基于IP KVM和KVM延長技術(shù)的交互式音視頻集成方案

劉星程 李軍 張江 謝敬銳

摘要：目前多路音視頻集成技術(shù)主要有三大類別：一是基于傳統(tǒng)視頻集成的直連視頻矩陣方案;二是采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l編解碼方案;三是基于單向網(wǎng)絡(luò)控制的“顯控分離”方案。三種方案分別代表了不同的技術(shù)方向，然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，這三種方案在成本、易用性和安全性方面各有其局限性。針對(duì)不足，該文設(shè)計(jì)了一種基于IP KVM的交互式音視頻集成方案，該方案克服了以上三種方案的弊端，對(duì)系統(tǒng)的安全性、易用性和成本控制做出了合理的權(quán)衡。

關(guān)鍵詞：音視頻集成;視頻矩陣;IP KVM;單向網(wǎng)絡(luò)控制

中圖分類號(hào)：TP399? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）01-0111-02

1 研究背景

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字大屏在高校和企事業(yè)單位已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，數(shù)字大屏的輸入信號(hào)也不再是傳統(tǒng)的單路或是固定路數(shù)的信號(hào)源。當(dāng)今的數(shù)字大屏需要對(duì)多路、動(dòng)態(tài)的音視頻信號(hào)進(jìn)行采集、整合和集中輸出，展現(xiàn)豐富多彩的內(nèi)容，這就需要對(duì)音視頻進(jìn)行綜合集成和控制。目前大屏音視頻信號(hào)集成主要有三種實(shí)現(xiàn)方案：直連視頻矩陣方案，網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼方案和基于單向網(wǎng)絡(luò)控制的“顯控分離”方案。直連視頻矩陣和網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼方案的缺點(diǎn)，在于無法在集成信號(hào)的同時(shí)，對(duì)源終端進(jìn)行同步控制;基于單向網(wǎng)絡(luò)控制的“顯控分離”方案使用“單向控制”技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)源終端的同步控制，然而對(duì)有著多種網(wǎng)絡(luò)的企事業(yè)單位，“單向控制網(wǎng)絡(luò)”在物理上混聯(lián)了處于不同網(wǎng)絡(luò)的終端，這樣的方式是否違反保密規(guī)定尚無定論。針對(duì)上述三種方案的局限性，本文提出了一種兼顧安全性和易用性的音視頻集成方案，該方案采用IP KVM和KVM延長技術(shù)進(jìn)行音視頻集成和控制集成，在保證網(wǎng)絡(luò)不混聯(lián)的前提下實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)終端的同步控制。

2 目前常見的音視頻集成技術(shù)

2.1直連視頻矩陣方案

該方案將各路音視頻信號(hào)接入視頻矩陣，通過矩陣對(duì)信號(hào)進(jìn)行重新整合并輸出。該方案的優(yōu)勢在于部署簡單、性能穩(wěn)定;缺點(diǎn)在于僅能實(shí)現(xiàn)音視頻的匯聚和展示，不具備交互功能，在用戶對(duì)信號(hào)源終端有交互需求時(shí)，無法在大屏上直接操控，需由終端操作者對(duì)信號(hào)源進(jìn)行操控。

2.2網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼方案

該方案將各路音視頻信號(hào)經(jīng)過編碼后接入IP網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)解碼器恢復(fù)為音視頻信號(hào)，再接入視頻矩陣投放大屏。該方案同樣僅能實(shí)現(xiàn)視頻的匯聚，不具備交互功能。網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼方案的優(yōu)勢在于：對(duì)距離大屏較遠(yuǎn)的終端可以通過網(wǎng)線延伸音視頻信號(hào)的傳輸距離。需要指出的是，直連視頻矩陣方案和網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼方案在一般情況下都是混合使用，直連方案一般用于集成來自電腦終端的數(shù)字視頻信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)編解碼方案一般用于集成直接接入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

2.3基于單向網(wǎng)絡(luò)控制的“顯控分離”方案

該方案包含兩個(gè)技術(shù)層面：一個(gè)層面是采用傳統(tǒng)的方式，對(duì)終端的音視頻信號(hào)進(jìn)行匯聚和集成;另一個(gè)層面是采用單向控制設(shè)備和單向傳輸線路，對(duì)處于不同網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)終端進(jìn)行“安全”的操作控制，通過“一個(gè)平臺(tái)”（單向控制平臺(tái)）單向控制“多個(gè)網(wǎng)絡(luò)”。該方案的優(yōu)勢在于，不僅可以匯聚各終端的音視頻信號(hào)，還可以在指揮中心通過單向控制的方式，對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的終端進(jìn)行統(tǒng)一的實(shí)時(shí)交互。這樣的方式可以節(jié)省人力并提升用戶體驗(yàn)，因?yàn)閷?duì)于傳統(tǒng)的無交互功能的視頻集成方案，每個(gè)終端都需要配備一個(gè)操作員，對(duì)于未能部署在指揮大廳的終端，在大屏上演示是極其困難的。

和前面兩種傳統(tǒng)方案相比，“顯控分離”方案具有明顯的優(yōu)勢，然而對(duì)于具有多種不同密級(jí)網(wǎng)絡(luò)的企事業(yè)單位，使用“單向控制網(wǎng)絡(luò)”連接不同的網(wǎng)絡(luò)，是否符合安全保密要求目前還沒有定論。

3 基于IP KVM和KVM延長技術(shù)的交互式音視頻集成方案

本文為克服上述三種方案各自的弊端，提出“基于IP KVM和KVM延長技術(shù)的交互式音視頻集成方案”。

該方案的基本思想是：使用不具備信息傳輸可能性的KVM設(shè)備對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的終端進(jìn)行安全操控;使用IP KVM的遠(yuǎn)程操控技術(shù)實(shí)現(xiàn)在指揮中心對(duì)各終端的實(shí)時(shí)交互控制;使用KVM延長技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離終端的接入并保證不同密級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間的隔離。

3.1 KVM延長技術(shù)

KVM延長技術(shù)是指使用KVM發(fā)射端、接收端和6類網(wǎng)線延長終端到KVM連接距離的一種硬件解決方案，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用并擁有成熟的硬件。該技術(shù)可將分布于不同區(qū)域、不同網(wǎng)絡(luò)的終端音視頻信號(hào)及鍵鼠控制信號(hào)連接至遠(yuǎn)端的KVM矩陣，由于連接的只是音視頻信號(hào)及控制信號(hào)，且信號(hào)相互獨(dú)立，是完全符合相關(guān)保密規(guī)定的。

3.2 IP KVM技術(shù)

IP KVM技術(shù)是一種KVM遠(yuǎn)程控制技術(shù)，該技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)延長線或是KVM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)KVM矩陣的遠(yuǎn)程控制，使得管理者能在不接入終端所在網(wǎng)絡(luò)的情況下操控遠(yuǎn)端甚至異地的終端，從而實(shí)現(xiàn)了在不混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的前提下對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)程終端的實(shí)時(shí)控制。

3.3 綜合實(shí)現(xiàn)

方案的最終實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖3所示：通過KVM延長技術(shù)將處于不同區(qū)域、不同網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)終端的音視頻信號(hào)和控制信號(hào)連接至KVM矩陣，放置于指揮大廳的遠(yuǎn)程控制終端通過IP KVM技術(shù)對(duì)連接該矩陣的各終端進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字大屏的“實(shí)時(shí)交互和控制”。嚴(yán)格來講，控制端的操作對(duì)象是各個(gè)遠(yuǎn)程終端而不是大屏本身，然而對(duì)于現(xiàn)場用戶而言，仿佛實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字大屏“直接操控”的效果。

4 結(jié)束語

本文提出的“基于IP KVM和KVM延長技術(shù)的交互式音視頻集成方案”主要有以下四個(gè)方面的優(yōu)勢：1）支持對(duì)終端的交互控制。與傳統(tǒng)的音視頻集成技術(shù)相比，本方案能夠在集成信號(hào)的同時(shí)對(duì)終端進(jìn)行控制，對(duì)于用戶體驗(yàn)是一種很大的提升。2）符合安全保密規(guī)定。與基于單向網(wǎng)絡(luò)控制的“顯控分離”方案相比，本文所提方案沒有混聯(lián)任何網(wǎng)絡(luò)，音視頻信號(hào)都是獨(dú)立地接入KVM矩陣，不存在網(wǎng)絡(luò)混聯(lián)的違規(guī)風(fēng)險(xiǎn)。3）性能更穩(wěn)定。本文所提方案全部基于硬件實(shí)現(xiàn)，無須搭建類似“顯控分離方案”的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，也不依賴于“顯控分離方案”所需的第三方控制平臺(tái)，從而保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。4）部署成本低。本文方案所需設(shè)備均為成熟的硬件產(chǎn)品，無須配套軟件，直連即可使用，和“顯控分離”這種新技術(shù)相比，部署成本無疑是極其低廉的。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】

收稿日期：2021-09-15

作者簡介：劉星程（1985—），女，云南晉寧人，學(xué)士，云南省軍區(qū)數(shù)據(jù)信息室助理工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)運(yùn)維與管理;李軍（1986—），男，重慶人，學(xué)士，云南省軍區(qū)數(shù)據(jù)信息室助理工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)運(yùn)維與管理;張江（1981—），男，云南大理人，通信作者，云南省軍區(qū)數(shù)據(jù)信息室工程師，碩士，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)，GIS;謝敬銳（1986—），男，廣西桂平人，學(xué)士，云南省軍區(qū)數(shù)據(jù)信息室網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維室主任，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)工程、網(wǎng)絡(luò)安全。

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