DMX512數(shù)字燈光系統(tǒng)協(xié)議介紹

引言

基于DMX512控制協(xié)議進(jìn)行調(diào)光控制的燈光系統(tǒng)叫做數(shù)字燈光系統(tǒng)。目前，包括電腦燈在內(nèi)的各種舞臺(tái)效果燈、調(diào)光控制器、控制臺(tái)、換色器、電動(dòng)吊桿等各種舞臺(tái)燈光設(shè)備，以其對(duì)DMX512協(xié)議的全面支持，已全面實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制的數(shù)字化，并在此基礎(chǔ)上，逐漸趨于電腦化、網(wǎng)絡(luò)化。因此，對(duì)于影視燈光設(shè)計(jì)與操作人員，理解DMX512控制協(xié)議的程序結(jié)構(gòu)、控制原理及其應(yīng)用要點(diǎn)是十分必要的。

1 DMX512燈光控制協(xié)議

DMX是Digital MultipleX的縮寫，意為多路數(shù)字傳輸。DMX512控制協(xié)議是美國(guó)舞臺(tái)燈光協(xié)會(huì)(usITT)于1990年發(fā)布的燈光控制器與燈具設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全稱是USITT DMX512(1990)，包括電氣特性、數(shù)據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等方面的內(nèi)容。

每一個(gè)DMX控制字節(jié)叫做一個(gè)指令幀，稱作一個(gè)控制通道，可以控制燈光設(shè)備的一個(gè)或幾個(gè)功能。一個(gè)DMX指令幀由1個(gè)開始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和2個(gè)結(jié)束位共ll位構(gòu)成，采用單向異步串行傳輸，如圖1所示。

圖1 DMX512定時(shí)程序的幀結(jié)構(gòu)(上圖)和信息包結(jié)構(gòu)(下圖)

圖1中虛線內(nèi)控制指令中的S為開始位，寬度為一個(gè)比特，是受控?zé)艟邷?zhǔn)備接收并解碼控制數(shù)據(jù)的開始標(biāo)志;E為結(jié)束位，寬度為兩個(gè)比特，表示一個(gè)指令幀的結(jié)束;D0 D7為8位控制數(shù)據(jù)，其電平組合從0000~ 一l1111111共有256個(gè)狀態(tài)(對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)的0～255)，控制燈光的亮度時(shí)，可產(chǎn)生256個(gè)亮度等級(jí)，0000~ (0)對(duì)應(yīng)燈光最暗，l1111111(255)對(duì)應(yīng)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(gè)完整的DMX512信息包(Packet)由一個(gè)MTBP位、一個(gè)Break位、一個(gè)MAB位、一個(gè)SC和512個(gè)數(shù)據(jù)幀構(gòu)成。MTBP(Mark Time Between Packets)標(biāo)志著一個(gè)完整的信息包發(fā)送完畢，是下一個(gè)信息包即將開始的“空閑位”，高電平有效。Break為中斷位，對(duì)應(yīng)一個(gè)信息包結(jié)束后的程序復(fù)位階段，寬度不少于兩個(gè)幀(22比特)。程序復(fù)位結(jié)束后應(yīng)發(fā)送控制數(shù)據(jù)，但由于每一個(gè)數(shù)據(jù)幀的第一位(即開始位)為低電平，所以必須用一個(gè)高電平脈沖間隔前后兩個(gè)低電平脈沖，這個(gè)起間隔、分離作用的高電平脈沖即MAB(Mark After Break)，此脈沖一到，意味著“新一輪”的控制又開始了。SC(STart Code)意為開始代碼幀(圖1中的第0幀)，和此后到來的數(shù)據(jù)幀一樣，也是由11位構(gòu)成，除兩個(gè)高電平的結(jié)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(gè)不存在的通道(NON一~istent Channe1)。

表1 DMX512信息包定時(shí)表

表1是DMX512信息包的定時(shí)表，表中NS意為Nm Spec~ed，寬度沒有嚴(yán)格限制，由程序設(shè)計(jì)者自行決定，比如MTBP的寬度可以介于0～1秒之間。

調(diào)光控制臺(tái)每發(fā)送一個(gè)信息包，可以對(duì)全部512個(gè)受控通道形成一次全面的控制。發(fā)送一個(gè)信息包的時(shí)間大約是23Ⅱls，每秒鐘將對(duì)所有512個(gè)受控通道完成44次控制，即受控光路的刷新頻率44 Hz，如果實(shí)際受控通道少于512個(gè)，那么刷新頻率將相應(yīng)提高。

2 DMX512協(xié)議的基本作用機(jī)理

一個(gè)DMX接口最多可以控制5l2個(gè)通道，因?yàn)殡娔X燈一般都有幾個(gè)到幾十個(gè)功能，所以。一臺(tái)電腦燈需占用少則幾個(gè)、多則幾十個(gè)控制通道。下面通過一個(gè)功能簡(jiǎn)單，通道較少的小型電腦燈的DMX通道表，看一下DMx5l2的控制過程與原理。

該電腦燈有八個(gè)DMX控制通道，一個(gè)顏色輪，兩個(gè)圖案輪，具有調(diào)光、頻閃、搖頭及變換光線顏色、圖案等功能，其DMX通道序號(hào)、通道編碼和對(duì)應(yīng)功能如表2所示。

表2 電腦燈DMX通道表

表2中的DMX數(shù)值用十進(jìn)制數(shù)表示，0 7對(duì)應(yīng)8位控制數(shù)據(jù)的二進(jìn)制組合為00000~0 000001 1 1.

232～255對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制組合為11101000～11111111，其他以此類推。將DMX協(xié)議中某一指令幀的部分或全部8位二進(jìn)制組合形成電腦燈某～功能轉(zhuǎn)換或狀態(tài)變化的這一過程即解碼與控制。

從DMX通道表中可以清楚地看出電腦燈功能、通道數(shù)及其對(duì)應(yīng)關(guān)系，是計(jì)算一個(gè)DMX接口所帶單元負(fù)載數(shù)目及設(shè)置起始地址編碼的重要依據(jù)。比如，像這種只有8個(gè)通道的電腦燈，一個(gè)DMX接口可以控制的數(shù)量為64臺(tái)(512/8=64)。如果另一電腦燈的DMX通道數(shù)為20，那么一個(gè)DMX接口可以控制的數(shù)量則為25臺(tái)(512/20=25.6，舍去余數(shù))。

3 DMX5 12控制協(xié)議的若干應(yīng)用問題

應(yīng)用DMX512協(xié)議控制數(shù)字燈光設(shè)備時(shí)，還需要對(duì)DMX接口的應(yīng)用特點(diǎn)、起始地址碼、單元負(fù)載及信號(hào)終端器等問題有所了解。

3.1 DMX接口的應(yīng)用特點(diǎn)

DMX512標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定DMX接口用5芯卡依口，其中1芯接地，2，3和4，5芯傳輸控制信號(hào)(2，4為反相端，3，5為同相端)，4，5芯原打算傳輸燈光設(shè)備的狀態(tài)及錯(cuò)誤檢測(cè)等信息，后來閑置不用。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(yè)音響上常用的3芯卡依口產(chǎn)生誤連接，因?yàn)橐繇懺O(shè)備上連接電容話筒的3芯卡依口可對(duì)外提供48 v的幻像電壓，這種錯(cuò)誤連接，極易燒壞內(nèi)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(xiàn)兩種卡儂口并存的情況，要用轉(zhuǎn)接器予以正確轉(zhuǎn)接。

所有數(shù)字化燈光設(shè)備均有一個(gè)DMX輸入接口和一個(gè)DMX輸出接口，DMX512控制協(xié)議允許各種燈光設(shè)備混合連接，在使用中可直接將上一臺(tái)設(shè)備的DMX輸出接口和下一臺(tái)設(shè)備的輸入接口連接起來。不過需要清楚的是，這種看似串聯(lián)的鏈路架構(gòu)，對(duì)DMX控制信號(hào)而言其實(shí)是并聯(lián)的。因?yàn)镈MX控制信號(hào)進(jìn)入燈光設(shè)備后“兵分兩路”(見圖2)，一路經(jīng)運(yùn)放電路進(jìn)行電壓比較并放大、整形后，對(duì)指令脈沖解碼，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)完成各種控制動(dòng)作;另一路則經(jīng)過緩沖、隔離后，直接輸送到下一臺(tái)燈光設(shè)備。另外，從圖2中運(yùn)放所具有的電壓比較作用不難得出這樣一個(gè)結(jié)論：利用運(yùn)放電路很高的共模抑制能力，可以極大地提高DMX控制信號(hào)的抗干擾能力，這就是為什么DMX512控制信號(hào)采用平衡傳輸?shù)脑颉?/p>

圖2 燈光設(shè)備DMX接口簡(jiǎn)化電路

3.2 起始地址碼

基于DMX512控制協(xié)議的每臺(tái)燈光設(shè)備都需要被賦予一個(gè)數(shù)字啟動(dòng)地址編號(hào)，這個(gè)地址編號(hào)即該燈光設(shè)備的地址碼。地址碼用于DMX512控制信號(hào)的尋址，以保證設(shè)備只對(duì)屬于“自己的”控制信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)。

地址碼其實(shí)是燈光設(shè)備控制通道的起始序號(hào)。

當(dāng)DMX512信息包的通道號(hào)(幀序號(hào))與某燈光設(shè)備的地址碼即所賦予的通道起始序號(hào)相同時(shí)，設(shè)備就開始對(duì)DMX512控制信號(hào)進(jìn)行解碼并產(chǎn)生控制動(dòng)作。與此同時(shí)，其他處于同一條鏈路上的燈光設(shè)備對(duì)DM~ 12控制信號(hào)沒有反應(yīng)。直到DMX512信息包的控制通道號(hào)過渡到與下一臺(tái)燈光設(shè)備所賦予的通道起始序號(hào)相同時(shí)，該設(shè)備停止受控，同時(shí)下一臺(tái)燈光設(shè)備的地址碼發(fā)揮作用，處于受控狀態(tài)。

以電腦燈為例，假設(shè)某DMX控制端口驅(qū)動(dòng)若干臺(tái)電腦燈，則第一臺(tái)電腦燈的起始地址碼是001，第二臺(tái)電腦燈的起始地址碼是001加第一臺(tái)燈的DMX通道數(shù)，以此類推。比如，第一、第二臺(tái)電腦燈的通道數(shù)分別為l6和20，則第一臺(tái)電腦燈的起始地址碼是001，第二臺(tái)電腦燈的起始地址碼是017，第三臺(tái)電腦燈的起始地址碼是037。最后一臺(tái)電腦燈的起始地址碼與其通道數(shù)相加不能超過512，如還有剩余的電腦燈，則應(yīng)啟用控制臺(tái)的下一個(gè)DMX控制接口。

數(shù)字燈光設(shè)備起始地址碼的設(shè)置方式有數(shù)字式和撥碼式兩種，總體上設(shè)置方法比較簡(jiǎn)單。

3.3 電腦燈的單元負(fù)載(Units of Load)

根據(jù)DMX512協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)DMX接口在所控制燈具的總通道數(shù)不超過512個(gè)的前提下，最多只能控制32個(gè)單元負(fù)載。當(dāng)電腦燈、硅箱、換色器或其他支持DMX512控制協(xié)議的燈光設(shè)備多于32個(gè)，但控制通道總數(shù)遠(yuǎn)未達(dá)到512個(gè)時(shí)，可采用DMX分配器，將一路DMX信號(hào)分成多個(gè)DMX支路，一方面便于就近連接燈架上的各燈光設(shè)備，另一方面每個(gè)支路均可驅(qū)動(dòng)32個(gè)單元負(fù)載。不過屬于同一DMX鏈路上的各DMX支路所控制的通道總數(shù)仍不能超過512個(gè)。

3.4 DMX終端器fDMX Terminator)

DMX終端器是一個(gè)接在每一DMX支路最后一臺(tái)燈光設(shè)備DMX輸出接口上的卡儂口連接器，連接器要連接一只阻值120 Q、功率1 W 左右的電阻器，使每一DMX支路的末端處于閉合狀態(tài)。由于DMX控制脈沖頻率較高，當(dāng)傳輸線路不通時(shí)具有原路返回的天性，這樣，原路返回的信號(hào)會(huì)和后來的信號(hào)相疊加，極易造成DMX控制指令產(chǎn)生誤碼，使電腦燈不能正常解碼，出現(xiàn)動(dòng)作錯(cuò)誤或控制失靈的現(xiàn)象。

因此，在最后一臺(tái)電腦燈的DMX輸出接口上接入一個(gè)終端器，有利于保證電腦燈的穩(wěn)定工作。

4 小結(jié)

和傳統(tǒng)的模擬調(diào)光系統(tǒng)相比，基于DMXS12控制協(xié)議的數(shù)字燈光系統(tǒng)，以其強(qiáng)大的控制功能給大、中型影視演播室和綜藝舞臺(tái)的燈光效果帶來了翻天覆地的變化。但是DMX512燈光控制標(biāo)準(zhǔn)也有一些不足，比如速度還不夠快，傳輸距離還不夠遠(yuǎn)，布線與初始設(shè)置隨系統(tǒng)規(guī)模的變大而變得過于繁瑣等，另外控制數(shù)據(jù)只能由控制端向受控單元單向傳輸，不能檢測(cè)燈具的工作情況和在線狀態(tài)，容易出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤。后來經(jīng)過修訂完善的DMX512一A標(biāo)準(zhǔn)支持雙向傳輸，可以回傳燈具的錯(cuò)誤診斷報(bào)告等信息，并兼容所有符合DMX512標(biāo)準(zhǔn)的燈光設(shè)備。另外，有些燈光設(shè)備的解碼電路支持12位及12位數(shù)據(jù)擴(kuò)展模式，可以獲得更為精確的控制。