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近年來，現代舞臺的舞美設計中大屏幕使用量日趨增多，復雜程度越來越高，舞臺屏幕呈現需要與拍攝、機械、制作、編排、道具等多個工種進行結合，并形成相對獨立的視頻文件播控系統，實現對舞臺呈現的視覺效果進行統一的管理。現代舞臺中大量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，在直播節目中甚至等同于節目的播放安全要求。而原有非廣播級，如“筆記本電腦”形式的簡單播控設備已經完全無法滿足播放的安全與要求，原有屏幕播控系統也缺乏狀態監測與安全保障機制。與此同時，屏幕播放系統由簡單的單機模式發展為基于網絡的多機模式，這也使屏幕播放系統從綜藝節目的輔助系統，演變成了演播室系統中非常重要的子系統。

鑒于行業發展現狀，從2019年開始，中央廣播電視總臺對舞臺大屏幕播控系統現有問題進行技術攻關，開立了舞臺多屏幕文件播控自動安全監測及保障系統的科研項目。筆者圍繞該項目的設計理念，針對現代舞臺多區域、多通道、多數據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測設計和保障方法，以便給同行在設計舞臺屏幕文件播控系統時提供借鑒和參考。

1 現代舞臺運用LED屏幕的特點

隨著舞臺表演復雜程度的增大和屏幕顯示技術的快速發展，綜藝節目對舞臺設計的要求也越來越高，傳統的噴繪、造型等舞臺設計已無法滿足舞臺變化的需要，而LED拼接大屏幕因為可以隨時通過顯示內容的變化來配合表演、改變舞臺的風格，逐漸替代了傳統的舞美道具成為了舞美設計的核心。現代舞臺屏幕設計與以往舞臺屏幕設計有了很大的區別。

圖1 現代舞臺結構和多屏幕呈現效果

目前，在現代大型的舞臺設計中，LED屏幕已經成為了舞臺視覺的絕對核心，因此，一旦大屏幕所顯示的內容出現問題，會直接影響節目的錄制安全。這就要求大屏幕播放系統具有極高的系統穩定性和充分的備份方案，這樣才可以滿足直播節目的安全要求。

2 舞臺傳統屏幕文件播放和控制中存在的問題

現代舞臺設計中，為提升舞臺所營造的畫面感與沉浸感，通常設計多個分舞臺，由大量可移動的模塊組合構成，且模塊外表面覆蓋LED顯示屏。舞臺多屏幕移動所呈現的舞臺效果使視頻制作的復雜度提升，而傳統屏幕播放和控制系統無法適應這些復雜的舞臺場景設計，存在很多問題需要解決。

2.1

屏幕信號播放流程問題

傳統屏幕播放器在播放過程中，每個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，傳統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制是基于電頻信號通斷進行判斷，倒換機制較為簡單，無法應對復雜場景。傳統播放器工作方式如圖2所示。

圖2 傳統舞臺大屏播出工作方式

2.2

視頻文件管理問題

傳統視頻制作沒有統一的要求，制作視頻的輸出格式與碼率不統一，導致后續視頻播放產生問題。節目視頻文件可能因為內容問題需要多次修改，視頻文件版本管理混亂。同時簡易舞臺設備，視頻制作或輸出過程易產生黑幀、碼率超標、視頻輸出時長不統一等問題，而傳統系統只能通過人員手工監測來檢測視頻文件中出現的問題，耗費大量人力與時間，并可能無法檢測出所有問題。

2.3

屏幕播放信號傳輸問題

傳統屏幕播放器輸出通常采用HDMI、DVI、VGA等民用輸出方案，系統連接過程中需要識別大屏幕的EDID（Extended Display Identification Data，擴展顯示標識數據）信息，在使用過程中會出現信號丟失等情況，系統的穩定性較低。同時，此類信號傳輸距離較短，長距離傳輸的時候需要專配光纖和光傳設備，系統的不穩定性增加，如圖3所示。由于輸出配置的不統一導致輸出內容信息也無法統一，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

屏幕信號監看問題

傳統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行監看。對于升降舞臺，其屏幕可能沒有升起來導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視，對直播過程中異常情況的處理難度較大。

現代舞臺采用了大量的機械舞臺裝置，在編輯舞臺變化的過程中，需要實時監看到每塊屏幕的內容變化，這對屏幕呈現內容的同步監看提出了更高的需求。

3 現代舞臺多屏幕文件控管監系統設計

現代舞臺承擔的綜藝節目越來越復雜，屏幕的種類和面積也越來越多，對于多屏幕信號的播放、傳輸和顯示如何進行全流程地控制、管理和監測至關重要?，F代舞臺多屏幕文件控管監系統的改進功能點如圖4所示。

圖4 多屏幕文件控管監系統改進功能點

3.1

視覺仿真系統的引入

視覺仿真系統可以在舞臺未完成施工時輔助視頻設計人員了解整個舞臺結構、視頻制作區域以及舞臺可移動模塊行程及方向。對于設計的原始視頻，系統提供一鍵三維模型映射功能，讀取原始視頻圖像內容映射到三維舞臺模型表面，可輔助視頻設計人員觀察舞臺模塊映射是否正確，檢驗視頻設計效果。同時，根據視覺仿真系統提供的舞臺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，從而設定視頻文件素材切分原則。視覺仿真系統的構成與應用如圖5所示。

圖5 視覺仿真系統的構成與應用

在節目制作過程中，視覺仿真系統通過采集卡采集LED視頻圖像回傳到系統，將回傳圖像數據作為紋理圖像流貼到三維仿真空間的模型表面，實現三維仿真視頻監視器功能。此時，真實舞臺視頻數據與虛擬舞臺表面紋理圖像同步變化，形成一個沒有演員的動態舞臺效果，方便同步檢測回傳的視頻數據是否出現錯誤（如黑屏或部分黑屏），并快速定位到錯誤數據出現的舞臺屏幕空間位置，給用戶提出警示。視頻仿真切分計算核心功能如圖6所示。

圖6 視頻仿真切分計算核心功能

3.2

統一的文件管理系統

大型節目視頻原始制作素材通常由多個制作人員傳送至視頻切分點，按照節目名稱管理。若有不同制作人員進行同一節目的視頻制作，則在節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目名稱層級下進行管理。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，實現播出素材的網絡高速上傳。集中存儲一體化架構圖如圖7所示。

圖7 集中存儲一體化架構圖

3.3

屏幕播放設備的系統化管理

3.4

播放信號傳輸接口的改進

使用HD-SDI作為信號格式：傳統播放器中輸出使用HDMI、DVI、VGA等民用標準，穩定性、系統兼容性較差，并且格式不統一簡易舞臺設備，而HD-SDI信號標準的傳輸距離遠大于民用標準的信號，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，降低了系統的復雜度。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制

4 現代舞臺多屏幕的全流程監控管理

為了提高系統整體的穩定性，在系統的多個關鍵節點可以設計信號監測功能。一是選用具備輸入信號監測功能的信號切換矩陣，可以實時監測到輸入信號的輸入制式、是否靜幀、是否黑場等。二是監測信號的同時，信號切換矩陣可以實時監測自身狀態，并通過接口傳輸給相對應的設備，其中包含信號切換矩陣本身電源狀態、信號調度狀態、輸出狀態是否正常等。狀態監測和報警顯示如圖9所示。

圖9 狀態監測和報警顯示

4.1

對視頻文件的全流程監測

視頻仿真切分系統可以對切分前原始素材的文件名、幀率、時長、碼率，是否超標進行監測，視頻文件切分過程中對切分幀數及所需時間進行監測，切分完成后對輸出素材是否存在黑幀進行監測。同時可以監控各時間段視頻是否按照節目名稱管理規定存儲，若有不同視頻制作人員進行同一節目的視頻制作，則在節目名稱層級下按版本管理。

4.2

對播放系統的狀態監測

整個系統支持實時監測播放器狀態，實時顯示并可以通過接口傳輸給對應類型設備。播放器狀態包含CPU使用率、GPU使用率、內容使用率、存儲硬盤使用率、播放軟件是否正常、節目單狀態是否正常等。系統整體輸出末端為信號切換矩陣，系統可以實時監測矩陣輸出信號狀態，并判斷輸出信號為主信號或者備信號，操作人員可根據顯示狀態了解當前輸出信號狀況并作出是否需要應急切換。

4.3

對播放信號的實時監測

播放器輸出信號接入切換矩陣，在系統中配置每個通道對應的矩陣輸入，信號切換矩陣可以實時監測到輸入信號的狀態，并將狀態實時反饋到系統中，如圖10。通過利用視頻矩陣輸出信號調度的靈活性，在系統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，實現矩陣或者信號線路出現故障時系統的瞬間自動倒換。

圖10 信號監測工作應用結構圖

4.4

實時視覺仿真系統與舞臺監測

在節目制作過程中，系統可以通過實時視覺仿真技術對舞臺和屏幕進行全方位監測。

4.5

監測信息與故障的自動處理

現代舞臺屏幕數量越來越多，舞臺機械越來越復雜，需要實現對監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《現代舞臺多屏幕文件播放及控管監系統存在的問題和解決方法》，轉載請標注：演藝科技傳媒。更多詳細內容請參閱《演藝科技》。

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