基于Wi—Fi網(wǎng)絡(luò)的無線顯示技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)

胡秋偉

摘 要

本文介紹了基于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的無線顯示技術(shù)Miracast的基礎(chǔ)技術(shù)，及其在機頂盒平臺上的軟件設(shè)計，經(jīng)過代碼實現(xiàn)、調(diào)試和優(yōu)化，得到符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的測試結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】Wi-Fi Display Wi-Fi Direct 流媒體協(xié)議

1 引言

在用戶體驗的話題日益趨于熱門的情況下，大部分個人都擁有多個手機或平板電腦等移動設(shè)備，當(dāng)有分享手機或平板電腦的屏幕給大家的需求時，如演示投影講稿，共同觀看影片，就需要一種快速、無縫切換手機或平板電腦小屏幕到電視或投影儀大屏幕的方法，替代傳統(tǒng)有線連接的無線顯示技術(shù)將有廣闊的市場前景。

Wi-Fi聯(lián)盟于2012年9月所發(fā)布了Wi-Fi Display技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其商用名為Miracast。這項技術(shù)能夠利用現(xiàn)有的Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)將源端設(shè)備的小屏幕投射至機頂盒/電視機的大屏幕。本文主要介紹了基于Wi-Fi Display技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在機頂盒硬件平臺上無線顯示功能的設(shè)計與實現(xiàn)。

2 技術(shù)對比

目前已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)的主流無線顯示技術(shù)有：WHDI（Wireless Home Digital Interface，無線家庭數(shù)字接口），WiGig（Wireless Gigabit，無線千兆比特），WirelessHD以及Miracast。

其中，WHDI技術(shù)無法兼容現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，且其由AMIMON公司所獨占；WiGig技術(shù)盡管能較好兼容現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，但其由Silicon Image公司所獨占，其他廠家要開發(fā)基于這項技術(shù)的產(chǎn)品必須付出較多的花費來獲得專利授權(quán)或是芯片；WirelessHD技術(shù)則不兼容現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，且其對無線帶寬的開銷相當(dāng)大；上述三項技術(shù)都有各自的原因?qū)е率袌龌⒉缓芾硐搿?/p>

由Wi-Fi聯(lián)盟推出的Miracast技術(shù)不僅能兼容Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，其對無線帶寬的需求也不高，因此市場化比較容易。尤其是在英特爾宣布其一直開發(fā)維護(hù)的WiDi（Intel Wireless Display）技術(shù)將從3.5版本開始與Miracast兼容，這無疑給Miracast技術(shù)的市場化再次推波助瀾。由此可見，Miracast是當(dāng)下最被看好的一項無線顯示技術(shù)，自從開放認(rèn)證后，通過了技術(shù)認(rèn)證的產(chǎn)品遍地開花，越來越多的廠商都在基于這項技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品。

3 基礎(chǔ)技術(shù)介紹

Miracast主要使用了Wi-Fi Direct技術(shù)、流媒體協(xié)議簇、可選的用于保護(hù)音視頻串流的HDCP技術(shù)以及核心的Wi-Fi Display技術(shù)。

Wi-Fi Direct技術(shù)是由Wi-Fi聯(lián)盟于2010年10月發(fā)布的一項用于Wi-Fi設(shè)備直接連接而無需傳統(tǒng)的無線路由器或無線接入點的支持。這項技術(shù)與藍(lán)牙類似，允許無線設(shè)備以點對點方式互連，相較藍(lán)牙在傳輸速度和距離方面則有大幅提升。Wi-Fi Direct技術(shù)通過提供設(shè)備發(fā)現(xiàn)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)建群組以及電源管理等關(guān)鍵的功能和服務(wù)來實現(xiàn)Wi-Fi設(shè)備的直接連接。

流媒體協(xié)議簇主要由RTSP、SDP及RTP協(xié)議組成，它們在Miracast技術(shù)中發(fā)揮的作用分別是，RTSP協(xié)議建立和管理Miracast通信會話，SDP協(xié)議描述會話格式信息，RTP協(xié)議則實現(xiàn)對源端音視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)承載。

HDCP技術(shù)是由DCP LLC推出的對視頻內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)的一項技術(shù)。通過這項技術(shù)，高清晰的視頻畫面將無法呈現(xiàn)于未能通過HDCP系統(tǒng)認(rèn)證的顯示設(shè)備上。

Wi-Fi Display技術(shù)是Miracast的核心技術(shù)。源端和顯示端設(shè)備參考模型如圖1所示，其中，Wi-Fi Direct在圖示的Wi-Fi MAC（Direct Link）以及LLC層實現(xiàn)，流媒體協(xié)議簇在網(wǎng)絡(luò)傳輸層實現(xiàn)，AV Mux/Demux及其上層模塊則一般在應(yīng)用層實現(xiàn)。

4 設(shè)計與實現(xiàn)

Miracast顯示端軟件主要包括：

（1）Wi-Fi Driver：經(jīng)過移植支持Wi-Fi Direct的無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序；

（2）RTSP：為Wi-Fi Display實現(xiàn)的一個最基本的RTSP函數(shù)庫；

（3）HDCP：提供內(nèi)容保護(hù)；

（4）wpa_supplicant：創(chuàng)建和管理Wi-Fi Direct的p2p0網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實用工具；

（5）Miracast Daemon：Miracast后臺服務(wù)程序，Wi-Fi Display的核心代碼，包含對wpa_supplicant的操作，還有對RTSP會話的建立和管理和DHCP服務(wù)分配IP地址，以及可選的HDCP保護(hù)系統(tǒng)的認(rèn)證交互；

（6）Miracast Player：實現(xiàn)收取數(shù)據(jù)并解復(fù)用解碼后顯示。

Miracast軟件設(shè)計模塊框圖如圖2所示，完整操作過程如下：

（1）源端設(shè)備開啟Wi-Fi Direct模式，并發(fā)起連接請求；

（2）顯示端設(shè)備也開啟Wi-Fi Direct模式，監(jiān)聽并接受源端設(shè)備請求后組建群組并建立LLC鏈路；

（3）顯示端設(shè)備通過wpa_supplicant配置Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，成功后使用DHCP分配IP地址，使得源端和顯示端設(shè)備處于同一網(wǎng)段的WLAN；

（4）開始進(jìn)行RTSP握手并建立Wi-Fi Display會話，如果需要對傳送畫面進(jìn)行保護(hù)，則要額外進(jìn)行HDCP系統(tǒng)認(rèn)證授權(quán)；

（5）此時顯示端設(shè)備的RTP端口上將出現(xiàn)可用的RTP報文，Player獲取RTP報文去除頭部后獲得TS流，再將TS流解復(fù)用后送至音視頻解碼器，便可恢復(fù)與源端投射內(nèi)容一致的圖像和聲音。

5 結(jié)束語

本文介紹了Miracast無線顯示的基礎(chǔ)技術(shù)，還對具體的軟件設(shè)計進(jìn)行了流程圖的設(shè)計和詳細(xì)流程的說明。經(jīng)過在機頂盒平臺上代碼實現(xiàn)，并使用Google Nexus 4手機進(jìn)行連接測試后，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)連接速度較快，音畫質(zhì)量較優(yōu)秀，小屏到大屏的畫面延小于200毫秒，符合Wi-Fi Display技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

Google公司智能手機操作系統(tǒng)Android從4.2版本開始內(nèi)置Miracast功能，微軟公司于2013年發(fā)布的Windows 8.1也已原生支持Miracast功能。隨著科技行業(yè)頗具影響力的公司的努力，Miracast技術(shù)將得到不斷的完善和發(fā)展，未來Miracast設(shè)備的配對和使用將如同藍(lán)牙或NFC一樣簡單便捷，將成為一種流行的多屏互動關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[5]IETF，RFC 3550，RTP：A Transport Protocol for Real-Time Applications，2003.

[6]Wi-Fi Alliance，Wi-Fi Display Technical Specification v1.0.0，2012.

作者單位

上海交通大學(xué)電子與通信工程專業(yè)Z1203422班 上海市 200030