Введение

Стандарт цифровой сети связи для управления освещением и спецэффектами

DMX512 – это стандарт для цифровых сетей связи, широко используемых для управления освещением и спецэффектами. Изначально он был разработан как единый стандартизированный метод управления диммерами сценического освещения, которые до появления DMX512 использовали различные несовместимые проприетарные протоколы. Вскоре DMX512 стал основным способом подключения контроллеров (например, осветительных консолей) к диммерам и устройствам спецэффектов, таким как генераторы тумана и интеллектуальные светильники. Область применения DMX512 расширилась и охватила нетеатральное внутреннее и архитектурное освещение, от гирлянд до электронных билбордов и масштабных концертов на стадионах и в аренах. Сегодня его можно использовать для управления практически любым оборудованием, что отражает его популярность в самых разных заведениях. DMX512 использует однонаправленную дифференциальную сигнализацию EIA 485 (RS 485) на физическом уровне в сочетании с протоколом пакетной передачи данных переменного размера. DMX512 не предусматривает автоматическую проверку и коррекцию ошибок, поэтому не подходит для использования в опасных приложениях, таких как пиротехника или управление театральным такелажем. Тем не менее, он все еще применяется в этих областях. Ложные срабатывания могут быть вызваны электромагнитными помехами, разрядами статического электричества, неправильным обжатием кабеля, чрезмерной длиной кабеля или использованием кабелей низкого качества. Стандарт DMX опубликован Ассоциацией индустрии развлечений и технологий (ESTA) и доступен для скачивания на ее веб-сайте.

История

Разработанный Инженерной комиссией Института театральной технологии США (USITT), стандарт DMX512 (для цифрового мультиплексирования с 512 элементами данных) был создан в 1986 году, с последующими редакциями в 1990 году, результатом которых стал USITT DMX512/1990. Каждый выходной разъем (OUT) контроллера DMX512 может управлять одной вселенной. Вселенная DMX512 состоит из 512 каналов, каждый из которых содержит значение в диапазоне от 0 до 255. Каждое ведомое устройство в цепочке может "отслеживать" определенный набор каналов для управления со стороны главного контроллера. Небольшие контроллеры могут иметь один выходной разъем (OUT), позволяющий управлять только одной вселенной, в то время как большие консоли управления могут поддерживать управление несколькими вселенными, с выходным разъемом (OUT) для каждой из них. Многие современные консоли управления вместо нескольких выходных разъемов используют кабель витой пары без экранирования (например, CAT5, CAT5e или CAT6). Такие кабели и системы позволяют управлять до 32768 вселенными DMX512 с использованием протокола Art-Net или 65536 вселенными с использованием протокола sACN, используя существующую Ethernet-инфраструктуру зданий.

Электрические

Данные DMX512 передаются по дифференциальной паре с использованием уровней напряжения EIA 485. Электрические спецификации DMX512 идентичны спецификациям стандарта EIA 485 A, за исключением случаев, прямо указанных в E1.11. DMX512 – это шинная сеть длиной не более, с количеством подключенных устройств (unit loads) не более 32 на одной шине. Если необходимо подключить более 32 устройств, сеть может быть расширена с помощью параллельных шин и DMX-сплиттеров. Сетевая проводка состоит из экранированной витой пары с характеристическим импедансом 120 Ом, с оконечным резистором на конце кабеля, наиболее удаленном от контроллера, для поглощения отражений сигнала. DMX512 имеет два канала передачи данных в виде витых пар, однако спецификация в настоящее время определяет использование только одной из них. Вторая пара не определена, но требуется в соответствии с электрическими спецификациями. Электрическая спецификация E1.11 (DMX512 2004) определяет подключение общего провода сигнала DMX512 к земле. В частности, стандарт рекомендует, чтобы порты передатчиков (выходной порт OUT контроллера DMX512) имели низкоимпедансное соединение между общим проводом сигнала и землей; такие порты называются заземленными. Также рекомендуется, чтобы приемники имели высокоимпедансное соединение между общим проводом сигнала и землей; такие порты называются изолированными. Стандарт также допускает использование изолированных портов передатчиков и неизолированных приемников. Кроме того, рекомендуется заземлять общий провод сигнала только в одной точке системы, чтобы избежать образования контуров заземления. Заземленные приемники с жестким соединением между общим проводом сигнала и землей допускаются, но их использование настоятельно не рекомендуется. Некоторые распространенные конфигурации заземления, используемые с EIA485, специально запрещены спецификацией E1.11.

Коннекторы

В оригинальном стандарте DMX512 1990 года было указано, что при использовании разъемов для передачи данных необходимо использовать пятиконтактные электрические разъемы XLR (XLR-5), при этом женские разъемы должны применяться на передающих (OUT) портах, а мужские – на приемных. Использование любых других разъемов типа XLR запрещено. Трехконтактный разъем XLR часто используется для DMX512 на осветительном и сопутствующем управляющем оборудовании, особенно в бюджетном сегменте и для DJ-оборудования. Однако использование трехконтактных XLR-разъемов для DMX512 конкретно запрещено пунктом 7.1.2 стандарта DMX512. Использование трехконтактного XLR в данном контексте, во-первых, создает риск повреждения осветительного оборудования при случайном подключении аудиокабеля, передающего 48-вольтное фантомное питание, а во-вторых, стимулирует использование кабелей, соответствующих спецификациям аналогового аудио для DMX, что может привести к ухудшению сигнала и нестабильной работе сети DMX. DMX512 A (ANSI E1.11 2008) определил использование восьмиконтактных модульных разъемов (8P8C или "RJ 45") для стационарных установок, где не требуется частое подключение и отключение оборудования. Примечание: До включения этого требования в стандарт некоторые производители использовали другие распиновки для разъемов RJ 45. Другие типы разъемов допускаются на оборудовании, где XLR и RJ 45 не подходят или считаются нецелесообразными, например, на оборудовании, предназначенном для постоянной установки. Из раздела 7 стандарта ANSI E1.11 2008:

Общие не соответствующие требованиям разъемы

В первые дни цифрового управления освещением несколько производителей оборудования использовали различные разъемы и распиновки для своих проприетарных цифровых сигналов управления. Наиболее распространенным из них был трехконтактный разъем XLR (в некоторых странах также называемый "пушечным разъемом"). После ратификации DMX512 многие из этих производителей выпустили обновления прошивки, чтобы обеспечить поддержку управления DMX512 на существующем оборудовании с помощью простого адаптера к стандартному 5-контактному разъему XLR. Поскольку электрическая спецификация в настоящее время определяет назначение только для одной пары проводов, некоторые производители оборудования продолжают использовать трехконтактный разъем. Такое оборудование не соответствует стандарту DMX, но может быть достаточно совместимым для работы с использованием простых адаптеров. Внимание: существует риск повреждения оборудования при подключении 3-контактных XLR разъемов, используемых для аудио- и DMX-сигналов, друг к другу.

Проводка

Стандартные кабели, используемые в сетях DMX512, оснащены разъемами XLR5, с вилковым разъемом на одном конце и розеткой на другом. Вилковый разъем кабеля подключается к передающей розетке (OUT), а его розетка – к принимающему вилковому разъему (IN). Спецификации кабелей для DMX512 были исключены из стандарта ANSI E1.11, и в 2003 году был начат отдельный проект по разработке стандартов для кабелей. Было разработано два стандарта: один для портативных кабелей DMX512 (ANSI E1.27 1 – 2006) и один для стационарных установок (проект стандарта BSR E1.27 2). Это позволило решить проблемы, связанные с различными требованиями к кабелям, используемым в гастрольных мероприятиях, и кабелям, используемым для стационарной инфраструктуры.

Адресация и кодирование данных

Большинство данных передаются с кодом запуска по умолчанию 00h. Привожу цитату из стандарта:

Диммерные блоки или стойки используют группу слотов для определения уровней яркости диммеров. Как правило, у диммера есть начальный адрес, который соответствует номеру самого нижнего диммера в этом блоке, и нумерация адресов увеличивается от него до самого высокого диммера. Например, для двух блоков по шесть диммеров в каждом, первый блок начинается с адреса 1, а второй – с адреса 7. Каждый слот в пакете DMX512 соответствует одному диммеру.

8-битный против 16-битного

DMX не предписывает метод 16-битного кодирования для пакетов с нулевым стартовым кодом; однако многие параметры движущихся голов используют кодирование чисел, превышающих 8 бит. Для более точного управления этими параметрами некоторые приборы используют два канала для параметров, требующих повышенной точности. Первый из двух каналов управляет грубой настройкой (256 шагов для всего диапазона движения), а второй – тонкой (256 шагов для каждого шага грубой настройки), что обеспечивает 16-битный диапазон значений в 65536 шагов, позволяя достичь гораздо большей точности для любого параметра, управляемого 16 битами, например, Pan или Tilt.

DMX на практике

Популярность DMX512 частично обусловлена его надежностью. Кабель может выдерживать небрежное обращение, не теряя функциональности, в то время как Ethernet или другие высокоскоростные кабели передачи данных в таких условиях выйдут из строя, хотя повреждения кабеля иногда могут приводить к периодическим проблемам, таким как случайные срабатывания. Непредсказуемое поведение приборов вызывается ошибками адресации, неисправностями кабеля, некорректными данными от контроллера или одновременным подключением нескольких источников DMX к одной цепочке приборов.

Вторичная связь данных

В стандартах 1986 и 1990 годов использование второй пары данных определено лишь как "необязательная вторая линия связи". Предусматривалось как однонаправленное, так и двунаправленное использование. Для этих контактов были реализованы и другие нестандартные применения. Схемы, использующие напряжение за пределами диапазона, допустимого стандартом EIA485, запрещены. Рекомендации по допустимому использованию приведены в Приложении B к E1.11. В настоящее время общепринятой практикой является неиспользование контактов вторичной линии связи данных.

Коннекторы

DMX512 A определяет, что разъем должен быть пятиконтактным XLR. DMX512 A использует одну пару проводников, поэтому его можно подключать с помощью более дешевых трехконтактных XLR-коннекторов. Некоторые производители выпускали устройства с трехконтактными XLR-коннекторами из-за их меньшей стоимости. Однако, поскольку трехконтактные XLR обычно используются для подключения микрофонов и звукосмесительных пультов, существует риск ошибочного подключения оборудования DMX512 к микрофонам и другому звуковому оборудованию. Фантомное питание +48 вольт, выдаваемое микшерскими пультами, может повредить оборудование DMX512 при подключении к нему. Сигналы DMX512, исходящие от осветительных консолей, могут повредить микрофоны и другое звуковое оборудование при подключении к ним. Поэтому лучшей практикой является использование исключительно пятиконтактных XLR для сигналов DMX512, чтобы избежать путаницы с разъемами, используемыми для звуковых сигналов.

Прекращение

Для сигнальных линий DMX512 необходимо установить один оконечный резистор номиналом 120 Ом на дальнем конце сигнального кабеля. Наиболее распространенные признаки неправильного согласования – мерцание, неконтролируемая или некорректная работа освещения, а также другие нежелательные случайные эффекты. Некоторые устройства имеют автоматическое согласование, другие – физический переключатель, а остальные требуют установки физического терминатора пользователем (например, штекер XLR 5-pin с резистором). Важно, чтобы пользователи проверяли, поддерживают ли их устройства автоматическое или переключаемое согласование, иначе DMX-линия может быть согласована несколько раз или вовсе не согласована, даже если пользователь считает, что все сделано правильно. Кроме того, согласование DMX-линии часто выявляет физические неисправности кабеля – например, если поврежден провод "Data −", несогласованная DMX-линия может работать частично, в то время как установка терминатора сразу же обнаружит проблему.

Беспроводная работа

В последнее время беспроводные адаптеры DMX512 стали популярными, особенно в архитектурных осветительных установках, где длина кабелей может быть недопустимо большой. В таких сетях обычно используется беспроводной передатчик на контроллере, с стратегически расположенными приемниками рядом со светильниками для преобразования беспроводного сигнала обратно в стандартные проводные сигналы сети DMX512 или беспроводные приемники, встроенные непосредственно в светильники. Хотя беспроводные сети DMX512 могут функционировать на расстояниях, превышающих 3000 футов (914 м) в идеальных условиях, большинство беспроводных каналов DMX512 ограничены максимальным расстоянием до 1000 м для обеспечения надежной работы. Первая коммерчески доступная беспроводная система DMX512 была основана на технологии частотного скачка с расширенным спектром (FHSS) с использованием коммерческих беспроводных модемов. Другие системы более поздних поколений также использовали технологию FHSS, но с большей пропускной способностью. Системы FHSS склонны создавать помехи для других типов беспроводных систем связи, таких как WiFi/WLAN. Эта проблема была решена в новых беспроводных системах DMX путем использования адаптивного частотного скачка – технологии обнаружения и избежания окружающих беспроводных систем, чтобы не передавать данные на занятых частотах. В настоящее время существует несколько несовместимых беспроводных протоколов. Хотя протоколы DMX через Ethernet, такие как E1.31 Streaming ACN, могут использоваться для передачи данных DMX через WiFi, это обычно не рекомендуется из-за высокой и переменной задержки WiFi.

Разработка

Было предложено множество альтернатив DMX512 для устранения таких ограничений, как максимальное количество каналов в 512 на вселенную, однонаправленность сигнала и отсутствие встроенной системы обнаружения ошибок. В 2004 году в стандарт DMX512 A была добавлена информационная система (SIP). Этот пакет может чередоваться с пакетами Null. Одной из особенностей SIP является возможность передачи контрольных сумм для данных DMX Null. Однако SIP редко внедрялись на практике. E1.11 2004, являясь пересмотром DMX512 A, также заложил основу для протокола удаленного управления устройствами (RDM) посредством определения расширенной функциональности. RDM позволяет получать диагностическую информацию от приборов к контроллеру, расширяя стандарт DMX512 для обеспечения двунаправленной связи между контроллером освещения и осветительными приборами. RDM был утвержден ANSI в 2006 году как ANSI E1.20 и привлекает все больше внимания. Протокол на основе Ethernet позволяет передавать несколько вселенных DMX по одному кабелю от места управления к разветвительным коробкам, расположенным ближе к приборам. Эти коробки затем выдают стандартный сигнал DMX512. ANSI E1.31—2009 Entertainment Technology—Легкий протокол потоковой передачи для транспортировки DMX512 с использованием ACN, опубликованный 4 мая 2009 года, и Art-Net – два свободно используемых протокола, применяемых для решения этой задачи.