随著移动设备的普及,相关的应用服务已与大多数人的日常生活密不可分。在微软(Microsoft)提出的「三端一云」概念中,各个屏幕间的互动连接,是许多用户曾渴望的功能,但却很少看到有良好的解抉方案。无线区域网路联盟(Wi-Fi Alliance)注意到上述需求,因此对于家庭及企业在屏幕间互动的应用,提出以无线方式进行屏幕共享的技术Miracast

Miracast是Wi-Fi联盟的认证名称,原来的技术规格名称为Wi-Fi Display,是Wi-Fi联盟为巩固其在无线应用的龙头地位,基于既有无线通讯技术提出的尖端应用。该技术与认证项目由Wi-Fi联盟中的行动与消费性电子设备制造商及晶片厂商共同制定。

 

Miracast简化连结建立过程

Miracast简化建立无线连结的过程,当使用者希望在设备间无线分享设备的画面内容时,不需再透过繁复的连接传输线或进行设定,而能直接相互识别、相互连结,并能管理链接,根据设备的功能与网路条件,协调影音传输格式,让影音画面能在不同的设备间串流分享。

利用Miracast技术,使用者不再需要寻找各种规格的线材与转换器,也不需要确认用于连接设备的正确接头。智能手机、平板、个人电脑等设备不再需要连接界面复杂的设定,就能与其他的输出设备,如电视机、机顶盒(STB)、投影机、音响、耳机等连接,随即便能将多媒体与应用服务的内容在远端影音设备上播放。

 

大厂竞相发展镜像技术

镜像技术(Mirroring Technology)相当容易和数位生活网路联盟(DLNA)推出的技术方案或虚拟网路运算(VNC)技术混淆。DLNA技术的用途是多媒体文件(音乐、图片、影片)的分享;而VNC强调的是远端桌面的控制,本文讨论的镜像技术则是强调个人设备上的声音画面分享,不限于任何文件格式及服务应用。

目前与镜像技术相关的技术主要有苹果(Apple)的AirPlay Mirroring、英特尔(Intel)的WiDi、WiGig联盟的WiGig、晶鐌(Silicon Image)UltraGig(Wireless HD)、WHDI联盟的无线数位家庭介面(WHDI)、汽车连线联盟(Car Connectivity Consortium)的MirrorLink,以及Miracast。除WiGig及UltraGig使用的是60GHz的频段,其他的技术都是使用2.4GHz或5GHz的频段,不同的技术也有不同的传输速率及影音格式的规范。

 

AirPlay Mirroring凭借其iOS及Mac设备的热卖,在此技术领域占有一定的比例;WiDi以内建于英特尔笔记型电脑平台上的优势打入市场;WiGig技术的传输率可到达7Gbit/s,2013年初又与Wi-Fi联盟合併,因此未来的发展值得关注。UltraGig的传输率可到达28Gbit/s,不过该技术目前由晶像独占,得视设备制造商是否愿意采用;WHDI也由于其独占性,须看制造商是否买单;MirrorLink主要的应用目标是在车载系统,并同时定义有线及无线的应用,由于是汽车连线联盟主推,因此比较有机会被车商所採用;而Miracast由Wi-Fi联盟提出,并基于既有的Wi-Fi技术,容易与现有的无线产品结合,因此开发厂商较多,特别是英特尔宣布WiDi 3.5版将与Mircast相容。由此可见,Miracast是目前最被看好的一项技术,自从2012年9月中开放认证后,已有数十项产品通过认证,经认证的产品数量也六续增加中。

 

Miracast相容Wi-Fi技术基础

Miracast建立在其他几项Wi-Fi联盟所发展的基础技术之上,包括无线传输技术802.11n(相容于未来其他传输规格如802.11ac)、点对点连接技术的Wi-Fi Direct与TDLS(Tunneled Direct Link Setup)、安全性方面的WPA2(Wi-Fi Protected Access 2)加密、提供服务品质(QoS)及流量管理的WMM(Wi-Fi Multimedia)技术、省电相关机制的WMM Power Save技术,以及方便使用者配置网路的WPS(Wi-Fi Protected Setup)技术。

在Miracast规格中,将设备分为两类,一类称为传送端(Source),另一类称为接收端(Sink)。接收端又分为主接收端(Primary Sink)及次接收端(Secondary Sink),差别在于主接收端能支援影像或声音的资料输出;而次接收端只支援声音的资料输出,这洋的区别是由于Miracast提出配对接收端(Coupled Sink)的操作架构(图1),使用者可选择将影音分流至不同设备并同时呈现影音资讯。

miracast投屏拓扑图

图1Miracast配对接收端拓扑结构

  Miracast操作的程序,如图2所示。首先,由于Miracast也定义服务搜寻的功能,不过在规格中是选择性的,因此会以Wi-Fi Direct寻找附近的Miracast设备,然后将寻找的讯息传达给使用者。使用者可以从寻找到或是先前连线过的设备中,选择想要连接的设备,建立好无线连线后,两边的设备会进行设备功能与网路条件的协调,以选择这合的影音传输格式。建立影音串流的连线协议(Session)后,后续就是一连串的即时串流协定(RTSP)控制命令,以控制影音串流的播放及终止。

 

miracast控制流程图

miracast控制流程图

图3为Miracast的通讯架构中关于控制的部分,从底层来看是基于Wi-Fi Direct、TDLS及WPS等无线技术上。接下来会分为两个部分,一部分是在于开放系统互联第二层(OSI Layer 2),亦即资料连结层(Data Link Layer)的操作,以进行寻找设备及建立无线连线。另一部分是在无线网路连线建立后,TCP/IP层之上的控制命令,包括以RTSP协定进行设备能力钩通(Capability Negotiation)、影音串流连线协议的建立与管理、使用者输入反向通道(UIBC/User Input Back Channel)、远端I2C读写(Remote I2C Read/Write)或高频宽数位内容保护(High-Bandwidth Digital Content Protection, HDCP)控制讯息等资料的传送。

 

miracast通讯结构控制图

图3miracast通讯结构控制图

其中,UIBC定义如何将接收端的控制讯号回送到传送端,包括触控、滑鼠、键盘、摇杆等设备事件,让使用者透过接收端的输入设备回控传送端;而远端I2C读写是让传送端可透过TCP/IP读写一些接收端的I2C讯号,如延伸显示能力识别(EDID),以取得讯息或进行控制;HDCP是由英特尔发展,用于保护数位内容的技术,主要是防止数位内容在传输的时候被盗录,在传送端及接收端之前建立一套加解密的机制,如果在传输的过程中有不支援HDCP的设备,则被保护的影片将会无法显示或被迫调降解析度观看。值得注意的是,UIBC、远端I2C读写与HDCP等Miracast所定义的服务与功能,在规格中并非必备,厂商可依应用的需求抉定是否实作。

 

Miracast影像/声音串流规格不同

Miracast规格在影像上规定使用ITU-T H.264影像编码演算法进行压缩,但为配合应用上的特性,有些微的修改,舍弃比较复杂的技术,如基线协定(Baseline Profile, BP)定义的弹性聚集区块(Flexible Macroblock Ordering, FMO)、任意切片顺序(Arbitrary Slice Ordering, ASO)、冗余切片(Redundant Slice, RS)及CBP(Constrained Baseline Profile)等。另外,Miracast规格还调整HP(High Profile)中的上下文自我调整二进位算术编码(Context-adaptive Binary Arithmetic Coding, CABAC)和B Slice,成为新的CHP(Constrained High Profile)。

此外,Miracast影像传输规格级别(Level)定义在3.1到4.2,可选择的解析度包括美国消费电子产品协会(CEA)、视讯电子标准协会(VESA)及HH(Handheld)标准中所订定的数十种解析度组合,最高解析度及更新率可达1,920×1,200 60fps。另外,Miracast影像传输规格也有定义三维(3D)影片格式,包括Top & Bottom[Half]、Frame Sequential、Frame Packing及Side by Side[Half]等格式。

在声音的格式方面,主要定义线性脉冲编码调变(Linear Pulse-Code Modulation, LPCM)、进阶音频编码(Advanced Audio Coding, AAC)及Dolby Advanced Codec 3(AC3)三种声音编码方式,及不同的声道数、采样率及比特率等。

 

miracast影音处理流程图

图4miracast影音处理流程图

图4为Miracast通讯架构中关于影音资料处理流程的部分。整个影音资料处理及传输的流程,大致上分为几个阶段,一开始将撷取到系统的画面及声音进行压缩,而压缩后的影音资料再转为基本封包串流(Packetized Elementary Stream, PES)封包格式,若应用HDCP,会将相关资讯加进来,再以MPEG2-TS的方式进行影音资料的融合(Mux),接下来再加上RTP的标头(Header),最后透过UDP/IP的方式传送。到接收端则是反向的解封装、分工(Demux)、HDCP解密及解压缩后,呈现影像及声音的资料。

Miracast规格中也有提到建议的流量控制方式。在网路传输不稳定的时候,可透过改变压缩率、略过画面或聚集区块,或者透过改变影音编码格式等方法达到流量的控制,以维持影音播放的流畅性。

 

镜像技术应用范畴广

本文说明Miracast的流程及架构后,将进一步讨论镜像技术的相关应用,因此并不局限在Miracast的规范内。除基本的小屏幕镜像到大屏幕的影音多媒体应用外,镜像技术还可发展出许多种不同的变形应用,如可扩展到一对多的应用,亦即会议中可将间报传送到其他与会者的个人设备,也可把文件的分享整合,让与会者能同时在文件上进行协作编辑,会议结束后能将纪录储存于与会者的个人设备。在教学的应用环境中,教学者能将画面传送到学生的设备,或是将教学者或特定学生的画面传送到电子白板上。

另外的变形应用是使用镜像技术将个人设备的延伸画面传送到远端屏幕,进而和原有的设备进行特殊的互动应用,例如将游戏画面投射在高解析度的电视上,手机上则显示与使用者互动的控制器画面。除此之外,结合UIBC的技术,可达到BYOD(Bring Your Own Device)的概念,消费者使用自己的智慧型设备做为一台可携式的主机,在办公室只须准备屏幕及输入设备后,就能轻鬆的办公,也毋须担心的资料的同步、传输的安全性及工作环境的机动性之类的问题。

 

Wi-Fi规范支持 Miracast市场发展前景可期

Miracast是一项新的Wi-Fi联盟认证项目,透过既有Wi-Fi无线通讯技术的结合,完成包括电视、机上盒、投影机、智慧型手机、平板设备及笔记型电脑等消费类电子设备的互动,将图片、文字、声音与影像内容甚至是更多的服务应用画面在不同设备间共享,兼具高品质与便利性,让使用者免除连接线材与转换器的烦恼,以无线的方式分享手中的丰富内容。

从最近几次的消费性电子展(CES)或全球行动通讯大会(MWC),可以看出镜像技术是各家大厂想推出的一项亮点技术,但是设备互通性一直是很重要的问题,若是独占性太高的产品,不容易把市场做大。Miracast为Wi-Fi联盟树立的一个共通标准,且能被大多数的厂商採用,有很高的互通性,将是该技术成功的关键。

另外,镜像技术的变形应用,也是未来可预见的一种趋势,家庭、办公室、行动通讯以及教学环境等各场域的需求,衍生出一对多、延伸桌面、UIBC等技术的应用,将能为生活带来许多有趣的体验。必捷网络提供完善的无线投屏SDK软件方案Miracast SDKAirPlay SDK、PC端无线投屏、移动端无线投屏,都可以根据客户需求定制开发,欢迎咨询!


发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注