基于IP KVM和KVM延長技術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主要有三大類別：一是基于傳統視頻集成的直連視頻矩陣方案;二是采用網絡傳輸的視頻編解碼方案;三是基于單向網絡控制的“顯控分離”方案。三種方案分別代表了不同的技術方向，然而在實際應用過程中，這三種方案在成本、易用性和安全性方面各有其局限性。針對不足，該文設計了一種基于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，對系統的安全性、易用性和成本控制做出了合理的權衡。

關鍵詞：音視頻集成;視頻矩陣;IP KVM;單向網絡控制

中圖分類號：TP399? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）01-0111-02

1 研究背景

隨著信息化技術的不斷發展，數字大屏在高校和企事業單位已經得到了越來越廣泛的應用，數字大屏的輸入信號也不再是傳統的單路或是固定路數的信號源。當今的數字大屏需要對多路、動態的音視頻信號進行采集、整合和集中輸出，展現豐富多彩的內容，這就需要對音視頻進行綜合集成和控制。目前大屏音視頻信號集成主要有三種實現方案：直連視頻矩陣方案，網絡視頻編解碼方案和基于單向網絡控制的“顯控分離”方案。直連視頻矩陣和網絡視頻編解碼方案的缺點，在于無法在集成信號的同時，對源終端進行同步控制;基于單向網絡控制的“顯控分離”方案使用“單向控制”技術實現了對源終端的同步控制，然而對有著多種網絡的企事業單位，“單向控制網絡”在物理上混聯了處于不同網絡的終端，這樣的方式是否違反保密規定尚無定論。針對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延長技術進行音視頻集成和控制集成，在保證網絡不混聯的前提下實現了對不同網絡終端的同步控制。

2 目前常見的音視頻集成技術

2.1直連視頻矩陣方案

該方案將各路音視頻信號接入視頻矩陣，通過矩陣對信號進行重新整合并輸出。該方案的優勢在于部署簡單、性能穩定;缺點在于僅能實現音視頻的匯聚和展示，不具備交互功能，在用戶對信號源終端有交互需求時，無法在大屏上直接操控，需由終端操作者對信號源進行操控。

2.2網絡視頻編解碼方案

該方案將各路音視頻信號經過編碼后接入IP網絡，經解碼器恢復為音視頻信號，再接入視頻矩陣投放大屏。該方案同樣僅能實現視頻的匯聚，不具備交互功能。網絡視頻編解碼方案的優勢在于：對距離大屏較遠的終端可以通過網線延伸音視頻信號的傳輸距離。需要指出的是，直連視頻矩陣方案和網絡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字視頻信號，網絡編解碼方案一般用于集成直接接入網絡的網絡攝像機。

2.3基于單向網絡控制的“顯控分離”方案

該方案包含兩個技術層面：一個層面是采用傳統的方式，對終端的音視頻信號進行匯聚和集成;另一個層面是采用單向控制設備和單向傳輸線路，對處于不同網絡的多個終端進行“安全”的操作控制，通過“一個平臺”（單向控制平臺）單向控制“多個網絡”。該方案的優勢在于，不僅可以匯聚各終端的音視頻信號，還可以在指揮中心通過單向控制的方式，對不同網絡的終端進行統一的實時交互。這樣的方式可以節省人力并提升用戶體驗，因為對于傳統的無交互功能的視頻集成方案，每個終端都需要配備一個操作員，對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。

和前面兩種傳統方案相比，“顯控分離”方案具有明顯的優勢，然而對于具有多種不同密級網絡的企事業單位，使用“單向控制網絡”連接不同的網絡，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設備對不同網絡的終端進行安全操控;使用IP KVM的遠程操控技術實現在指揮中心對各終端的實時交互控制;使用KVM延長技術實現遠距離終端的接入并保證不同密級網絡之間的隔離。

3.1 KVM延長技術

KVM延長技術是指使用KVM發射端、接收端和6類網線延長終端到KVM連接距離的一種硬件解決方案，該技術已經廣泛應用并擁有成熟的硬件。該技術可將分布于不同區域、不同網絡的終端音視頻信號及鍵鼠控制信號連接至遠端的KVM矩陣，由于連接的只是音視頻信號及控制信號，且信號相互獨立，是完全符合相關保密規定的。

3.2 IP KVM技術

IP KVM技術是一種KVM遠程控制技術，該技術通過網絡延長線或是KVM網絡實現對KVM矩陣的遠程控制，使得管理者能在不接入終端所在網絡的情況下操控遠端甚至異地的終端，從而實現了在不混聯網絡的前提下對多個遠程終端的實時控制。

3.3 綜合實現

方案的最終實現架構如圖3所示：通過KVM延長技術將處于不同區域、不同網絡的各個終端的音視頻信號和控制信號連接至KVM矩陣，放置于指揮大廳的遠程控制終端通過IP KVM技術對連接該矩陣的各終端進行實時操控，從而實現了對數字大屏的“實時交互和控制”。嚴格來講，控制端的操作對象是各個遠程終端而不是大屏本身，然而對于現場用戶而言，仿佛實現了對數字大屏“直接操控”的效果。

4 結束語

本文提出的“基于IP KVM和KVM延長技術的交互式音視頻集成方案”主要有以下四個方面的優勢：1）支持對終端的交互控制。與傳統的音視頻集成技術相比，本方案能夠在集成信號的同時對終端進行控制，對于用戶體驗是一種很大的提升。2）符合安全保密規定。與基于單向網絡控制的“顯控分離”方案相比，本文所提方案沒有混聯任何網絡，音視頻信號都是獨立地接入KVM矩陣，不存在網絡混聯的違規風險。3）性能更穩定。本文所提方案全部基于硬件實現，無須搭建類似“顯控分離方案”的復雜網絡架構，也不依賴于“顯控分離方案”所需的第三方控制平臺，從而保證了系統運行的穩定性。4）部署成本低。本文方案所需設備均為成熟的硬件產品，無須配套軟件，直連即可使用，和“顯控分離”這種新技術相比，部署成本無疑是極其低廉的。

參考文獻：

[1] 楊春花，劉娟.基于KVM的虛擬化網絡模式實現的技術分析[J].電子測試，2020（13）：80-83.

[2] 于治樓，陳乃闊，牛玉峰.KVM控制器的分類與設計[J].信息技術與信息化，2010（2）：18-20.

[3] 柯曉昱，羅若文，胡賽強.基于KVM協議的遠程虛擬桌面的設計與實現[J].信息與電腦（理論版），2020，32（4）：98-100.

[4] 林龍增，羅省賢.實現多個KVM虛擬機通信的串口轉發器方法[J].計算機技術與發展，2012，22（2）：241-244.

[5] 劉軍，陳閔強，王會清.KVM系統中遠程虛擬存儲的研究[J].武漢工程大學學報，2010，32（7）：85-88.

【通聯編輯：唐一東】

收稿日期：2021-09-15

作者簡介：劉星程（1985—），女，云南晉寧人，學士，云南省軍區數據信息室助理工程師，主要研究方向為網絡運維與管理;李軍（1986—），男，重慶人，學士，云南省軍區數據信息室助理工程師，主要研究方向為網絡運維與管理;張江（1981—），男，云南大理人，通信作者，云南省軍區數據信息室工程師，碩士，主要研究方向為數據庫與信息系統，GIS;謝敬銳（1986—），男，廣西桂平人，學士，云南省軍區數據信息室網絡運維室主任，主要研究方向為網絡工程、網絡安全。

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