Что такое DMX512

Шоу технологии - Шоу-техника

Введение

В старые добрые времена в сценическом освещении использовалось большое количество ручных потенциометров, которыми управлялись фонари во время представления. Они располагались рядом со сценой, и электричество подавалось от них к фонарям по длинным силовым кабелям, опутывавшим всю сцену. Не то чтобы этих кабелей было слишком много, просто вся система получалась громоздкой и нескладной. Вы были похожи на осьминога, когда управляли этой громадиной и выстраивали световые сцены.

Все это продолжалось до тех пор, пока какие-то умельцы ни догадались снабдить потенциометры двигателями… и оп! За сценой появилась небольшая изящная панель, потенциометры и двигатели были убраны в основание сцены и все! Только небольшое количество тонких проводов соединяют теперь консоль с двигателями. Однако оставалась проблема - скорость, точнее ее отсутствие (как нам сейчас бы показалось). Двигатели имели ограниченную скорость, и это влияло на всю установку в целом.

В скором времени появились первые электронные диммеры и первые консоли. Необходимость - мать изобретений, и вскоре консоли стали приобретать более знакомый нам вид. Управление производилось с помощью низкого постоянного напряжения, в зависимости от которого изменялся световой поток лампы. Напряжение подавалось по отдельным проводам для каждого канала, и нужно сказать, что на таких системах иногда работают и сегодня.

Использовались разные напряжения и полярности, но система +10 В была наиболее популярна. Правда, она страдала от следующих недостатков:

o склонна к шуму и образованию земляных контуров, если скоммутированна неправильно.

o нелинейно работала с различными типами ламп.

Предлагались различные решения этих проблем, но все они оказались неудовлетворительными.

Затем появились первые компьютеризированные консоли с простейшими возможностями по сохранению сцен в памяти. Выходы все еще были аналоговые, и все усовершенствование касалось передачи разных сигналов по одному проводу.

Компьютеры открыли новое измерение для всей системы: фейдер не должен отвечать за конкретный диммер - он может быть назначен любому диммеру или группе диммеров. С фейдерами и кнопками на одном конце и диммерами на другом компьютер мог устанавливать любую связь между программой, действиями оператора и светом.

Различные производители вышли на рынок со всевозможными усовершенствованными пультами управления. Они быстро поняли, что цифровая система обмена данными между консолью и диммерами стала естественным дополнением системы передачи данных компьютера, так как и та и другая имели в качестве выходного сигнала цифру . Было разработано множество различных протоколов, и в результате исчезла взаимозаменяемость между приборами различных производителей, и весь комплект приходилось покупать у одного производителя. Больше всего страдал конечный потребитель, и создание единого стандартного интерфейса при сложившихся обстоятельствах стало просто необходимо.

Институт театральных технологий США (USITT) первым в 1986 году разработал протокол DMX512 в качестве стандартного интерфейса для обмена данными между диммерами и пультами.

Это была достаточно простая идея, которая могла быть легко применена и доработана тем, кто ею заинтересовался.

В 1990 году в первый стандарт были внесены небольшие поправки и исправлены ошибки, и теперь стандарт известен как USITT DMX512(1990). Все началось с протокола для управления диммерами, а закончилось тем, что с помощью этого протокола управляются цифровые световые приборы, колорченджеры, лиры, стробоскопы, дымовые машины, лазеры, фонтаны, сценическая машинерия и даже разбрасыватели конфетти.

Основные операции

Все основные детали USITT DMX512(1990) (в дальнейшем для краткости будем писать просто DMX, если не имеется ввиду другое) описаны в разделах Структура данных и Физические основы DMX512(1990) (о которых пойдет речь в следующей статье), так что здесь ограничимся небольшой преамбулой. DMX протокол состоит из потока данных, которые передаются по симметричной кабельной системе от передатчика (чаще всего это пульт или компьютер) к приемнику (может быть диммером или любым прибором, описанным в предыдущей главе). Одиночный DMX порт, передавая данные, способен пропустить через себя информацию только о 512 каналах максимум. Такой порт называется DMX областью (universe). Для пультов, использующих большее чем 512 количество каналов, необходимо наличие второй области (а значит, и второго порта). См. таблицу 1 соответствия областей и каналов.

Ограничения по количеству областей нет.

Пульт Avolites Diamond II, например, имеет шесть DMX512 областей и, соответственно, шесть DMX512 портов на задней панели. Он может управлять 512 x 6 = 3072 диммерами!

Единственным ограничивающим фактором, я считаю, здесь является быстродействие системы. В рамках этой статьи будем рассматривать работу только первой области. Основные операции для различных областей будут одинаковы, кроме физического значения номеров каналов. Необходимо помнить, что принимающие устройства физически могут распознавать номера каналов от 1 до 512. Таким образом, в системах с несколькими областями, и техникам, и художникам, и операторам необходимо сопоставлять комбинации область/канал при установке, подключении и программировании системы. Например, диммер, который необходимо подключить к выходному каналу 2331 пульта Avolites Diamond II, должен быть подключен к пятой области, и на нем должен быть выставлен адрес 283. Это потому, что выходной канал 2331 на самом деле это 283 канал в пятой области.

Поток данных передается в виде пакета, который постоянно повторяется. Он состоит из стартовых битов (которые информируют получателя, что пакет обновляется), за которыми идет поток последовательных кадров данных, содержащих значение каждого канала от 1 до 512 или меньше (в зависимости от дизайна и размеров пульта). Каждый кадр отделяется от другого определенной комбинацией стартовых и стоповых битов. Вся система работает, как городская почта. У каждого почтальона (области) есть 512 домов (каналов). Каждый дом (канал) имеет персональный адрес. Некоторые дома - это многоэтажки с большим количеством отдельных квартир (несколько каналов в одном приборе). Почтальон идет от дома к дому и доставляет письма (значения) в почтовые ящики. Каждый житель открывает только СВОЙ почтовый ящик и берет только СВОЮ почту. Подобным образом каждый приемник сигнала имеет свой определенный адрес и просто игнорирует все данные, которые не направлены по его адресу. В некоторых приборах данные принимаются для начального адреса и для нескольких адресов ПОСЛЕ него. Совсем как охранник у входа, который получает всю почту, а потом раздает ее жильцам.

Поток данных имеет специфическую структуру, которая описана в разделе Структура данных , и специфические особенности, которые описаны в разделе Физические основы DMX512(1990) .

Структура данных

ПАКЕТ ПРОТОКОЛА DMX512

Перед тем, как начать описывать структуры пакета DMX512, хочу оговориться, что я предполагаю наличие у читателей основных знаний о предоставлении данных в цифровой форме. Данные в DMX512 представляют собой набор высокого (HI) и низкого (LO) уровней сигнала, которые обозначают 1 и 0 соответственно.

Протокол DMX512 работает на частоте 250 кГц - это означает, что каждый бит имеет длительность 4 мкс.

Ожидание (Idle), или НЕТ DMX

При отсутствии правильного передаваемого DMX пакета на выходе DMX линии будет постоянный высокий уровень сигнала (HI, 1).

Сброс (Break)

Длительность не менее 88 мкс. Это означает, что передается 22 нулевых (LO) бита один за другим. Такая последовательность называется командой Сброса (Break). Ее продолжительность может быть и больше и достигать 1 с.

Практика показывает, что немного более длинные сигналы Сброса (чуть более 88 мкс) распознаются лучше, так как приборы программируют обычно по следующему алгоритму: Break= 88 мкс ИЛИ 22 импульса.

Я считаю, что оптимальной длительностью является 120 мкс.

Метка после Сброса (Mark After Break (MAB)

Метка после Сброса (МАВ) передается немедленно после Break и представляет собой высокий уровень сигнала (HI) в течение минимального периода 8 мкс, или 2 импульса. С этим сигналом возникают некоторые проблемы из-за разницы первоначального стандарта DMX512 и DMX512(1990), который используется в настоящее время. В оригинальном варианте длительность этого сигнала должна была равняться 1 импульсу, или 4 мкс. Это вызывало сбои в некоторых принимающих устройствах, так как такой сигнал был слишком короток для распознавания, и в 1990 году длительность МАВ увеличили до 8 мкс, или 2 импульсов. Это вызывает некоторые трудности при использовании старых пультов с новыми приборами и наоборот. Неправильное распознавание МАВ приводит к искажению интерпретации полученного пакета и попаданию не той информации в не тот канал. Эта ошибка будет распространяться вдоль линии, пока не приведет к полному беспорядку. Некоторые приборы имеют дип-переключатель, с помощью которого можно задавать временные параметры этих сигналов. Максимальной длиной сигнала МАВ может быть 1 с. От себя могу посоветовать вариант в 12 мкс в качестве идеального.

Стартовый Код (Start Code (SC)

Следующим по порядку идет сигнал SC. Проще всего запомнить, что Стартовый код (SC) - это начало текущего потока данных, в котором данные каждого отдельного канала имеют одинаковый формат. Break и MAB отличаются от остальных кадров, но Стартовый код (SC), предшествующий всем кадрам, должен иметь с ними одинаковую структуру и продолжительность в 11 импульсов, или 44 мкс. Самый первый кадр можно назвать данными для канала под номером 0, которого в принципе не существует, но представляет собой именно SC. Для начала рассмотрим структуру кадров данных. Первый из 11 импульсов всегда 0 (LO) и представляет собой Стартовый бит. После него идет сам байт данных из 8 бит (который может принимать значения от 0 до 255 (28-1). Кадр заканчивается двумя единичными (HI) битами, которые являются стоповыми и обозначают окончание данных для данного канала. Канал номер 0 - это SC, который в общем случае ВСЕГДА имеет нулевой байт данных, тем самым показывая, что идет передача данных для диммеров. Согласно текущему стандарту никакое другое значение не может быть использовано. Иногда, правда, SC используют для передачи приемнику информации о том, что следующий пакет предназначен конкретному типу приемников. Собственно, это одно из основных назначений SC - разделять пакеты данных в зависимости от приемника. Но на сегодняшний день по стандарту байт данных SC должен иметь значение 0, которое зарезервировано для диммеров. Необходимо помнить, что в это понятие здесь включены практически все приборы: диммеры, сканеры и проч.!

Метка Времени Между Кадрами (Mark Time Between Frames (MTBF)

Метка времени между кадрами может быть от 0 до 1 секунды, но чем меньше, тем лучше. В каждом кадре есть MTBF, которая предшествует стартовому биту и разделяет кадры один от другого. MTBF имеет значение 1 (HI).

Данные Канала (Channel Data (CD)

Кадры Данных Канала следуют за кадром SC по порядку от 1 до 512 (или менее) и имеют формат, описанный выше.

Метка Времени Между Пакетами (Mark Time Between Packets (MTBP)

После того, как отправлен последний стоповый бит из данных канала (CD), может начинаться передача нового пакета путем отправки заголовка Сброс + метка после сброса (Break + MAB). В этот момент, как правило, вставляют небольшой промежуток простоя (IDLE), который представляет собой высокий уровень сигнала и в данном случае называется MTBP. Этот сигнал может быть длинной от 0 до 1 секунды, и каждый разработчик сам выбирает этот параметр для обеспечения оптимальной работы.

ВАЖНО!

Самым замечательным в DMX512 является то, что нет НИКАКОЙ необходимости передавать НОМЕР КАНАЛА!!

Первый байт данных после Стартового кода ( который всегда 0) автоматически берется как данные для первого канала, следующий - для второго, следующий - для третьего и так далее до 512 ИЛИ меньше каналов. Вот каким образом приемник данных интерпретирует передаваемые сигналы, будь он сканером, вращающейся головой или диммером. В приемнике и установлен счетчик каналов, встроен в микропроцессор или выполнен в виде отдельного блока. Этот счетчик сбрасывается на 0, когда приемник получает комбинацию Сброс + Метка после Сброса (Break + MAB), а когда после этого получен последний из стоповых битов кадра, счетчик увеличивается на единицу. Таким образом, когда проходит кадр SC на выходе счетчика 0 в конце кадра SC (последний из стоповых битов кадра) счетчик увеличивается на единицу и показывает, что следующий байт данных будет принадлежать первому, каналу. В конце прохождения первого кадра (последний стоповый бит), счетчик увеличивается на единицу и так далее. Таким образом, приемник сигнала DMX знает , к какому каналу относятся текущие данные. Если вы устанавливаете для какого-нибудь прибора адрес, скажем, 50, и прибор имеет 6 каналов, то он просто считывает 6 кадров после того, как его внутренний счетчик каналов достигнет 50, и прекратит считывание, когда он будет равен 55. В тот момент когда посылается новый Сброс (Break) и МАВ (что соответствует началу нового пакета), счетчик сбрасывается на 0. Так что ничто не мешает пульту или программе генерировать всего 100 байт данных после SC для 100 каналов и после этого посылать Break. Нет необходимости генерировать все 512 кадров (см. диаграмму 1).

То, что вы видите на диаграммах, происходит так быстро, что скроллеры не меняют цвет. Приемники сохраняют последнее полученное значение и реагируют на смену значения сменой атрибута прибора.

Следующее выражение описывает длительность стандартного пакета DMX512(1990):

[(88)+(12)+(44)+(CHL)+(CHL*MTBF)+(MTBP)] мкс,

где CHL - используемое количество каналов,

Идеальная длительность (по моему мнению):

[(120)+(12)+(44)+(CHL)+(0)+(50)] мкс.

Для всех 512 каналов длительность моего пакета составит 22754 микросекунд.

Таким образом, частота регенерации = 1000000 / 22754 = 43,9 Гц.

Частота регенерации может также зависеть от производительности процессора, используемого алгоритма и архитектуры системы.