隨著移動設(shè)備的普及，相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)已與大多數(shù)人的日常生活密不可分。在微軟(Microsoft)提出的「三端一云」概念中，各個屏幕間的互動連接，是許多用戶曾渴望的功能，但卻很少看到有良好的解抉方案。無線區(qū)域網(wǎng)路聯(lián)盟(Wi-Fi Alliance)注意到上述需求，因此對于家庭及企業(yè)在屏幕間互動的應(yīng)用，提出以無線方式進(jìn)行屏幕共享的技術(shù)Miracast。

Miracast是Wi-Fi聯(lián)盟的認(rèn)證名稱，原來的技術(shù)規(guī)格名稱為Wi-Fi Display，是Wi-Fi聯(lián)盟為鞏固其在無線應(yīng)用的龍頭地位，基于既有無線通訊技術(shù)提出的尖端應(yīng)用。該技術(shù)與認(rèn)證項(xiàng)目由Wi-Fi聯(lián)盟中的行動與消費(fèi)性電子設(shè)備制造商及晶片廠商共同制定。

 

Miracast簡化連結(jié)建立過程

Miracast簡化建立無線連結(jié)的過程，當(dāng)使用者希望在設(shè)備間無線分享設(shè)備的畫面內(nèi)容時，不需再透過繁復(fù)的連接傳輸線或進(jìn)行設(shè)定，而能直接相互識別、相互連結(jié)，并能管理鏈接，根據(jù)設(shè)備的功能與網(wǎng)路條件，協(xié)調(diào)影音傳輸格式，讓影音畫面能在不同的設(shè)備間串流分享。

利用Miracast技術(shù)，使用者不再需要尋找各種規(guī)格的線材與轉(zhuǎn)換器，也不需要確認(rèn)用于連接設(shè)備的正確接頭。智能手機(jī)、平板、個人電腦等設(shè)備不再需要連接界面復(fù)雜的設(shè)定，就能與其他的輸出設(shè)備，如電視機(jī)、機(jī)頂盒(STB)、投影機(jī)、音響、耳機(jī)等連接，隨即便能將多媒體與應(yīng)用服務(wù)的內(nèi)容在遠(yuǎn)端影音設(shè)備上播放。

 

大廠競相發(fā)展鏡像技術(shù)

鏡像技術(shù)(Mirroring Technology)相當(dāng)容易和數(shù)位生活網(wǎng)路聯(lián)盟(DLNA)推出的技術(shù)方案或虛擬網(wǎng)路運(yùn)算(VNC)技術(shù)混淆。DLNA技術(shù)的用途是多媒體文件(音樂、圖片、影片)的分享；而VNC強(qiáng)調(diào)的是遠(yuǎn)端桌面的控制，本文討論的鏡像技術(shù)則是強(qiáng)調(diào)個人設(shè)備上的聲音畫面分享，不限于任何文件格式及服務(wù)應(yīng)用。

目前與鏡像技術(shù)相關(guān)的技術(shù)主要有蘋果(Apple)的AirPlay Mirroring、英特爾(Intel)的WiDi、WiGig聯(lián)盟的WiGig、晶鐌(Silicon Image)UltraGig(Wireless HD)、WHDI聯(lián)盟的無線數(shù)位家庭介面(WHDI)、汽車連線聯(lián)盟(Car Connectivity Consortium)的MirrorLink，以及Miracast。除WiGig及UltraGig使用的是60GHz的頻段，其他的技術(shù)都是使用2.4GHz或5GHz的頻段，不同的技術(shù)也有不同的傳輸速率及影音格式的規(guī)范。

 

AirPlay Mirroring憑借其iOS及Mac設(shè)備的熱賣，在此技術(shù)領(lǐng)域占有一定的比例；WiDi以內(nèi)建于英特爾筆記型電腦平臺上的優(yōu)勢打入市場；WiGig技術(shù)的傳輸率可到達(dá)7Gbit/s，2013年初又與Wi-Fi聯(lián)盟合併，因此未來的發(fā)展值得關(guān)注。UltraGig的傳輸率可到達(dá)28Gbit/s，不過該技術(shù)目前由晶像獨(dú)占，得視設(shè)備制造商是否愿意采用；WHDI也由于其獨(dú)占性，須看制造商是否買單；MirrorLink主要的應(yīng)用目標(biāo)是在車載系統(tǒng)，并同時定義有線及無線的應(yīng)用，由于是汽車連線聯(lián)盟主推，因此比較有機(jī)會被車商所採用；而Miracast由Wi-Fi聯(lián)盟提出，并基于既有的Wi-Fi技術(shù)，容易與現(xiàn)有的無線產(chǎn)品結(jié)合，因此開發(fā)廠商較多，特別是英特爾宣布WiDi 3.5版將與Mircast相容。由此可見，Miracast是目前最被看好的一項(xiàng)技術(shù)，自從2012年9月中開放認(rèn)證后，已有數(shù)十項(xiàng)產(chǎn)品通過認(rèn)證，經(jīng)認(rèn)證的產(chǎn)品數(shù)量也六續(xù)增加中。

 

Miracast相容Wi-Fi技術(shù)基礎(chǔ)

Miracast建立在其他幾項(xiàng)Wi-Fi聯(lián)盟所發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)之上，包括無線傳輸技術(shù)802.11n(相容于未來其他傳輸規(guī)格如802.11ac)、點(diǎn)對點(diǎn)連接技術(shù)的Wi-Fi Direct與TDLS(Tunneled Direct Link Setup)、安全性方面的WPA2(Wi-Fi Protected Access 2)加密、提供服務(wù)品質(zhì)(QoS)及流量管理的WMM(Wi-Fi Multimedia)技術(shù)、省電相關(guān)機(jī)制的WMM Power Save技術(shù)，以及方便使用者配置網(wǎng)路的WPS(Wi-Fi Protected Setup)技術(shù)。

在Miracast規(guī)格中，將設(shè)備分為兩類，一類稱為傳送端(Source)，另一類稱為接收端(Sink)。接收端又分為主接收端(Primary Sink)及次接收端(Secondary Sink)，差別在于主接收端能支援影像或聲音的資料輸出；而次接收端只支援聲音的資料輸出，這洋的區(qū)別是由于Miracast提出配對接收端(Coupled Sink)的操作架構(gòu)(圖1)，使用者可選擇將影音分流至不同設(shè)備并同時呈現(xiàn)影音資訊。

??Miracast操作的程序，如圖2所示。首先，由于Miracast也定義服務(wù)搜尋的功能，不過在規(guī)格中是選擇性的，因此會以Wi-Fi Direct尋找附近的Miracast設(shè)備，然后將尋找的訊息傳達(dá)給使用者。使用者可以從尋找到或是先前連線過的設(shè)備中，選擇想要連接的設(shè)備，建立好無線連線后，兩邊的設(shè)備會進(jìn)行設(shè)備功能與網(wǎng)路條件的協(xié)調(diào)，以選擇這合的影音傳輸格式。建立影音串流的連線協(xié)議(Session)后，后續(xù)就是一連串的即時串流協(xié)定(RTSP)控制命令，以控制影音串流的播放及終止。

 

圖3為Miracast的通訊架構(gòu)中關(guān)于控制的部分，從底層來看是基于Wi-Fi Direct、TDLS及WPS等無線技術(shù)上。接下來會分為兩個部分，一部分是在于開放系統(tǒng)互聯(lián)第二層(OSI Layer 2)，亦即資料連結(jié)層(Data Link Layer)的操作，以進(jìn)行尋找設(shè)備及建立無線連線。另一部分是在無線網(wǎng)路連線建立后，TCP/IP層之上的控制命令，包括以RTSP協(xié)定進(jìn)行設(shè)備能力鉤通(Capability Negotiation)、影音串流連線協(xié)議的建立與管理、使用者輸入反向通道(UIBC/User Input Back Channel)、遠(yuǎn)端I2C讀寫(Remote I2C Read/Write)或高頻寬數(shù)位內(nèi)容保護(hù)(High-Bandwidth Digital Content Protection, HDCP)控制訊息等資料的傳送。

 

其中，UIBC定義如何將接收端的控制訊號回送到傳送端，包括觸控、滑鼠、鍵盤、搖桿等設(shè)備事件，讓使用者透過接收端的輸入設(shè)備回控傳送端；而遠(yuǎn)端I2C讀寫是讓傳送端可透過TCP/IP讀寫一些接收端的I2C訊號，如延伸顯示能力識別(EDID)，以取得訊息或進(jìn)行控制；HDCP是由英特爾發(fā)展，用于保護(hù)數(shù)位內(nèi)容的技術(shù)，主要是防止數(shù)位內(nèi)容在傳輸?shù)臅r候被盜錄，在傳送端及接收端之前建立一套加解密的機(jī)制，如果在傳輸?shù)倪^程中有不支援HDCP的設(shè)備，則被保護(hù)的影片將會無法顯示或被迫調(diào)降解析度觀看。值得注意的是，UIBC、遠(yuǎn)端I2C讀寫與HDCP等Miracast所定義的服務(wù)與功能，在規(guī)格中并非必備，廠商可依應(yīng)用的需求抉定是否實(shí)作。

 

Miracast影像/聲音串流規(guī)格不同

Miracast規(guī)格在影像上規(guī)定使用ITU-T H.264影像編碼演算法進(jìn)行壓縮，但為配合應(yīng)用上的特性，有些微的修改，舍棄比較復(fù)雜的技術(shù)，如基線協(xié)定(Baseline Profile, BP)定義的彈性聚集區(qū)塊(Flexible Macroblock Ordering, FMO)、任意切片順序(Arbitrary Slice Ordering, ASO)、冗余切片(Redundant Slice, RS)及CBP(Constrained Baseline Profile)等。另外，Miracast規(guī)格還調(diào)整HP(High Profile)中的上下文自我調(diào)整二進(jìn)位算術(shù)編碼(Context-adaptive Binary Arithmetic Coding, CABAC)和B Slice，成為新的CHP(Constrained High Profile)。

此外，Miracast影像傳輸規(guī)格級別(Level)定義在3.1到4.2，可選擇的解析度包括美國消費(fèi)電子產(chǎn)品協(xié)會(CEA)、視訊電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(VESA)及HH(Handheld)標(biāo)準(zhǔn)中所訂定的數(shù)十種解析度組合，最高解析度及更新率可達(dá)1,920×1,200 60fps。另外，Miracast影像傳輸規(guī)格也有定義三維(3D)影片格式，包括Top & Bottom[Half]、Frame Sequential、Frame Packing及Side by Side[Half]等格式。

在聲音的格式方面，主要定義線性脈沖編碼調(diào)變(Linear Pulse-Code Modulation, LPCM)、進(jìn)階音頻編碼(Advanced Audio Coding, AAC)及Dolby Advanced Codec 3(AC3)三種聲音編碼方式，及不同的聲道數(shù)、采樣率及比特率等。

 

圖4為Miracast通訊架構(gòu)中關(guān)于影音資料處理流程的部分。整個影音資料處理及傳輸?shù)牧鞒?，大致上分為幾個階段，一開始將擷取到系統(tǒng)的畫面及聲音進(jìn)行壓縮，而壓縮后的影音資料再轉(zhuǎn)為基本封包串流(Packetized Elementary Stream, PES)封包格式，若應(yīng)用HDCP，會將相關(guān)資訊加進(jìn)來，再以MPEG2-TS的方式進(jìn)行影音資料的融合(Mux)，接下來再加上RTP的標(biāo)頭(Header)，最后透過UDP/IP的方式傳送。到接收端則是反向的解封裝、分工(Demux)、HDCP解密及解壓縮后，呈現(xiàn)影像及聲音的資料。

Miracast規(guī)格中也有提到建議的流量控制方式。在網(wǎng)路傳輸不穩(wěn)定的時候，可透過改變壓縮率、略過畫面或聚集區(qū)塊，或者透過改變影音編碼格式等方法達(dá)到流量的控制，以維持影音播放的流暢性。

 

鏡像技術(shù)應(yīng)用范疇廣

本文說明Miracast的流程及架構(gòu)后，將進(jìn)一步討論鏡像技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，因此并不局限在Miracast的規(guī)范內(nèi)。除基本的小屏幕鏡像到大屏幕的影音多媒體應(yīng)用外，鏡像技術(shù)還可發(fā)展出許多種不同的變形應(yīng)用，如可擴(kuò)展到一對多的應(yīng)用，亦即會議中可將間報(bào)傳送到其他與會者的個人設(shè)備，也可把文件的分享整合，讓與會者能同時在文件上進(jìn)行協(xié)作編輯，會議結(jié)束后能將紀(jì)錄儲存于與會者的個人設(shè)備。在教學(xué)的應(yīng)用環(huán)境中，教學(xué)者能將畫面?zhèn)魉偷綄W(xué)生的設(shè)備，或是將教學(xué)者或特定學(xué)生的畫面?zhèn)魉偷诫娮影装迳稀?/span>

另外的變形應(yīng)用是使用鏡像技術(shù)將個人設(shè)備的延伸畫面?zhèn)魉偷竭h(yuǎn)端屏幕，進(jìn)而和原有的設(shè)備進(jìn)行特殊的互動應(yīng)用，例如將游戲畫面投射在高解析度的電視上，手機(jī)上則顯示與使用者互動的控制器畫面。除此之外，結(jié)合UIBC的技術(shù)，可達(dá)到BYOD(Bring Your Own Device)的概念，消費(fèi)者使用自己的智慧型設(shè)備做為一臺可攜式的主機(jī)，在辦公室只須準(zhǔn)備屏幕及輸入設(shè)備后，就能輕鬆的辦公，也毋須擔(dān)心的資料的同步、傳輸?shù)陌踩约肮ぷ鳝h(huán)境的機(jī)動性之類的問題。

 

Wi-Fi規(guī)范支持 Miracast市場發(fā)展前景可期

Miracast是一項(xiàng)新的Wi-Fi聯(lián)盟認(rèn)證項(xiàng)目，透過既有Wi-Fi無線通訊技術(shù)的結(jié)合，完成包括電視、機(jī)上盒、投影機(jī)、智慧型手機(jī)、平板設(shè)備及筆記型電腦等消費(fèi)類電子設(shè)備的互動，將圖片、文字、聲音與影像內(nèi)容甚至是更多的服務(wù)應(yīng)用畫面在不同設(shè)備間共享，兼具高品質(zhì)與便利性，讓使用者免除連接線材與轉(zhuǎn)換器的煩惱，以無線的方式分享手中的豐富內(nèi)容。

從最近幾次的消費(fèi)性電子展(CES)或全球行動通訊大會(MWC)，可以看出鏡像技術(shù)是各家大廠想推出的一項(xiàng)亮點(diǎn)技術(shù)，但是設(shè)備互通性一直是很重要的問題，若是獨(dú)占性太高的產(chǎn)品，不容易把市場做大。Miracast為Wi-Fi聯(lián)盟樹立的一個共通標(biāo)準(zhǔn)，且能被大多數(shù)的廠商採用，有很高的互通性，將是該技術(shù)成功的關(guān)鍵。

另外，鏡像技術(shù)的變形應(yīng)用，也是未來可預(yù)見的一種趨勢，家庭、辦公室、行動通訊以及教學(xué)環(huán)境等各場域的需求，衍生出一對多、延伸桌面、UIBC等技術(shù)的應(yīng)用，將能為生活帶來許多有趣的體驗(yàn)。必捷網(wǎng)絡(luò)提供完善的無線投屏SDK軟件方案，Miracast SDK、AirPlay SDK、PC端無線投屏、移動端無線投屏，都可以根據(jù)客戶需求定制開發(fā)，歡迎咨詢！