Android Wi-Fi Display（Miracast）介紹

Android Wi-Fi Display（Miracast）介紹

2012年11月中旬，Google發佈了Android 4.2。雖然它和Android 4.1同屬Jelly Bean系列，但卻添加了不少新的功能。其中，在顯示部分，Android 4.2在Project Butter基礎上再接再礪，新增了對Wi-Fi Display功能的支持。由此也致使整個顯示架構發生了較大的變化。

本文首先介紹Wi-Fi Display的背景知識，而後再結合代碼對Android 4.2中Wi-Fi Display的實現進行介紹。

一背景知識介紹

Wi-Fi Display常常和Miracast聯繫在一塊兒。實際上，Miracast是Wi-Fi聯盟（Wi-Fi Alliance）對支持Wi-Fi Display功能的設備的認證名稱。經過Miracast認證的設備將在最大程度內保持對Wi-Fi Display功能的支持和兼容。由此可知，Miracast考察的就是Wi-Fi Display（本文後續將再也不區分Miracast和Wi-Fi Display）。而Wi-Fi Display的核心功能就是讓設備之間經過Wi-Fi無線網絡來分享視音頻數據。以一個簡單的應用場景爲例：有了Wi-Fi Display後，手機和電視機之間能夠直接藉助Wi-Fi，而無需硬連線（如HDMI）就可將手機中的視頻投遞到TV上去顯示[①]。以目前智能設備的發展趨勢來看，Wi-Fi Display極有可能在較短期內幫助咱們真正實現多屏互動。

從技術角度來講，Wi-Fi Display並不是另起爐竈，而是充分利用了現有的Wi-Fi技術。圖1所示爲Wi-Fi Display中使用的其餘Wi-Fi技術項。

圖1 Miracast的支撐體系結構

由圖1可知，Miracast依賴的Wi-Fi技術項[②]有：

• Wi-Fi Direct，也就是Wi-Fi P2P。它支持在沒有AP（Access Point）的狀況下，兩個Wi-Fi設備直連並通訊。
• Wi-Fi Protected Setup：用於幫助用戶自動配置Wi-Fi網絡、添加Wi-Fi設備等。
• 11n/WMM/WPA2：其中，11n就是802.11n協議，它將11a和11g提供的Wi-Fi傳輸速率從56Mbps提高到300甚至600Mbps。WMM是Wi-Fi Multimedia的縮寫，是一種針對實時視音頻數據的QoS服務。而WPA2意爲Wi-Fi Protected Acess第二版，主要用來給傳輸的數據進行加密保護。

上述的Wi-Fi技術中，絕大部分功能由硬件廠商實現。而在Android中，對Miracast來講最重要的是兩個基礎技術：

• Wi-Fi Direct：該功能由Android中的WifiP2pService來管理和控制。
• Wi-Fi Multimedia：爲了支持Miracast，Android 4.2對MultiMedia系統也進行了修改。

下邊咱們對Miracast幾個重要知識點進行介紹，首先是拓撲結構和視音頻格式方面的內容。

Miracast一個重要功能就是支持Wi-Fi Direct。但它也考慮了無線網絡環境中存在AP設備的狀況下，設備之間的互聯問題。讀者可參考如圖2所示的四種拓撲結構。

圖2  Miracast的四種拓撲結構

圖2所示內容比較簡單，此處就再也不詳述。另外，在Wi-Fi Display規範中，還存在着Source將Video和Audio內容分別傳送給不一樣Render Device的狀況。感興趣的讀者可參考Wi-Fi Display技術規範。

另外，Miracast對所支持的視音頻格式也進行了規定，如表1所示。

表1  Miracast 視音頻格式支持

分辨率	17種 CEA格式，分辨率從640*480到1920*1080，幀率從24到60 29種VESA格式，分辨率從800*600到1920*1200，幀率從30到60 12種手持設備格式，分辨率從640*360到960*540，幀率從30到60
視頻	H.264高清
音頻	必選：LPCM 16bits，48kHz採樣率，雙聲道 可選： LPCM 16bits，44.1kHz採樣率，雙聲道 Advanced Audio coding Dolby Advanced Codec 3

最後，咱們簡單介紹一下Miracast的大致工做流程。Miracast以session爲單位來管理兩個設備之間的交互的工做，主要步驟包括（按順序）：

• Device Discovery：經過Wi-Fi P2P來查找附近的支持Wi-Fi P2P的設備。
• Device Selection：當設備A發現設備B後，A設備須要提示用戶。用戶可根據須要選擇是否和設備B配對。
• Connection Setup：Source和Display設備之間經過Wi-Fi P2P創建鏈接。根據Wi-Fi Direct技術規範，這個步驟包括創建一個Group Owner和一個Client。此後，這兩個設備將創建一個TCP鏈接，同時一個用於RTSP協議的端口將被建立用於後續的Session管理和控制工做。
• Capability Negotiation：在正式傳輸視音頻數據前，Source和Display設備須要交換一些Miracast參數信息，例如雙方所支持的視音頻格式等。兩者協商成功後，才能繼續後面的流程。
• Session Establishment and streaming：上一步工做完成後，Source和Display設備將創建一個Miracast Session。然後就能夠開始傳輸視音頻數據。Source端的視音頻數據將經由MPEG2TS編碼後經過RTP協議傳給Display設備。Display設備將解碼收到的數據，並最終顯示出來。
• User Input back channel setup：這是一個可選步驟。主要用於在傳輸過程當中處理用戶發起的一些控制操做。這些控制數據將經過TCP在Source和Display設備之間傳遞。
• Payload Control：傳輸過程當中，設備可根據無線信號的強弱，甚至設備的電量情況來動態調整傳輸數據和格式。可調整的內容包括壓縮率，視音頻格式，分辨率等內容。
• Session teardown：中止整個Session。

經過對上面背景知識的介紹，讀者能夠發現：

• Miracast本質就是一個基於Wi-Fi的網絡應用。這個應用包括服務端和客戶端。
• 服務端和客戶端必須支持RTP/RTSP等網絡協議和相應的編解碼技術。