合网络控制管理系统，融合了灯光、机械、音频、视频制作等系统，配合全方位、多视点的节目创意，能够实现全景式、多维度、沉浸式的舞台设计，颠覆以往舞台为主、观众靠边的常规布局，给观众带来身临其境的视听感受。同时，该系统针对演播室的统一规划、协作编排、同步控制的要求，可进行多种设备的同步操控，对演播室里的设备进行统一的集中化管理，无论是传统设备的增加，还是新设备的引入，根据节目的播出流程控制演播室内的播出设备，也可根据不同的播出环境选择不同的播出任务等；且系统支持多种协议，集中控制多个信号源，实现灯光、机械、视音频、扩声系统的信号综合调度。演播室融合网络控制管理系统功能如图2所示。

图2 演播室融合网络控制管理系统功能示意图

2 系统组成

演播室融合网络控制管理系统是基于为专业AV解决方案设计的以太网可视化智能交换机GigaCore 14R组成的以太网络架构，并已装有调度管理系统软件的服务器作为控制设备。

2.1 硬件架构

演播室融合网络控制管理系统由带有预配置的以太网交换机GigaCore 14R组成的多层环形主干网络架构，如图3所示；整个系统设计设有9个站点，其中，在每个演播室内对应1个站点，群控中心设置1个站点，可以实现群控中心的主站集中控制各分站点的控制台，如图4所示。

图3 演播室融合网络控制管理系统主干网络架构

图4 9个控制站点控制台的连接

融合网络控制系统具有双环形网络、每个站点间以互为路由备份、群控中心的扩展星型（Extended star）传输备份等多重实时备份措施，其链路冗余功能通过自身的RlinkX冗余协议即可自动生成备份链接，一旦出现主线路中断可自动切换至备用信号通路（图7中交换机之间实线为主信号线，虚线则为系统自动生成的备份线路）。这一架构使系统在安全和管理上更加可靠、稳定，从而保障节目安全播出；同时，在设备配置方面，融合网络控制系统比传统的独立主备控制系统节省了7套备份设备，传统的直播类演播室灯光、视频、机械系统，每个演播室需组成主、备控制系统，需要16套控制台和周边信号设备，使用融合控制系统后只需要N（演播室数量）+1套的控制设备，也就是说只需要9套控制台。

该系统改进了传统的环网模式，无需再单独设置优先级等操作，设备自带的web访问功能，均可对各端口Rlinks、POE、传输速度、端口名称等做自定义修改。

2.2 系统软件

Luminex GigaCore 14R交换机可视化软件可以跟踪整个系统的网络连接状态，除了交换机上常规的连接状态LED指示灯实时显示之外，交换机还使用了RLinkX冗余协议，在链路发生故障时可提供无忧的无缝恢复系统，当主链路出现问题时，冗余链路可在几毫秒内接管而不会影响系统性能。并且，系统在使用中始终持续监视所有交换机端口的带宽使用情况，如有流量堵塞报警功能，保障信号的绝对通畅。

演播室融合网络控制系统的软件借助系统服务器的可视化软件平台（见图5），具有分组功能，可将不同专业设备在几分钟之内划分到各自的VLAN，变得非常方便，这大大缩短了整个编程和调试时间，并且不需要用户具有IT专业技能来控制软件；同时，专为音视频设备的连接提供多种协议，如AES67、ArtNet、Dante、Ethersound、MANet1&2、Q-LAN、REAC、sACN、Titan Net、RTTRP-L等多种协议、用户资料库管理，可实现演播室灯光、机械控制与音视频播出的联动；可以从服务器上轻松识别所有机柜位置，并容许管理者在软件需要的情况下重新启动全部或任意终端设备；可以实时监视灯光设备的RDM在线连接状态，可以即时修改Universe数据和协议，并在运行ArtNet灯具时呈现可视化Universe数据并验证灯具是否处于正常的程序和位置。

图5 可视化软件平台

设置完整个系统后，主链路和冗余链路在管理软件和开关LED上均可见，连接到相应的交换机或设备时，很容易监视端口，如图6所示，为调试或运行阶段的监视带来了便捷。

图6 端口监视

3 系统控制

3.1 对各专业系统控制的路由

在系统主干网结构下（图3所示），各专业以自身专属的协议通过可视化智能交换机接入主干网络中，如图7所示，专业灯光系统、机械系统主要通过ArtNET协议接入融合控制网络中；扩声系统采用Dante协议接入融合控制网络；视频子系统通过编/解码器接入融合控制网络；对于同一网络中的多种协议，主干网使用的可视化智能交换机可通过设置编组来解决信号相互干扰的问题。

图7 融合控制网络系统连接示意图

（1）灯光控制系统

每个演播室子站中的灯光控制子系统如图8所示，仅需要配置1台灯光主控制台，群控中心配置集中备份控制台及核心备份服务器，用于实时跟踪的备份；同时，在群控中心还配置有灯光控制系统服务器，实时跟踪记录各分站点的控制状态，有效地保障各子系统的运行安全。

（2）机械控制系统

与灯光系统一样，在每个演播室子站中，仅需要配置1台机械主控制台，实时跟踪备份也交给群控中心的集中备份控制台实现，如图9所示，同时，在群控中心还配置有机械控制系统的核心备份服务器，实时跟踪记录各分站点的控制状态，有效地保障各子站机械系统的运行安全。另配置1台移动控制器用于机械现场调整，和每个演播室都可以通过网络与现场主控台、群控中心的集中备份控制台通信，实现数据共享。

（3）与音视频控制系统的联动控制

音频扩声信号的传输采用Dante协议，主、备调音台可接入系统中任意位置的网络接口形成实时备份系统，目前在设计的系统中编组预留了设备的接口。

视频系统（播出、包装、大屏显示等）主要考虑海量的传输数据会影响整体网络的速度，因此，视频系统仅使用网络触发调用的工作方式，在本系统中预设置独立编组预留触发信号的接口。

3.2 系统的同步触发方式

系统的同步控制目前使用的主要有UDP网络信号或MIDI音频信号两种触发方式，依据系统中配置的设备是否兼容网络信号选择触发方式，如不兼容网络协议采用传统MIDI信号通过编码器转换成网络信号接入网络触发，如图8、图9所示。

图8 每个演播室子站灯光控制系统与融合网络控制系统的路由

图9 每个演播室子站机械控制系统与融合网络控制系统的路由

同步操作实现过程：首先要在灯光控制台上，对各个演区所需灯具输出状态的演出场景进行存储（例如演区1灯光场景存储为CUE1，演区2灯光场景存储为CUE2，以此类推）；然后为存储的每个灯光场景（CUE）创建被执行控制的“事件”，并对每个“事件”设置触发方式为UDP网络信号触发或MIDI音频信号触发，执行方式设置成“外部”；最后在演播室融合网络控制系统平台上，为每个灯光场景的“事件”分别创建“状态任务”，每个任务执行一个“事件”即一个演区的灯光场景。在需要进行同步控制时，通过发送UDP网络信号或MIDI音频信号传输至对应灯光控制台，触发对应事件编号的灯光场景，控制台输出控制信号开启演播室内各灯具的工作状态。

4 系统优势

图10 UDP网络信号触发模式

图11 MIDI音频信号触发模式

演播室融合网络控制管理系统采用广播专业的交换机设备，开发多专业融合的管理软件，控制节目便捷、安全地制作和播出，是一种非常重要的安全保障技术手段。该系统下融合网络架构，与各专业独立系统的网络架构相比，其兼容性是考虑的重点，还要考虑各专业习惯的控制应用功能，同时结合生产安全性和稳定性方面的需求。基于此，设计出符合广播电视应用场所需求的解决方案，可以真正延伸到实际节目制作过程中现场设备的控制层面，并结合各专业技术应用的特点，给予实际制作过程的全方位控制和管理，满足节目制作高效性、稳定性、实时性、经济性、智能性、扩展性等多方面的性能和要求。其主要优势体现在如下几方面。

（1）具有广泛的兼容性。系统基于计算机网络技术，能够兼容多种协议通信，如AES67,ArtNet，Dante，Ethersound，MANet1&2，Q-LAN，REAC，sACN等协议，因此，集中控制音视频、灯光、机械、包装制作等多专业系统。

（2）系统具有高度的灵活性，结构简洁，操作方便。相对于传统的各专业独立系统，该系统具有十分显著的优势，同时也让后续培训工作的开展变得更加有效率。

（3）具有较高的通信速率。相对现场总线来说，以太网的通信速率较高，1 Gb/s的技术应用已经十分成熟。在当前不断增长的网络吞吐性能需求的前提下，这种传输速率上的优势十分明显，其能够更好地满足当前的带宽标准，让整个通信实时性的要求得到满足。

（4）具有良好的共享能力。整个网络设备变得更加成熟通用的前提下，任何一个接入到网络当中的运行设备，都可以实现对控制现场相关数据的浏览和调用，这对于远程管控应用具有优势。

（5）具有良好的扩展性。该系统采用以太网技术，应用及其广泛，各种设备或系统普遍支持以太网技术。因此，作为良好的基础平台，为后续技术改造和升级提供了很大的空间。

（6）具有绝对的系统维护优势。在一个复杂的节目制作中，涵盖有灯光、音频、视频、投影、激光、机械等多专业的数千台设备，它们采用的通信协议也不尽相同。建立集中控制、管理的系统，在以前传统的做法下既复杂又有难度，需要采用大量的设备，占用大量的施工时间，而且很多效果需要通过灯光和音视频的同步来实现，而系统运行需要精准、低延时的信号传输。而演播室融合网络控制管理系统在设计之初，便明确节目制作方的需求，确定交换机光纤环网+信号分组+系统可视化控制管理三方面的方案，运用安全的系统架构做到信号全覆盖，通过可视化软件可以实时看到每个节点信号传输路径与每个端口设备的分组情况，非常直观地掌握整个节点情况，可视化软件有实时日志功能，后台能够及时发现错误并通知纠正，减少传统施工方案中因系统信息不可见导致在后期使用中需要逐级检查而重新获取系统信息的情况。系统特有的信号分组功能，只需技术人员在软件端选择需要划分的组、端口点击保存即可设置完成，分组总计可达20组，充分满足系统的分区需求，以利于维护中可以快速、精准地找到故障点并排除。

5 应用前景

演播室融合网络控制管理系统因具有诸多优势，在广电、文旅领域都有着广泛的应用前景。

在广电领域中，浙江卫视中国好声音节目、湖南卫视幻乐之城节目、广东卫视大湾区艺术节开幕式湾区花正开节目录制以及广东卫视演播室高清改造等项目中都已采用。中央广播电视总台一号演播厅配置的灯光、舞美IP控制系统，对所使用的HP交换机网络系统作整体升级，共使用21台以太网可视化智能交换机，分布于灯栅层、马道层、控制室多个区域多个机柜，形成一套以光纤连接的双环形互为备份的主干网络光纤环网+双绞线环网系统，，各子站点与终端连接采用六类网线，物理连接与RlinkX功能对主信号形成多重备份与保护。

在文旅领域中也有应用，广州长隆野生动物园的音视频、灯光融合网络控制系统（见图12），运用40余台光纤交换机与50余台LumiNode解码器，覆盖约2 000亩范围，集成有灯光、机械、音视频、投影、激光等多专业系统的信号，将各个主题乐园全覆盖，对于园区设备管理与后续工作开展提供了很大的便利与保障。

图12 广州长隆音视频、灯光融合网络控制系统

演播室融合网络控制管理系统立足于跨专业融合创新的理念，可扩展未来节目制作的更多功能需求，支持灯光、机械、音频、视频等多协议的融合管理控制，最大程度上保证系统融合的兼容性与稳定性，是今后广电、文旅演艺制作的有效技术手段。