Android Wi-Fi Display（Miracast）介绍

2012年11月中旬，Google发布了Android 4.2。虽然它和Android 4.1同属Jelly Bean系列，但却添加了很多新的功能。其中，在显示部分，Android 4.2在Project Butter基础上再接再厉，新增了对Wi-Fi Display功能的支持。由此也导致整个显示架构发生了较大的变化。

本文首先介绍Wi-Fi Display的背景知识，然后再结合代码对Android 4.2中Wi-Fi Display的实现进行介绍。

一背景知识介绍

Wi-Fi Display经常和Miracast联系在一起。实际上，Miracast是Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）对支持Wi-Fi Display功能的设备的认证名称。通过Miracast认证的设备将在最大程度内保持对Wi-Fi Display功能的支持和兼容。由此可知，Miracast考察的就是Wi-Fi Display（本文后续将不再区分Miracast和Wi-Fi Display）。而Wi-Fi Display的核心功能就是让设备之间通过Wi-Fi无线网络来分享视音频数据。以一个简单的应用场景为例：有了Wi-Fi Display后，手机和电视机之间可以直接借助Wi-Fi，而无需硬连线（如HDMI）就可将手机中的视频投递到TV上去显示[①]。以目前智能设备的发展趋势来看，Wi-Fi Display极有可能在较短时间内帮助我们真正实现多屏互动。

从技术角度来说，Wi-Fi Display并非另起炉灶，而是充分利用了现有的Wi-Fi技术。图1所示为Wi-Fi Display中使用的其他Wi-Fi技术项。

图1 Miracast的支撑体系结构

由图1可知，Miracast依赖的Wi-Fi技术项[②]有：

• Wi-Fi Direct，也就是Wi-Fi P2P。它支持在没有AP（Access Point）的情况下，两个Wi-Fi设备直连并通信。
• Wi-Fi Protected Setup：用于帮助用户自动配置Wi-Fi网络、添加Wi-Fi设备等。
• 11n/WMM/WPA2：其中，11n就是802.11n协议，它将11a和11g提供的Wi-Fi传输速率从56Mbps提升到300甚至600Mbps。WMM是Wi-Fi Multimedia的缩写，是一种针对实时视音频数据的QoS服务。而WPA2意为Wi-Fi Protected Acess第二版，主要用来给传输的数据进行加密保护。

上述的Wi-Fi技术中，绝大部分功能由硬件厂商实现。而在Android中，对Miracast来说最重要的是两个基础技术：

• Wi-Fi Direct：该功能由Android中的WifiP2pService来管理和控制。
• Wi-Fi Multimedia：为了支持Miracast，Android 4.2对MultiMedia系统也进行了修改。

下边我们对Miracast几个重要知识点进行介绍，首先是拓扑结构和视音频格式方面的内容。

Miracast一个重要功能就是支持Wi-Fi Direct。但它也考虑了无线网络环境中存在AP设备的情况下，设备之间的互联问题。读者可参考如图2所示的四种拓扑结构。

图2  Miracast的四种拓扑结构

图2所示内容比较简单，此处就不再详述。另外，在Wi-Fi Display规范中，还存在着Source将Video和Audio内容分别传送给不同Render Device的情况。感兴趣的读者可参考Wi-Fi Display技术规范。

另外，Miracast对所支持的视音频格式也进行了规定，如表1所示。

表1  Miracast 视音频格式支持

最后，我们简单介绍一下Miracast的大体工作流程。Miracast以session为单位来管理两个设备之间的交互的工作，主要步骤包括（按顺序）：

• Device Discovery：通过Wi-Fi P2P来查找附近的支持Wi-Fi P2P的设备。
• Device Selection：当设备A发现设备B后，A设备需要提示用户。用户可根据需要选择是否和设备B配对。
• Connection Setup：Source和Display设备之间通过Wi-Fi P2P建立连接。根据Wi-Fi Direct技术规范，这个步骤包括建立一个Group Owner和一个Client。此后，这两个设备将建立一个TCP连接，同时一个用于RTSP协议的端口将被创建用于后续的Session管理和控制工作。
• Capability Negotiation：在正式传输视音频数据前，Source和Display设备需要交换一些Miracast参数信息，例如双方所支持的视音频格式等。二者协商成功后，才能继续后面的流程。
• Session Establishment and streaming：上一步工作完成后，Source和Display设备将建立一个Miracast Session。而后就可以开始传输视音频数据。Source端的视音频数据将经由MPEG2TS编码后通过RTP协议传给Display设备。Display设备将解码收到的数据，并最终显示出来。
• User Input back channel setup：这是一个可选步骤。主要用于在传输过程中处理用户发起的一些控制操作。这些控制数据将通过TCP在Source和Display设备之间传递。
• Payload Control：传输过程中，设备可根据无线信号的强弱，甚至设备的电量状况来动态调整传输数据和格式。可调整的内容包括压缩率，视音频格式，分辨率等内容。
• Session teardown：停止整个Session。

通过对上面背景知识的介绍，读者可以发现：

• Miracast本质就是一个基于Wi-Fi的网络应用。这个应用包括服务端和客户端。
• 服务端和客户端必须支持RTP/RTSP等网络协议和相应的编解码技术。