胡秋偉

摘 要

本文介紹了基于Wi-Fi網(wǎng)絡的無線顯示技術Miracast的基礎技術，及其在機頂盒平臺上的軟件設計，經(jīng)過代碼實現(xiàn)、調(diào)試和優(yōu)化，得到符合技術標準的測試結果。

【關鍵詞】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備，當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技術標準，其商用名為Miracast。這項技術能夠利用現(xiàn)有的Wi-Fi無線網(wǎng)絡實現(xiàn)將源端設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技術標準在機頂盒硬件平臺上無線顯示功能的設計與實現(xiàn)。

2 技術對比

目前已經(jīng)形成標準的主流無線顯示技術有：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技術無法兼容現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡，且其由AMIMON公司所獨占；WiGig技術盡管能較好兼容現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡，但其由Silicon Image公司所獨占，其他廠家要開發(fā)基于這項技術的產(chǎn)品必須付出較多的花費來獲得專利授權或是芯片；WirelessHD技術則不兼容現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡，且其對無線帶寬的開銷相當大；上述三項技術都有各自的原因?qū)е率袌龌⒉缓芾硐搿?/p>

由Wi-Fi聯(lián)盟推出的Miracast技術不僅能兼容Wi-Fi網(wǎng)絡，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)維護的WiDi（Intel Wireless Display）技術將從3.5版本開始與Miracast兼容，這無疑給Miracast技術的市場化再次推波助瀾。由此可見，Miracast是當下最被看好的一項無線顯示技術，自從開放認證后，通過了技術認證的產(chǎn)品遍地開花，越來越多的廠商都在基于這項技術開發(fā)新產(chǎn)品。

3 基礎技術介紹

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

Wi-Fi Direct技術是由Wi-Fi聯(lián)盟于2010年10月發(fā)布的一項用于Wi-Fi設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。這項技術與藍牙類似，允許無線設備以點對點方式互連，相較藍牙在傳輸速度和距離方面則有大幅提升。Wi-Fi Direct技術通過提供設備發(fā)現(xiàn)、服務發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)建群組以及電源管理等關鍵的功能和服務來實現(xiàn)Wi-Fi設備的直接連接。

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)絡承載。

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

Wi-Fi Display技術是Miracast的核心技術。源端和顯示端設備參考模型如圖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)絡傳輸層實現(xiàn)，AV Mux/Demux及其上層模塊則一般在應用層實現(xiàn)。

4 設計與實現(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；

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

（5）Miracast Daemon：Miracast后臺服務程序，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服務分配IP地址，以及可選的HDCP保護系統(tǒng)的認證交互；

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

Miracast軟件設計模塊框圖如圖2所示，完整操作過程如下：

（1）源端設備開啟Wi-Fi Direct模式，并發(fā)起連接請求；

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

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

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

（5）此時顯示端設備的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流解復用后送至音視頻解碼器，便可恢復與源端投射內(nèi)容一致的圖像和聲音。

5 結束語

本文介紹了Miracast無線顯示的基礎技術，還對具體的軟件設計進行了流程圖的設計和詳細流程的說明。經(jīng)過在機頂盒平臺上代碼實現(xiàn)，并使用Google Nexus 4手機進行連接測試后，測試結果發(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技術標準。

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技術將得到不斷的完善和發(fā)展，未來Miracast設備的配對和使用將如同藍牙或NFC一樣簡單便捷，將成為一種流行的多屏互動關鍵技術。

參考文獻

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

作者單位

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