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作者：拓豐舞臺
2023-06-30 15:40:48
近年來，現(xiàn)代舞臺的舞美設(shè)計(jì)中大屏幕使用量日趨增多，復(fù)雜程度越來越高，舞臺屏幕呈現(xiàn)需要與拍攝、機(jī)械、制作、編排、道具等多個(gè)工種進(jìn)行結(jié)合，并形成相對獨(dú)立的視頻文件播控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對舞臺呈現(xiàn)的視覺效果進(jìn)行統(tǒng)一的管理?，F(xiàn)代舞臺中大量LED屏幕（以下所述“屏幕”均指LED屏幕）的使用，對屏幕播控的安全要求越來越高，在直播節(jié)目中甚至等同于節(jié)目的播放安全要求。而原有非廣播級，如“筆記本電腦”形式的簡單播控設(shè)備已經(jīng)完全無法滿足播放的安全與要求，原有屏幕播控系統(tǒng)也缺乏狀態(tài)監(jiān)測與安全保障機(jī)制。與此同時(shí)，屏幕播放系統(tǒng)由簡單的單機(jī)模式發(fā)展為基于網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)模式，這也使屏幕播放系統(tǒng)從綜藝節(jié)目的輔助系統(tǒng)，演變成了演播室系統(tǒng)中非常重要的子系統(tǒng)。
鑒于行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，從2019年開始，中央廣播電視總臺對舞臺大屏幕播控系統(tǒng)現(xiàn)有問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，開立了舞臺多屏幕文件播控自動安全監(jiān)測及保障系統(tǒng)的科研項(xiàng)目。筆者圍繞該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念，針對現(xiàn)代舞臺多區(qū)域、多通道、多數(shù)據(jù)量的屏幕文件播放需求，提出屏幕文件播控信號自動安全監(jiān)測設(shè)計(jì)和保障方法，以便給同行在設(shè)計(jì)舞臺屏幕文件播控系統(tǒng)時(shí)提供借鑒和參考。
1 現(xiàn)代舞臺運(yùn)用LED屏幕的特點(diǎn)
隨著舞臺表演復(fù)雜程度的增大和屏幕顯示技術(shù)的快速發(fā)展，綜藝節(jié)目對舞臺設(shè)計(jì)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的噴繪、造型等舞臺設(shè)計(jì)已無法滿足舞臺變化的需要，而LED拼接大屏幕因?yàn)榭梢噪S時(shí)通過顯示內(nèi)容的變化來配合表演、改變舞臺的風(fēng)格，逐漸替代了傳統(tǒng)的舞美道具成為了舞美設(shè)計(jì)的核心?，F(xiàn)代舞臺屏幕設(shè)計(jì)與以往舞臺屏幕設(shè)計(jì)有了很大的區(qū)別。
圖1 現(xiàn)代舞臺結(jié)構(gòu)和多屏幕呈現(xiàn)效果
目前，在現(xiàn)代大型的舞臺設(shè)計(jì)中，LED屏幕已經(jīng)成為了舞臺視覺的絕對核心，因此，一旦大屏幕所顯示的內(nèi)容出現(xiàn)問題，會直接影響節(jié)目的錄制安全。這就要求大屏幕播放系統(tǒng)具有極高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和充分的備份方案，這樣才可以滿足直播節(jié)目的安全要求。
2 舞臺傳統(tǒng)屏幕文件播放和控制中存在的問題
現(xiàn)代舞臺設(shè)計(jì)中，為提升舞臺所營造的畫面感與沉浸感，通常設(shè)計(jì)多個(gè)分舞臺，由大量可移動的模塊組合構(gòu)成，且模塊外表面覆蓋LED顯示屏。舞臺多屏幕移動所呈現(xiàn)的舞臺效果使視頻制作的復(fù)雜度提升，而傳統(tǒng)屏幕播放和控制系統(tǒng)無法適應(yīng)這些復(fù)雜的舞臺場景設(shè)計(jì)，存在很多問題需要解決。
2.1
屏幕信號播放流程問題
傳統(tǒng)屏幕播放器在播放過程中，每個(gè)播放通道只能播放固定的通道素材，無法做到素材跨通道播放。同時(shí)，傳統(tǒng)播放器不具備主備自動切換功能，通常采用主備播放器播放相同的內(nèi)容，提供信號給大屏幕，切換只能通過大屏幕自身的倒換。而大屏幕本身的倒換機(jī)制是基于電頻信號通斷進(jìn)行判斷，倒換機(jī)制較為簡單，無法應(yīng)對復(fù)雜場景。傳統(tǒng)播放器工作方式如圖2所示。
圖2 傳統(tǒng)舞臺大屏播出工作方式
2.2
視頻文件管理問題
傳統(tǒng)視頻制作沒有統(tǒng)一的要求，制作視頻的輸出格式與碼率不統(tǒng)一，導(dǎo)致后續(xù)視頻播放產(chǎn)生問題。節(jié)目視頻文件可能因?yàn)閮?nèi)容問題需要多次修改，視頻文件版本管理混亂。同時(shí)簡易舞臺設(shè)備，視頻制作或輸出過程易產(chǎn)生黑幀、碼率超標(biāo)、視頻輸出時(shí)長不統(tǒng)一等問題，而傳統(tǒng)系統(tǒng)只能通過人員手工監(jiān)測來檢測視頻文件中出現(xiàn)的問題，耗費(fèi)大量人力與時(shí)間，并可能無法檢測出所有問題。
2.3
屏幕播放信號傳輸問題
傳統(tǒng)屏幕播放器輸出通常采用HDMI、DVI、VGA等民用輸出方案，系統(tǒng)連接過程中需要識別大屏幕的EDID（Extended Display Identification Data，擴(kuò)展顯示標(biāo)識數(shù)據(jù)）信息，在使用過程中會出現(xiàn)信號丟失等情況，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低。同時(shí)，此類信號傳輸距離較短，長距離傳輸?shù)臅r(shí)候需要專配光纖和光傳設(shè)備，系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增加，如圖3所示。由于輸出配置的不統(tǒng)一導(dǎo)致輸出內(nèi)容信息也無法統(tǒng)一，播放過程中對素材的還原度較差。
圖3 非廣電級別信號傳輸方式
2.4
屏幕信號監(jiān)看問題
傳統(tǒng)屏幕播放器輸出信號直接給到大屏幕，所有輸出信號只能通過大屏幕本身進(jìn)行監(jiān)看。對于升降舞臺，其屏幕可能沒有升起來導(dǎo)致人工無法判斷信號是否正常，缺乏對于播放過程中的信號監(jiān)視，對直播過程中異常情況的處理難度較大。
現(xiàn)代舞臺采用了大量的機(jī)械舞臺裝置，在編輯舞臺變化的過程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)看到每塊屏幕的內(nèi)容變化，這對屏幕呈現(xiàn)內(nèi)容的同步監(jiān)看提出了更高的需求。
3 現(xiàn)代舞臺多屏幕文件控管監(jiān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
現(xiàn)代舞臺承擔(dān)的綜藝節(jié)目越來越復(fù)雜，屏幕的種類和面積也越來越多，對于多屏幕信號的播放、傳輸和顯示如何進(jìn)行全流程地控制、管理和監(jiān)測至關(guān)重要。現(xiàn)代舞臺多屏幕文件控管監(jiān)系統(tǒng)的改進(jìn)功能點(diǎn)如圖4所示。
圖4 多屏幕文件控管監(jiān)系統(tǒng)改進(jìn)功能點(diǎn)
3.1
視覺仿真系統(tǒng)的引入
視覺仿真系統(tǒng)可以在舞臺未完成施工時(shí)輔助視頻設(shè)計(jì)人員了解整個(gè)舞臺結(jié)構(gòu)、視頻制作區(qū)域以及舞臺可移動模塊行程及方向。對于設(shè)計(jì)的原始視頻，系統(tǒng)提供一鍵三維模型映射功能，讀取原始視頻圖像內(nèi)容映射到三維舞臺模型表面，可輔助視頻設(shè)計(jì)人員觀察舞臺模塊映射是否正確，檢驗(yàn)視頻設(shè)計(jì)效果。同時(shí)，根據(jù)視覺仿真系統(tǒng)提供的舞臺LED覆蓋率，可以合理確定文件播放器配置、播放視頻文件分辨率及碼率等，從而設(shè)定視頻文件素材切分原則。視覺仿真系統(tǒng)的構(gòu)成與應(yīng)用如圖5所示。
圖5 視覺仿真系統(tǒng)的構(gòu)成與應(yīng)用
在節(jié)目制作過程中，視覺仿真系統(tǒng)通過采集卡采集LED視頻圖像回傳到系統(tǒng)，將回傳圖像數(shù)據(jù)作為紋理圖像流貼到三維仿真空間的模型表面，實(shí)現(xiàn)三維仿真視頻監(jiān)視器功能。此時(shí)，真實(shí)舞臺視頻數(shù)據(jù)與虛擬舞臺表面紋理圖像同步變化，形成一個(gè)沒有演員的動態(tài)舞臺效果，方便同步檢測回傳的視頻數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤（如黑屏或部分黑屏），并快速定位到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)出現(xiàn)的舞臺屏幕空間位置，給用戶提出警示。視頻仿真切分計(jì)算核心功能如圖6所示。
圖6 視頻仿真切分計(jì)算核心功能
3.2
統(tǒng)一的文件管理系統(tǒng)
大型節(jié)目視頻原始制作素材通常由多個(gè)制作人員傳送至視頻切分點(diǎn)，按照節(jié)目名稱管理。若有不同制作人員進(jìn)行同一節(jié)目的視頻制作，則在節(jié)目名稱層級下按版本管理。多次修改更新的制作視頻，按修改視頻提交日期在節(jié)目名稱層級下進(jìn)行管理。切分后的播出素材在修改視頻提交日期層級下管理，并利用共享集中存儲，實(shí)現(xiàn)播出素材的網(wǎng)絡(luò)高速上傳。集中存儲一體化架構(gòu)圖如圖7所示。
圖7 集中存儲一體化架構(gòu)圖
3.3
屏幕播放設(shè)備的系統(tǒng)化管理
3.4
播放信號傳輸接口的改進(jìn)
使用HD-SDI作為信號格式：傳統(tǒng)播放器中輸出使用HDMI、DVI、VGA等民用標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定性、系統(tǒng)兼容性較差，并且格式不統(tǒng)一簡易舞臺設(shè)備，而HD-SDI信號標(biāo)準(zhǔn)的傳輸距離遠(yuǎn)大于民用標(biāo)準(zhǔn)的信號，這使得在正常情況下直接使用SDI電纜就可以完成信號的傳輸，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。信號傳輸流程如圖8所示。
圖8 播放信號傳輸流程
3.5
建立完善的信號主備切換機(jī)制
4 現(xiàn)代舞臺多屏幕的全流程監(jiān)控管理
為了提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)的多個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)可以設(shè)計(jì)信號監(jiān)測功能。一是選用具備輸入信號監(jiān)測功能的信號切換矩陣，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到輸入信號的輸入制式、是否靜幀、是否黑場等。二是監(jiān)測信號的同時(shí)，信號切換矩陣可以實(shí)時(shí)監(jiān)測自身狀態(tài)，并通過接口傳輸給相對應(yīng)的設(shè)備，其中包含信號切換矩陣本身電源狀態(tài)、信號調(diào)度狀態(tài)、輸出狀態(tài)是否正常等。狀態(tài)監(jiān)測和報(bào)警顯示如圖9所示。
圖9 狀態(tài)監(jiān)測和報(bào)警顯示
4.1
對視頻文件的全流程監(jiān)測
視頻仿真切分系統(tǒng)可以對切分前原始素材的文件名、幀率、時(shí)長、碼率，是否超標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，視頻文件切分過程中對切分幀數(shù)及所需時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測，切分完成后對輸出素材是否存在黑幀進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí)可以監(jiān)控各時(shí)間段視頻是否按照節(jié)目名稱管理規(guī)定存儲，若有不同視頻制作人員進(jìn)行同一節(jié)目的視頻制作，則在節(jié)目名稱層級下按版本管理。
4.2
對播放系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測
整個(gè)系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)測播放器狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示并可以通過接口傳輸給對應(yīng)類型設(shè)備。播放器狀態(tài)包含CPU使用率、GPU使用率、內(nèi)容使用率、存儲硬盤使用率、播放軟件是否正常、節(jié)目單狀態(tài)是否正常等。系統(tǒng)整體輸出末端為信號切換矩陣，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測矩陣輸出信號狀態(tài)，并判斷輸出信號為主信號或者備信號，操作人員可根據(jù)顯示狀態(tài)了解當(dāng)前輸出信號狀況并作出是否需要應(yīng)急切換。
4.3
對播放信號的實(shí)時(shí)監(jiān)測
播放器輸出信號接入切換矩陣，在系統(tǒng)中配置每個(gè)通道對應(yīng)的矩陣輸入，信號切換矩陣可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到輸入信號的狀態(tài)，并將狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋到系統(tǒng)中，如圖10。通過利用視頻矩陣輸出信號調(diào)度的靈活性，在系統(tǒng)中通過兩臺主備的矩陣將完全相同的信號送到了大屏幕信號處理器的主備路上，這樣就可以開啟大屏幕處理器自動倒換功能，實(shí)現(xiàn)矩陣或者信號線路出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)的瞬間自動倒換。
圖10 信號監(jiān)測工作應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖
4.4
實(shí)時(shí)視覺仿真系統(tǒng)與舞臺監(jiān)測
在節(jié)目制作過程中，系統(tǒng)可以通過實(shí)時(shí)視覺仿真技術(shù)對舞臺和屏幕進(jìn)行全方位監(jiān)測。
4.5
監(jiān)測信息與故障的自動處理
現(xiàn)代舞臺屏幕數(shù)量越來越多，舞臺機(jī)械越來越復(fù)雜，需要實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測信息和故障的自動化智能處理。
選自《演藝科技》2021年第1-2期趙貴華《現(xiàn)代舞臺多屏幕文件播放及控管監(jiān)系統(tǒng)存在的問題和解決方法》，轉(zhuǎn)載請標(biāo)注：演藝科技傳媒。更多詳細(xì)內(nèi)容請參閱《演藝科技》。
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