多屏互动技术研究之技术概述
1 技术背景
随着通讯技术、信息技术以及电视技术的快速发展及普及。数字电视这种新兴的媒体传输方式迅速普及。数字电视是指电视节目信号从电视台开始发射，经过中间传输环节，直至信号到接收端接收投放，所有环节都是数字化信号。相比于传统模拟电视，数字电视具各更高的技含量。数字电视不仅具有极高的清晰度，还有传统模拟技术所不能达到的双向互动的新功能。数字电视为用户提供了丰富的多媒体信息，不仅包括传统电视节目观看，还增添了点播、因特网浏览、时事信息、电子报刊订阅、公共服务、游戏及应用等多种功能服务极大地丰富了用户体验。近年来，世界各国都在进行或己经完成了广播电视的数字化转变，美国、日本、欧盟等匡家己经先后关闭了传统的模拟电视信号，实现了传统模拟电视全面转型数字电视。随着三网融合的提出和大力推进，数字电视也在不断发展，三网融合是指广播电视网。互联网、电信网三者融合发展只有在三网融合的前提下，数字电视才能获取开放的网络权限，成为集广播电视、互联网、通讯多种功能于一体的数字媒体群体。随着电视相关设备技术的不断发展和三网融合的推进，数字电视正朝着智能化、网络化的方向发展，为用户提供更多的功能、服务以及更好的多媒体视听体验。在三网融合的推动下，广播电视、互联网、通信的业务与动能正趋向一致，另一方面在于智能手机、平板和智能电的普及与推广，使得家庭娱乐也逐渐迈向智能化．在信息技术发展之前，电视、手机、电脑的功能有较大的的差异。在市场上有非常明确的分工，电视的优势在于屏幕较大，主要用于家庭娱乐；手机具有移动方便的优点，主要用作社交工具；而电脑则功能齐全、性能较强，多用于办公。三者在用户的生活、休闲娱乐、工作中分别扮演着不同的角色。进入信息时代后，信息的获取及传输以空前的速度进行，人们的生活方式发生了很大改变，并逐渐向快捷性和娱乐性的方向发展，家庭娱乐中心正逐渐成为用户获取信息和进行娱乐的新方式。移动智能协助互联网与家庭数字电视的有效互取，给数字电视媒体带来了全新的战和机遇。在智能化的背景下，电视、手机，电脑的功能趋于多元。如何充分利用各种智能终端的优势，实现智能终端间的互通互联与资源共享，成为未来家衽娱乐发展的目标 。多屏互动技术正是在这样的需求驱动下出现并发展起来的，而且迅速成为了广电、家电厂商、互联网运营商以及通信相关行业关注的重点，也成为了未来家庭蜈乐产业的关键技术。
2 多屏互动研究与应用现状
从多屏互动的功能来看，包括以下三种模式： a)内容分享模式：即不同设备之间通过分享媒体内容或媒体内容的链接来实现多屏互动；b)屏幕分亨模式：即不同设各间通过分享系统的屏幕或者应用内的屏幕来实现多屏互动：远程控制模式：即通过一台设备控制另外一台设备，实现多屏间的互动。
对于以上三种多屏互动的方式，国际标准化组织与各种产业联盟定义了多种实现方案。
2.1 DLNA
DLNA的全称是Digital Living Network Alliance（数字生活联盟）。是由索尼、英特尔、微软等公司发起成立，旨在解决个人PC、移动设备、消费电器在内的无线网络和有线网络的互联互通，使得数字媒体与内容服务的无限制共享和增长成为可能，目前联盟成员己达280多家。DLNA技术主要以实现内容分享功能为主，其技术标准框架如图1-1所示，DLNA技术的基础是UPnP协议簇，UPnP协议簇是一个基于TCP/IP、UDP、HTTP等协议的开放体系，其中UPnP Device Architecture (UPnP DA)主要负责家庭联网设备之间的相互发现和设各描述以及之后的设备动作控制和事件等，UPnP Audio/Audio(UPnP AV)主要负责设备间媒体数据传输的控制。 DLNA技术可以灵活地实现链接和媒体流体的推送．具有连接速度快、协议比较轻量的优点，由于只是提供内容分享功能．并不需要在发送端进行屏幕的捕获、编码等工作，因此对发送端处理能力要求较低。但由于媒体文件的格式较多，且链接推送的方式非常灵活，所以DLNA的兼容性一直饱受争议，这也制约了DLNA技术的发展。下图是DLNA技术标准框架图。
2.2 Miracast
Miracast是Wi-Fi针对Wi-FiDisplay技术实现产品认证的项目，Wi-Fi Display 是Wi-Fi Alliance制定的一标准，于2012年9月发布了1.0版本范。通常使用时不区分Miracast 和 Wi-Fi Display。Miracast技术基于MAC层的点对点传输Wi-Fi P2P),
实现了音视频数据的无线传输和播放。2012年10月，Google发布的Andnod4.2 版本开始支持Miracast功能。因为是廾放的标准，再加上Android 平台的支持，市面上支持Miracast的设各开始大量涌现。Miracast仅实现了屏幕分享功能，并不具备通过URL方式传输音视频流文件的功能，其技术标准框架如图1-2所示。 无论发送端播放文件是何种格式，Miracast都会将抓取的屏幕编码为H 264格式再进行发送，通过这种方式，发送与接收端采用固定的格式进行编解码，从而可以有效减少兼容性的问题。但是屏幕的抓取与编码需要消耗大量的计算资源，这在一方面对发送端的性能和配置提出了较高的要求，另一方面还需要发送端提供硬件编码接口以提升编码效率。下图给出了Miracast的技术框架图。
2.3 AirPlay
Airplay原名AirTunes， 是由苹公司于2004年6月推的一项无线技术，Airplay
实现了设备间通过无线方式传输多媒体流（包括音频、视频、图片）以及这些多媒体流的元信息。但在周围有Wi-Fi网络时，使用AirPlay可以将iPhone、ipad、ipod touch 或者PC（借助iTunes)中的视频、音乐，照片等流媒体以无线传播的方式传输到AppleTV， 以及将音乐传输到AirPlay扬声器或接收器。Airplay同时支持内容分享功能和屏幕分享功能，提供了一套较为完整的多屏互动解决方案，其技木标准架如图1-3所示，Airplay的基础是组播DNS协议(Multicast Domain NameServer, 简称mDNS）和DNS服务发现协议(DNS-based ServiceDiscovery，简称DNS-SD)，它是由IETF Zeroconf工作组提出的用于自动寻找设备及服务的网络协议，苹果公司基于这两个协议， 实现了苹果公司数字家庭的网框架。mDNS协议基于多播技术，定义了各个家庭设备之间消息的基本格式与接受/发送规则，在mDNS协议的基础上，DNS-SD协议定义了一个服务宣告及使用的完整过程，Airplay协议框架同时使用mDNS协议和DNS-SD协议实现对家庭联网设备及服务的发现与描述。为了进一步实现苹果公司智能终端间的媒体共享与协同合作， AirPlay协议框架又制定了AirPlay协议，该协议定义了图片、音频、视频的传输和控制消息格式。在设备间的图片、
视频的传输控制方面，Airplay协议框架使用了HTTP协议来实现，同时使用了RTSP协议来实现对媒体音频的传输与控制，Airplay功能比完善．但是作为一套私有的协议栈，原本只在苹果的软件与设备上集成，现在苹果通过许可授权方式。允许第三方软件模块支持AirPlay协议，受益如此，市面上出现了较多支持AirPlay的软件产品和硬件产品，这也扩大了AirPlay的使用范围。
2.4 GoogleCast
Google Cast技术是Google主导的一項多屏互动技术，2013年7月25日Google发布
了集成 Google Cast技术的Chromecast 设备，Chromecast设备通过HDMI接口连接TV,通过Wi-Fi连接互联网，同一局域网中的手机、平板等可以发现Chromecast设备，并通过Chromecast 设备使用多屏互动功能，类似的产品还有Google在2014年10月16日发布的Nexus Player盒子，这款产品也融合了Google cast技术， 可以很便捷地为移动端用户提供多屏互动体验。 与Airplay相同，Google Cast技术也实现了内容分享功能和屏幕分亨功能，可同时支持Chromecast、Android、ios多个平台。目前市面上支持Google Cast的移动端应用还比较缺乏， 只有YouTube、Netflix、Hulu Plus 等少数几款应用支持该功能但Google开始为应用开发者提供Google Cast SDK， 以支持第三方应用融合 Google Cast技术，并且Google 正借助Android的市场优势在大力推广Google Cast技术，因此，未来将会出现越来越多融合 Google Cast技术的应用与设备。Google Cast是Google制定的私有协议标准，一直在发展完善中，该技术经历了两代技术，分别可以称为Google Cast V1和Google Cast V2，具体的协议框架图如下所示。
Google Cast 一代技术协议框架图
Google Cast V2协议框架图
2.5 其他多屏互动技术
除上述几种主流的多屏互动技术外，市面上还有一小众技术，如闪联协议．WiMo协议、WiDi协议、Samsung MultiScreen等。
3 总结
当前阶段，多屏互动技木的主要问题在于标准的不統一，厂家之间自成体系，产品之
间的兼容存在技术障碍，给不同移动终端的互动带来不便。从电视厂家的角度考虑，针对目前多屏互动技术的应用现状， 应尽可地兼容各种不同的标准，以提高产品的市场适应能力。研究每种多屏互动技术的原理及工作机制对后续技术兼容的处理有很大帮助，所以接下来我们会对上面几种主要的多屏互动技术深入研究，从技术原理分析、抓包分析、代码实现等几个方案进行切入，深入浅出，将技术讲透讲明白。