KVM в задачах с высокими требованиями к качеству видео

Компьютерное оборудование создает шум, выделяет много тепла и занимает немало места. Применение переключателей и удлинителей KVM позволяет разнести вычислительные блоки и периферию. Разместив компьютеры в серверной комнате, можно создать в офисных и других помещениях более комфортные условия для работы сотрудников, обеспечить необходимые климатические параметры для вычислительного оборудования и повысить уровень защищенности всего решения. Такая конфигурация широко применяется в различных центрах управления, демонстрационных залах, учебных аудиториях. При этом все чаще требуется обеспечить передачу видео в формате HD без потери качества

KVM guntermann drunck

Потребность в удлинении соединений между источниками и получателями сигнала и их коммутации возникает при выполнении многих задач. Использование удлинителей и переключателей позволяет эффективно осуществлять мониторинг и управление рабочими средами и процессами автоматизации. В применяемых для этих целей современных решениях нашли отражение следующие тенденции и запросы: переход от аналоговой к цифровой коммутации, потребность в распределении цифрового видео, гибкость контроля за периферией и средствами отображения, упрощение и удешевление схем подключения при расширении функциональности.

Наряду с цифровой коммутацией, пожалуй, наиболее характерной тенденцией является появление и распространение практически неограниченно масштабируемой матричной коммутации. Эти новые цифровые решения реализуются на базе как нестандартных специализированных технологий (с использованием витопарной проводки стандартных категорий и волоконных оптических кабелей), так и стандартных IP-протоколов и коммутаторов Ethernet. Они обеспечивают доставку видео высокого разрешения в реальном времени без потерь, задержек и рассинхронизации, причем помимо распределения видео позволяют разнести клавиатуру и мышь, цифровое и аналоговое аудио, последовательные и USB-устройства.

Цифровое удлинение

Наибольшую трудность представляет удлинение видео. В отличие от аналогового сигнала, качество которого с увеличением дальности передачи снижается постепенно, цифровое воспроизведение резко прерывается после преодоления определенного расстояния. Как и используемый в бытовых системах HDMI, стандартный цифровой интерфейс для ПК — DVI — базируется на сигнализации TDMS. Применение нестандартных технологий позволяет увеличить дальность передачи сигналов HDMI или DVI. Для удлинения может использоваться родной кабель с повторителем либо витопарный или оптический кабель с удлинителем (пара передатчик-приемник).

Для передачи несжатого мультимедийного контента HD-качества по типовой проводке локальной сети была стандартизована технология HDBase-T. За счет использования сложных схем кодирования и синхронизации она позволяет передавать видео DVI и HDMI, высококачественное аудио, трафик 100Base-T, питающее напряжение и управляющие сигналы от источника к приемнику по кабелю Категории 5е и выше на расстояние 100 м (см. врезку «HDBase-T в KVM»).

Для передачи видео на большее расстояние (или по более узким каналам) может использоваться сжатие. В таком случае сигнал передается по стандартной IP-сети — как локальной, так и глобальной. Сжатие вовсе не предполагает низкого качества видео — оно может производиться без потери деталей изображения. Вместе с тем в интернет-трансляциях обычно применяются алгоритмы, не избегающие потерь, в частности H.264. Такие алгоритмы обеспечивают высокое качество изображения для обычного просмотра, но для подробного рассмотрения важных деталей, необходимых для специалистов центров управления или медицинских учреждений, его недостаточно.

Лучшие современные алгоритмы позволяют передавать по локальной сети компьютерные изображения или полноценное видео HD-качества в деталях и без каких-либо визуальных искажений. Однако из-за высоких требований к пропускной способности их применение обычно не распространяется на глобальные сети и Интернет.

Матричные переключатели

Матричные переключатели позволяют коммутировать различные типы сигналов между множеством источников и пользователей. По сути это те же удлинители сигналов, но в конфигурации «многие со многими»: источники и получатели сигнала тоже подключаются через передатчики и приемники, при этом матричный переключатель выступает в роли своего рода посредника, который позволяет им установить соединение между собой в произвольной комбинации. Наряду с функциональностью KVM они обеспечивают маршрутизацию, коммутацию и многоточечное распределение цифровых видеосигналов различных форматов высокого разрешения.

В зависимости от числа портов и других факторов матричные переключатели имеют монолитную или модульную конструкцию. В последнем случае, как правило, удается гибко варьировать способ подключения источников и консолей, выбирая необходимую среду передачи — медь или оптику. Двунаправленные порты переключателя служат как для приема, так и для передачи сигнала, то есть к ним можно подключать как трансивер, так и приемник сигналов. В лучших изделиях переключение между источниками осуществляется мгновенно — в течение одного кадра. Некоторые производители предлагают технологии для объединения переключателей, благодаря чему решение масштабируется до нескольких тысяч портов.

Для дистанционного подключения периферии к серверам и рабочим станциям, когда требуется одновременно обеспечить передачу видео высокого качества, российский поставщик Interactive Multimedia Solutions (IMS) рекомендует использовать матричный KVM-переключатель серии DVICenter немецкой компании Guntermann & Drunck (см. рис. 1). Эти переключатели обеспечивают одновременное управление десятками персональных компьютеров. Порты ПК и рабочих станций могут быть произвольно скомбинированы с учетом поставленных задач. Устройство оснащено резервным блоком питания, что гарантирует его бесперебойную работу в случае выхода из строя основного блока. Решение обеспечивает гибкие возможности распределения прав пользователей, для увеличения количества подключаемых ПК и консольных модулей переключатели можно каскадировать.

DVI center

Матричный переключатель DVICenter от Guntermann&Drunck

Виртуальная матрица

Применение матричных переключателей подразумевает создание отдельной выделенной инфраструктуры. Кроме того, сам такой переключатель представляет собой специализированное устройство, где, как правило, используются нестандартные, проприетарные технологии. Подобные решения имеются у всех ведущих поставщиков традиционных KVM. Вместе с тем многие из них стали развивать альтернативный подход, когда для коммутации сигналов задействуются имеющаяся локальная сеть и стандартные коммутаторы Ethernet. Последние для обеспечения эффективной работы и направления видеотрафика только тем получателям, кто в нем заинтересован, должны поддерживать протокол IGMP. Чтобы в сети не возникали перегрузки, особенно если в ней присутствует и другой трафик, такое решение должно быть тщательно спланировано. По этой причине оно имеет ограниченную масштабируемость или требует создания отдельной сети.

Общая схема реализации распределенной коммутирующей матрицы в общих чертах одинакова у всех поставщиков. К источникам сигнала / системным блокам подключаются передатчики/кодировщики сигнала, а к получателям сигнала / периферии — приемники/декодировщики сигнала. В свою очередь, приемники и получатели подсоединяются к коммутаторам Ethernet по каналам, пропускная способность которых должна быть не меньше 1 Гбит/с. Для увеличения дальности передачи производители предлагают передатчики и приемники с оптическими интерфейсами. Как правило, в сети устанавливается специализированное устройство или выделенный сервер с программным обеспечением для управления каналами и правами доступа. Сервер может подключаться в любом месте сети, при этом бывает достаточно соединения в 100 Мбит/с.

Помимо распределения высококачественного видео между множеством получателей, такое решение обеспечивает отказоустойчивость при соответствующей конфигурации сети.

Помимо потенциальных ограничений в масштабировании, у этих решений есть и другие недостатки, которые накладывают ограничения на их использование. Как отмечает Николай Клочков, технический специалист компании IMS, для создания IP-матрицы требуется дополнительно приобретать довольно дорогое сетевое оборудование, из-за чего затраты на реализацию проекта увеличиваются и становятся сопоставимы со стоимостью построения волоконно-оптической KVM-матрицы, качество передачи сигналов в которой на порядок выше. Явным минусом является и вероятность задержек при распространении сигналов, что недопустимо для многих организаций: военных предприятий, диспетчерских, студий теле- и радиовещания в прямом эфире и пр.

За пределами локальной сети

Современные системы для коммутации сигналов KVM способны обеспечить передачу по локальной сети видео высокого разрешения до 1920х1200 пикселей (и даже выше) с частотой кадров до 60 Гц при цветности глубиной до 24 бит. Однако если доступ к управляемому оборудованию надо предоставить для тех, кто находится за пределами локальной сети, качеством видео придется поступиться. При этом главная проблема скорее не техническая (хотя вопрос задержки стоит еще более остро), а экономическая: создание выделенной сети с необходимой пропускной способностью обойдется слишком дорого. Когда бесперебойной работы используемых приложений не требуется, для передачи видео могут задействоваться и Интернет-соединения. Тем не менее даже в этом случае, как указывает Николай Клочков, необходимо предусмотреть широкий канал доступа в Интернет, поскольку для видео высокого разрешения нужна «хорошая пропускная способность».

Таким образом, применение современных решений для удлинения цифровых видеосигналов и периферии позволяет реализовать множество конфигураций для самых разных задач, где требуется организовать дистанционное подключение устройств для управления и отображения, установленных в ситуационных центрах, телевизионных студиях, переговорных комнатах, учебных аудиториях, медицинских учреждениях и т. д. При этом технологии и решения на базе KVM все чаще используются для выполнения традиционных задач из области АВ, таких как Digital Signage, и наоборот. В результате потребители получают широкий выбор возможных продуктов, отличающихся по цене, характеристикам и функциональности.

HDBase-T в KVM

Технология передачи высокой плотности по витой паре (High Density Base-T, HDBase-T) нашла широкое применение в аудио- визуальной отрасли благодаря возможности передавать по симметричному кабелю различные типы сигналов: несжатое видео Ultra-HD/3D, 2K/4K и соответствующую служебную информацию; аудио в «тяжелых» форматах; кадры Ethernet со скоростью 100 Мбит/с; управляющие сигналы CEC, RS-232 и инфракрасные; USB 2.0 и питание до 100 Вт.

Для передачи видео и других сигналов KVM большинство поставщиков этих устройств используют, как и прежде, собственные технологии, которые для многих составляют предмет гордости. Технология, разработанная Guntermann & Drunck, позволяет передавать видео с разрешением до 4К без потери качества (lossless), а также все сигналы, включая HID, USB 3.0 и RS-232. Вместе с тем все чаще производители KVM в качестве базовой технологии применяют в своих удлинителях HDBase-T. Например, в новой линейке видеоматриц Blustream используется HDBase-T, отмечает Николай Клочков, технический специалист компании IMS.

Помимо потенциальных проблем с совместимостью, на пути к широкому применению HDBase-T для задач KVM имеются и другие препятствия — например, ограничения на дальность, поскольку эта технология предполагает использование витой пары. KVM все чаще применяются для подключения удаленных компьютеров с двумя видеовыходами (Dual Head). Как указывают в IMS, c помощью устройств на базе HDBT подключить два видео- потока по одному кабелю нельзя, а с применением профессиональных KVM-удлинителей — можно. Эти трудности ведут к удорожанию решения и делают его неконкурентоспособным по сравнению с традиционными KVM.

Таким образом, HDBase-T пока не отвечает в полной мере всем требованиям, которые предъявляются к KVM.

 Дмитрий Ганьжа

 

Ссылка на источник

 

Subscribe

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика