CN114786217B - 一种控制灯光的双路径通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及现场灯光控制领域，公开了一种控制灯光的双路径通信方法及系统，灯光控制台连接主机，灯具连接从机，其特征在于，主机与多个从机通信，包括以下步骤：S1：主机将需要发送的数据包拆分成灯光控制信息和灯具配置信息，并通过两个信道分别将灯光控制信息和灯具配置信息传输至从机；S2：从机接收灯光控制信息和灯具配置信息；S3：从机通过灯具配置信息配置与其连接的灯具，从机通过灯光控制信息控制灯具工作。本方案用来解决现有无线灯光控制不能同时满足通信质量与连接数量的问题。

Description

一种控制灯光的双路径通信方法及系统

技术领域

本发明涉及现场灯光控制领域，具体涉及一种控制灯光的双路径通信方法及系统。

背景技术

在现场灯光控制中，通常采用DMX512协议，它是一种基于主从式的协议，它支持一对多的灯光控制系统。一般而言，简单的灯光控制不需要灯具作出响应，将控制台作为主机，通过一对多的方式与多个从机通信，从而同时控制多个灯具；但是在诸如大型舞台演出现场、特殊影视现场等应用场景，简单的灯光控制无法满足灯光师的控制需求，此时需要灯具能够与控制台双向交互，从而完成更复杂的灯光控制，但由于DMX512协议只能单向传输，控制台与灯具之间无法实现双向的信息交互,灯具只能被动地接收控制台的控制信息，灯具自身的配置信息不能反馈到控制台，因此现有技术在舞台灯光控制中通过DMX512协议的扩展协议RDM协议来实现控制台和灯具之间的双向交互，完成灯光的配置通信，获得灯具的配置信息。同时，由于控制台的接口有限，传统的有线连接数字通信限制了控制台连接从机的数量，无法满足大型现场演出对灯具的连接数量需求。

为解决上述问题，常用层级结构将主机和从机建立成多层的传输连接结构，以突破现有技术对从机连接数量的限制，但是这样操作，需要花费大量的成本来构建复杂的主从机连接关系网，且后期维护检修成本较高，不适合大规模推广。

此外，如果需要在大型舞台现场中进行灯光控制常常为了方便而使用无线通信传输，则必须要求主机和从机能够双向通信，为了避免主机和从机的数据传输因为复杂的主从机关系网而出现混乱，需要在无线传输过程中增加模拟举手机制的步骤来进行异步通信，避免发送的数据出现混杂导致无法识别数据内容。然而异步通信方式使得灯光控制的延时高，对大型舞台现场的灯光控制的实时性产生较大影响。

综上所述，现在急需一种通信系统及方法，能够极大简化复杂的主从机层状连接结构，在不对通信节点数量造成限制的情况下使主机与从机能够双向交互，且不影响现场灯光控制的低延时性。

发明内容

本发明意在提供一种控制灯光的双路径通信方法，本方案用来解决无线灯光控制的现场无线即时通信的低延时性与灯具灯组配置信息同步共存的问题。

本发明提供的基础方案为：一种控制灯光的双路径通信方法，灯光控制台连接主机，灯具连接从机，主机与多个从机通信，包括以下步骤：

S1：主机将需要发送的数据包拆分成灯光控制信息和灯具配置信息，并通过两个信道分别将灯光控制信息和灯具配置信息传输至从机；

S2：从机接收灯光控制信息和灯具配置信息；

S3：从机通过灯具配置信息配置与其连接的灯具，从机通过灯光控制信息控制灯具工作。

本发明的工作原理及优点在于：

本发明一种控制灯光的双路径通信方法，本方案主机通过与多个从机通信，在通信之前先将数据进行拆分成灯光控制信息和灯具配置信息，充分利用两种信息通信传输要求的不同，将灯光控制信息和灯具配置信息分别通过适合的信道进行传输，能够在摆脱从机连接数量限制的前提下获取和修改灯具配置信息，传输时相互之间无干扰，能够同步传输，使灯光控制的延时更低，稳定性更好，能够满足多种场景现场对可双向通信和低延时的灯光控制需求。

本发明抛弃了传统的以主从机层状复杂结构为基础设置的灯光控制信息传输网，本发明通过拆分灯光控制信息和灯具配置信息，根据不同信息的传输要求不同，来合理选择适应的信道进行分开传输，克服了两种信息传输对信道的兼容性要求，使得可以绕开复杂的层状结构网来进行通信。

进一步，主机通过广播的方式与从机通信。本方案能够实现一对多的灯光控制，在大型舞台现场中，对通信节点的数量没有限制，进行简单灯光控制的效率更高。

进一步，所述灯光控制信息包括灯具的通道编号和灯光亮度。本方案能够通过改变通道编号和灯光亮度实现对灯光的控制，通过改变灯具的通道实现对不同颜色的基本控制，然后通过对亮度进行控制实现不同颜色的组合控制。

进一步，所述灯具配置信息包括设备位置、地址、通道数量和配置命令；当灯光控制台作为接收端时，接收设备位置、地址和通道数量；当灯光控制台作为发送端时，发送配置命令。灯光控制台能够通过灯具配置信息了解连接的灯具的数量，并分辨与之连接的灯具，更加便于进行控制。相比于现有技术采用异步通信传输，本方案主机可以同时通过广播方式进行现场灯光通信控制，以及通过握手协商进行灯具信息采集与配置，不影响灯光通信控制的实时性与连贯性。

进一步，S1中，两个信道均采用无线通信方式。本方案更加有利于现场的布线设置。

进一步，所述无线通信方式为射频通信，包括蓝牙、WIFI、4G/5G、ZIGBEE和LORA。相比于采用红外线进行通信，射频通信没有方向性，更加灵活，且具有穿透能力，不容易被遮挡物干扰。

进一步，所述无线通信方式为光学通信，包括红外线。相比于射频的发射和接收设备，红外设备的发射器和接收器的成本更低，且更加不容易受电磁波影响。

进一步，S1中，需要发送的数据包通过RDM协议获取。 DMX512协议，硬件使用的是RS485通信电平的硬件，RDM协议为同硬件平台上升级到了RDM协议，数据通信硬件链路上通过break的举手机制插入回传信息以解决数据回传问题。

进一步，S1中，需要发送的数据包通过Art Net协议获取。Art Net协议是采用以太网硬件作为硬件平台，嫁接在UDP的通信协议上组件的灯光控制数据帧的应用层协议，能够使用更常见的网络布线达到系统现代化升级的目的。

一种控制灯光的双路径通信系统，应用上述控制灯光的双路径通信方法。本方案能够解决灯具连接数量限制和分辨灯具两种功能不兼容的问题，在能够摆脱灯具连接数量限制的基础上，通过无线连接获取灯具配置信息，从而获取连接从机的数量并分辨灯具；且本方案控制灯光的延时较低，响应更快，控制更流畅。

附图说明

图1为本发明一种控制灯光的双路径通信方法实施例一的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例一：

实施例基本如附图1所示，一种控制灯光的双路径通信方法，灯光控制台连接主机，灯具连接从机，主机通过广播的方式与多个从机通信，具体为采用无线广播的方式，包括以下步骤：

S1：主机将需要发送的数据包拆分成灯光控制信息和灯具配置信息，并通过两个信道分别将灯光控制信息和灯具配置信息传输至从机；

S2：从机接收灯光控制信息和灯具配置信息；

S3：从机通过灯具配置信息配置与其连接的灯具，从机通过灯光控制信息控制灯具工作。

其中，主机使用两个不同的信道分别对外传输两种类型的数据帧。主机发送命令操作字的数据帧时，通过其中一个信道传输单向广播传输给从机，覆盖尽可能多的空间域，使得该空间域下的从机都无差别的收到本次即时传输，低延时的进行操作数据的响应。主机发送和接收配置信息的数据帧时，通过一个主机对应多个从机的通信方式，实现广播查询、举手应答、地址对应子机问询等主从操作方式进行从机配置信息的查询、修改和其它操作。

从机使用两个不同的信道分别响应主机的两种类型的数据帧。从机通过广播信号接收主机广播的操作命令数据帧时，即时地根据子机自己的配置响应主机的广播数据帧的信令。从机响应配置信道传输的配置数据帧时，通过主从通信模式，根据主机命令完成从机配置信息的查询、修改和其它操作。

本实施例采用RDM协议作为灯光控制协议，灯光控制信息包括灯具的通道编号和灯光亮度，灯光控制台以无线广播的方式发送灯光控制信息，灯具接收灯光控制信息后根据接收到的灯光控制信息改变对应通道编号的灯光亮度，实现对灯光的控制，通过改变灯具的通道实现对不同颜色的基本控制，然后通过对亮度进行控制实现不同颜色的组合控制。例如：一个三色灯，包括三个通道，通道一控制红色灯，通道二控制黄色灯，通道三控制蓝色灯，亮度调节的范围都在0-255，对应0%-100%的亮度范围，在三色灯接收到灯光控制台发送的信号时，若通道编号为1，亮度值为153，则实际为控制红色灯的亮度为60%；通道编号2，亮度为204，则调节黄色灯的亮度为80%；依次类推，通过对不同颜色灯的亮度的组合控制，实现灯光的混合调色，从而呈现出多种颜色的灯光。

灯具配置信息包括设备位置、地址、通道数量和配置命令。配置命令在灯光控制台作为发送端时发送，当灯具接收到灯光控制台无线广播发送的配置命令后，会将自身的设备位置、地址、通道数量、通道编号和当前亮度值等信息发送给灯光控制台；其中，设备位置是指灯光的安装位置，地址是指每台设备唯一对应的标识，通道数量代表有多少可控制的灯组，通道编号和当前亮度值反映各灯组的当前状态。根据上述信息，灯光控制台能够获取连接的灯具的数量，并分辨与之连接的灯具具体是哪些，从而能够做到针对性修改灯具配置信息，从机通过灯具配置信息响应配置命令或者上报配置信息，即能够配置与该台从机连接的所有灯，或者单独配置任意一台与从机连接的灯，例如：当从机连接了1000台灯时，从机能够配置其连接的全部灯或者其中的某一台灯；若需要获取的灯的设备位置、地址、通道数量和通道编号等配置信息，则由主机向从机发送配置命令要求从机上报这些内容，从机载入配置命令并按照配置命令的要求将对应内容上报给主机；若需要修改如地址、功率因数和控制模式等配置信息，则由主机发送配置命令要具体的修改要求发送给从机，然后从机载入配置命令并按照配置命令的要求去修改对应灯具。

本实施例中两个信道采用的无线通信方式均为射频通信，具体包括蓝牙、WIFI、4G/5G、ZIGBEE和LORA中任意两种。相比于采用红外线进行通信，射频通信没有方向性，更加灵活，且具有穿透能力，不容易被遮挡物干扰，且传输数据的速度更快。

一种控制灯光的双路径通信系统，应用上述控制灯光的双路径通信方法,能够解决灯具连接数量限制和分辨灯具两种功能不兼容的问题，在能够摆脱灯具连接数量限制的基础上，通过无线连接获取灯具配置信息，从而获取连接从机的数量并分辨灯具；且本方案控制灯光的延时较低，响应更快，控制更流畅。

一般而言，为了避免主机和从机的数据传输因为复杂的主从机关系网而出现混乱，需要在无线传输过程中增加模拟举手机制的步骤，同时采用单向DMX/双向RDM来进行异步通信，单/双向通信的实现需在两种协议模式间切换，通过DMX传输灯光控制信息，控制灯光变化，并通过RDM协议传输或修改灯具配置信息，但是这种方法增加了灯光控制的延时，极大的影响灯光控制的实时性，不适用于大型舞台演出现场或影视拍摄等场景大、灯具多、灯光控制复杂的应用环境。而在大规模应用灯光布景时，为了方便布线和操作通常使用无线通信传输，则必须要求主机和从机能够双向通信，由于使用RDM协议无线通信不会像有线连接一样发送break信息，需要在无线传输过程中增加大量的判断或选择步骤来避免数据混乱导致无法识别，例如仲裁机制，但这样将导致发送的数据量增多，且步骤增多，使传输的延时仍然较高，不利于大规模应用灯光布景的实时控制。而本方案，在通信之前先将数据拆分成灯光控制信息和灯具配置信息两种数据包，能够在获取数据时完成拆分，然后通过两个信道分别进行传输，通过广播的方式传输灯光控制信息，不对通信节点数量造成限制，通过RDM协议传输灯具配置信息，实现了主机与从机的双向交互，且传输的数据量更少，能耗更低；同时，由于是两个信道分别传输，传输时相互之间无干扰，也不会出现数据混乱，因此能够同步通信，使大规模应用灯光布景时的延时性更低。

本方案与手机的双模通信看起来有一定相似性，但实际上是完全不同的。手机的双模通信是两个相互独立的运行模式，虽然可以同时支持GSM以及CDMA这两个网络通信技术，但其实是根据环境或者实际操作的需要来从中做出选择，哪个网络技术更能发挥作用，就让手机切换到哪种模式下去工作，同一时间存在的模式只有一种。本方案是两种信道同时工作，因为灯光控制信息和灯具配置信息是两种高度关联的数据，数据之间的兼容性好，故而能够做到拆分再通过不同方式传输，然后进行识别。

需要强调的是，本方案相比于现有技术具备足够的优越性。在现有灯光控制中，常用的是DMX512协议，按照DMX512协议进行控制，根据现有收发器的限制，其控制方式是基本确定的。现有DMX512收发器通常采用两种控制方式：第一种，主机使用广播发送控制命令字，从机按照已经配置好的配置如地址码等响应对应的控制命令字，因其仅单向数据传输，故无法数据回传，无法读取或者修改从机地址等配置信息；第二种，主机和从机使用绑定配对的方式，通过单一信道通信，将控制命令字与配置命令字组成交互式数据帧，因为执行绑定模式，单主机绑定的从机数目不得超过32个，数量多的时候需要架设层级通信网络组成大网进行通信。这两种方式，虽然在灯光控制领域使用了很久，也能够适应很多以前的使用场景。但是，随着人们对很多新场景的开拓，例如大型的舞美灯光、演唱会台上台下灯光响应布置以及一些特殊的影视灯光需求，现在常用的这两种控制方式已经不能满足人们需求。然而，因为通信方法以及设备的限制，现在使用的基于DMX512协议的控制通信方式，基本上都不能够脱离以上两种现有控制方式，在从机数量以及数据双向传输上始终无法突破。

而本方案抛弃了传统的以主从机层状复杂结构为基础设置的灯光控制信息传输网，本方案通过拆分灯光控制信息和灯具配置信息，根据不同信息的传输要求不同，来合理选择适应的信道进行分开传输，克服了两种信息传输对信道的兼容性要求，使得可以绕开复杂的层状结构网来进行通信，主机连接的从机数量不受限制。例如：灯光控制师发现10米高顶上有3盏灯的地址配置不对应，且这3盏灯之间的编组相异时，没有办法按照预设的方式进行操作，要么修改地面上的所有灯（假如有100盏灯，则非常麻烦），要么就需要打开影棚顶，并让工人搭云梯才能修改10米高顶处配置不对应的3盏灯，需要耗时1天，本方案在这种场景下的优势是：相对于传统方法的第二种，本方案的容量更大，影棚里的所有灯具都可以使用这个组网，不用每32个为一组进行组网，即使影棚需要1000个灯来满足完整的灯光控制要求，也能够使用同一组网，而且配置信号传输的时候，不占用控制信号的时间片（允许运行的时间），不影响控制信号的传输响应时间。相对于传统方法的第一种方法，不用进行开顶棚操作接收灯具本身的操作，远程可以进行灯具配置，相比于通用方案节约了30%-50%的布置和操作时间，传输精准度提高了5%-10%。

实施例二：

实施例二与实施例一的不同仅在于，本方案采用Art net协议。相比于RDM协议，Art net协议是基于UDP的，相对使用更加简单，且不需要握手就能够直接传输，响应的速度更快，对灯光控制的延时性更低，更加适合舞台现场的灯光控制。

实施例三：

实施例三与实施例二的不同仅在于，S1中两个信道中，其中一个采用射频通信，另一种采用光通信。本实施例中，两个信道分别采用LORA和红外线进行传输，LORA用来进行广播传输灯光控制信息，红外线用来传输灯光配置信息。

射频通信没有方向性，相比于红外线更加适合以广播的方式进行传输，因此用来传输灯光控制信息不容易被遮挡物阻挡，且在大型演出现场，LORA的传输的范围比蓝牙和WIFI远，信号更强，且不受大量人群手机对4G/5G基站的影响，传输的稳定性强，数据不易轻易丢失，控制效果更好。而红外线的传输速度虽然相对较慢，但灯具配置信息对传输速度的要求也相对较低，红外线足够满足其要求，且成本较低；同时，红外线的点对点传输方式本身带有一定身份识别能力，因此可对传输的灯具配置信息的内容进行调整，如删除灯光位置信息等，从而减小传输的数据量，进而在一定程度上提高传输的速度，并降低能耗。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种控制灯光的双路径通信方法，灯光控制台连接主机，灯具连接从机，其特征在于，主机与多个从机通信，包括以下步骤：

S1：主机将需要发送的数据包拆分成灯光控制信息和灯具配置信息，并通过两个信道分别将灯光控制信息和灯具配置信息传输至从机；

S2：从机接收灯光控制信息和灯具配置信息；

S3：从机通过灯具配置信息配置与其连接的灯具，从机通过灯光控制信息控制灯具工作；

主机使用两个不同的信道分别对外传输两种类型的数据帧；主机发送操作命令数据帧时，通过其中一个信道传输单向广播传输给从机，使得该空间域下的从机都无差别的收到本次传输；主机发送和接收配置数据帧时，通过一个主机对应多个从机的通信方式，实现广播查询、举手应答、地址对应子机问询的主从操作方式进行从机配置信息的查询、修改和其它操作；从机使用两个不同的信道分别响应主机的两种类型的数据帧；从机通过广播信号接收主机广播的操作命令数据帧时，即时地根据从机自己的配置响应主机的广播数据帧的信令；从机响应配置信道传输的配置数据帧时，通过主从通信模式，根据主机命令完成从机配置信息的查询、修改和其它操作；

所述灯光控制信息包括灯具的通道编号和灯光亮度；通过改变通道编号和灯光亮度实现对灯光的控制，通过改变灯具的通道实现对不同颜色的控制，通过对亮度进行控制实现不同颜色的组合控制；

所述灯具配置信息包括设备位置、地址、通道数量和配置命令；当主机作为接收端时，接收设备位置、地址和通道数量；当灯光控制台作为发送端时，发送配置命令；灯光控制台能够通过灯具配置信息了解连接的灯具的数量，并分辨与之连接的灯具。

2.根据权利要求1所述的一种控制灯光的双路径通信方法，其特征在于，主机通过广播的方式与从机通信。

3.根据权利要求1所述的一种控制灯光的双路径通信方法，其特征在于，S1中，两个信道均采用无线通信方式。

4.根据权利要求3所述的一种控制灯光的双路径通信方法，其特征在于，所述无线通信方式为射频通信，包括蓝牙、WIFI、4G/5G、ZIGBEE和LORA。

5.根据权利要求3所述的一种控制灯光的双路径通信方法，其特征在于，所述无线通信方式为光学通信，包括红外线。

6.根据权利要求1所述的一种控制灯光的双路径通信方法，其特征在于，S1中，需要发送的数据包通过RDM协议获取。

7.根据权利要求1所述的一种控制灯光的双路径通信方法，其特征在于，S1中，需要发送的数据包通过Art Net协议获取。

8.一种控制灯光的双路径通信系统，其特征在于，应用如权利要求1～7中任一项所述的一种控制灯光的双路径通信方法。

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