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什麽是DMX512數字燈光係統協議?

基於DMX512控製協議進行調光控製的燈光係統叫做數字燈光係統。目前,包括電腦燈在內的各種舞台效果燈、調光控製器、控製台、換色器、電動吊杆等各種舞台燈光設備,以其對DMX512協議的全麵支持,已全麵實現調光控製的數字化,並在此基礎上,逐漸趨於電腦化、網絡化。因此,對於影視燈光設計與操作人員,理解DMX512控製協議的程序結構、控製原理及其應用要點是十分必要的。

1. DMX512燈光控製協議

DMX是Digital MultipleX的縮寫,意為多路數字傳輸。DMX512控製協議是美國舞台燈光協會(usITT)於1990年發布的燈光控製器與燈具設備進行數據傳輸的工業標準,全稱是USITT DMX512(1990),包括電氣特性、數據協議、數據格式等方麵的內容。

每一個DMX控製字節叫做一個指令幀,稱作一個控製通道,可以控製燈光設備的一個或幾個功能。一個DMX指令幀由1個開始位、8個數據位和2個結束位共ll位構成,采用單向異步串行傳輸,如圖1所示。

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圖1 DMX512定時程序的幀結構(上圖)和信息包結構(下圖)

圖1中虛線內控製指令中的S為開始位,寬度為一個比特,是受控燈具準備接收並解碼控製數據的開始標誌;E為結束位,寬度為兩個比特,表示一個指令幀的結束;D0 D7為8位控製數據,其電平組合從0000~ 一l1111111共有256個狀態(對應十進製數的0~255),控製燈光的亮度時,可產生256個亮度等級,0000~ (0)對應燈光最暗,l1111111(255)對應燈光最亮。DMX512指令的位寬(每比特寬度)是4 s,每幀寬度為44 弘s,傳輸速率為250 kbps。

一個完整的DMX512信息包(Packet)由一個MTBP位、一個Break位、一個MAB位、一個SC和512個數據幀構成。MTBP(Mark Time Between Packets)標誌著一個完整的信息包發送完畢,是下一個信息包即將開始的“空閑位”,高電平有效。Break為中斷位,對應一個信息包結束後的程序複位階段,寬度不少於兩個幀(22比特)。程序複位結束後應發送控製數據,但由於每一個數據幀的第一位(即開始位)為低電平,所以必須用一個高電平脈衝間隔前後兩個低電平脈衝,這個起間隔、分離作用的高電平脈衝即MAB(Mark After Break),此脈衝一到,意味著“新一輪”的控製又開始了。SC(STart Code)意為開始代碼幀(圖1中的第0幀),和此後到來的數據幀一樣,也是由11位構成,除兩個高電平的結束位之外,其他9位全部是低電平,通常將其叫做第0幀或第0通道(Ch~nel No 0),可理解為一個不存在的通道(NON一~istent Channe1)。

表1 DMX512信息包定時表

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      表1是DMX512信息包的定時表,表中NS意為Nm Spec~ed,寬度沒有嚴格限製,由程序設計者自行決定,比如MTBP的寬度可以介於0~1秒之間。

調光控製台每發送一個信息包,可以對全部512個受控通道形成一次全麵的控製。發送一個信息包的時間大約是23Ⅱls,每秒鍾將對所有512個受控通道完成44次控製,即受控光路的刷新頻率44 Hz,如果實際受控通道少於512個,那麽刷新頻率將相應提高。

1.DMX512協議的基本作用機理  一個DMX接口最多可以控製5l2個通道,因為電腦燈一般都有幾個到幾十個功能,所以。一台電腦燈需占用少則幾個、多則幾十個控製通道。下麵通過一個功能簡單,通道較少的小型電腦燈的DMX通道表,看一下DMx5l2的控製過程與原理。  該電腦燈有八個DMX控製通道,一個顏色輪,兩個圖案輪,具有調光、頻閃、搖頭及變換光線顏色、圖案等功能,其DMX通道序號、通道編碼和對應功能如表2所示。

表2 電腦燈DMX通道表

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表2中的DMX數值用十進製數表示,0 7對應8位控製數據的二進製組合為00000~0 000001 1 1.

232~255對應的二進製組合為11101000~11111111,其他以此類推。將DMX協議中某一指令幀的部分或全部8位二進製組合形成電腦燈某~功能轉換或狀態變化的這一過程即解碼與控製。

從DMX通道表中可以清楚地看出電腦燈功能、通道數及其對應關係,是計算一個DMX接口所帶單元負載數目及設置起始地址編碼的重要依據。比如,像這種隻有8個通道的電腦燈,一個DMX接口可以控製的數量為64台(512/8=64)。如果另一電腦燈的DMX通道數為20,那麽一個DMX接口可以控製的數量則為25台(512/20=25.6,舍去餘數)。

1.DMX5 12控製協議的若幹應用問題

應用DMX512協議控製數字燈光設備時,還需要對DMX接口的應用特點、起始地址碼、單元負載及信號終端器等問題有所了解。

3.1 DMX接口的應用特點

DMX512標準規定DMX接口用5芯卡依口,其中1芯接地,2,3和4,5芯傳輸控製信號(2,4為反相端,3,5為同相端),4,5芯原打算傳輸燈光設備的狀態及錯誤檢測等信息,後來閑置不用。之所以要求用5芯卡依口而不是更為常見的3芯卡依口,是為了防止不小心和專業音響上常用的3芯卡依口產生誤連接,因為音響設備上連接電容話筒的3芯卡依口可對外提供48 v的幻像電壓,這種錯誤連接,極易燒壞內部電路。盡管如此,很多電腦燈還是采用了3芯卡依口,如出現兩種卡儂口並存的情況,要用轉接器予以正確轉接。

所有數字化燈光設備均有一個DMX輸入接口和一個DMX輸出接口,DMX512控製協議允許各種燈光設備混合連接,在使用中可直接將上一台設備的DMX輸出接口和下一台設備的輸入接口連接起來。不過需要清楚的是,這種看似串聯的鏈路架構,對DMX控製信號而言其實是並聯的。因為DMX控製信號進入燈光設備後“兵分兩路”(見圖2),一路經運放電路進行電壓比較並放大、整形後,對指令脈衝解碼,然後經驅動電路控製步進電機完成各種控製動作;另一路則經過緩衝、隔離後,直接輸送到下一台燈光設備。另外,從圖2中運放所具有的電壓比較作用不難得出這樣一個結論:利用運放電路很高的共模抑製能力,可以極大地提高DMX控製信號的抗幹擾能力,這就是為什麽DMX512控製信號采用平衡傳輸的原因。

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​圖2 燈光設備DMX接口簡化電路

3.2 起始地址碼

基於DMX512控製協議的每台燈光設備都需要被賦予一個數字啟動地址編號,這個地址編號即該燈光設備的地址碼。地址碼用於DMX512控製信號的尋址,以保證設備隻對屬於“自己的”控製信號產生反應。

地址碼其實是燈光設備控製通道的起始序號。

當DMX512信息包的通道號(幀序號)與某燈光設備的地址碼即所賦予的通道起始序號相同時,設備就開始對DMX512控製信號進行解碼並產生控製動作。與此同時,其他處於同一條鏈路上的燈光設備對DM~ 12控製信號沒有反應。直到DMX512信息包的控製通道號過渡到與下一台燈光設備所賦予的通道起始序號相同時,該設備停止受控,同時下一台燈光設備的地址碼發揮作用,處於受控狀態。

以電腦燈為例,假設某DMX控製端口驅動若幹台電腦燈,則第一台電腦燈的起始地址碼是001,第二台電腦燈的起始地址碼是001加第一台燈的DMX通道數,以此類推。比如,第一、第二台電腦燈的通道數分別為l6和20,則第一台電腦燈的起始地址碼是001,第二台電腦燈的起始地址碼是017,第三台電腦燈的起始地址碼是037。最後一台電腦燈的起始地址碼與其通道數相加不能超過512,如還有剩餘的電腦燈,則應啟用控製台的下一個DMX控製接口。

數字燈光設備起始地址碼的設置方式有數字式和撥碼式兩種,總體上設置方法比較簡單。  3.3 電腦燈的單元負載(Units of Load)

根據DMX512協議標準,每個DMX接口在所控製燈具的總通道數不超過512個的前提下,最多隻能控製32個單元負載。當電腦燈、矽箱、換色器或其他支持DMX512控製協議的燈光設備多於32個,但控製通道總數遠未達到512個時,可采用DMX分配器,將一路DMX信號分成多個DMX支路,一方麵便於就近連接燈架上的各燈光設備,另一方麵每個支路均可驅動32個單元負載。不過屬於同一DMX鏈路上的各DMX支路所控製的通道總數仍不能超過512個。

3.4 DMX終端器fDMX Terminator)

DMX終端器是一個接在每一DMX支路最後一台燈光設備DMX輸出接口上的卡儂口連接器,連接器要連接一隻阻值120 Q、功率1 W 左右的電阻器,使每一DMX支路的末端處於閉合狀態。由於DMX控製脈衝頻率較高,當傳輸線路不通時具有原路返回的天性,這樣,原路返回的信號會和後來的信號相疊加,極易造成DMX控製指令產生誤碼,使電腦燈不能正常解碼,出現動作錯誤或控製失靈的現象。

因此,在最後一台電腦燈的DMX輸出接口上接入一個終端器,有利於保證電腦燈的穩定工作。

4.和傳統的模擬調光係統相比,基於DMXS12控製協議的數字燈光係統,以其強大的控製功能給大、中型影視演播室和綜藝舞台的燈光效果帶來了翻天覆地的變化。但是DMX512燈光控製標準也有一些不足,比如速度還不夠快,傳輸距離還不夠遠,布線與初始設置隨係統規模的變大而變得過於繁瑣等,另外控製數據隻能由控製端向受控單元單向傳輸,不能檢測燈具的工作情況和在線狀態,容易出現傳輸錯誤。後來經過修訂完善的DMX512一A標準支持雙向傳輸,可以回傳燈具的錯誤診斷報告等信息,並兼容所有符合DMX512標準的燈光設備。另外,有些燈光設備的解碼電路支持12位及12位數據擴展模式,可以獲得更為精確的控製。

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