基于UPnP的視音頻服務重定向系統設計

龔 莎 （湘潭職業技術學院工學院，湖南 湘潭411102）

張 浩 （湘潭大學信息工程學院，湖南 湘潭411105）

隨著互聯網絡以及網絡基礎設施的迅速發展，網絡新型終端訪問設備也越來越多，如個人電腦、PDA、手機、數字電視、DVD、MP3、DV／DC等。當這些終端設備具備相互感知和操作能力，并且設備的部分或全部屬性能被映射到其他計算設備或系統中時，被稱之為泛在設備。這些泛在設備都有自己特定的屬性，能提供特定的服務。目前，基于UPnP技術的應用逐漸增多，如應用在媒體服務器和機頂盒中，但將UPnP協議應用到視音頻服務，特別是服務的重定向方面的研究和實現還較少。為此，筆者設計并實現了基于UPnP協議的視音頻服務重定向系統。

1 UPnP網絡

1.1 UPnP網絡結構

從客戶／服務器的角度來看，UPnP網絡的結構可分為3類：一類是發布服務的設備，該設備也可以嵌入在其他設備中；另一類是在網絡中搜尋特定服務的控制點，當控制點找到感興趣的服務后就會從網絡中提取設備及其服務的描述文檔，并加以控制；第3類是設備和控制點之間相互發現和控制的服務。該服務由一個狀態表、一個控制服務器和一個時間服務器所組成，在編程過程中服務的描述是以XML文檔的形式包含在設備描述中[1]。

1.2 UPnP技術使用的協議

UPnP采用了許多現有的、已經標準化了的協議來獲得廣泛的設備支持。UPnP協議棧的最下2層是TCP、IP和UDP層；第3層是HTTP、HTTPU、HTTPMU，屬于傳送協議層。這些協議有：簡單服務發現協議、通用事件通知體系、簡單對象訪問協議；第4層是UPnP設備體系定義；第5層是UPnP論壇的各個專業委員會的設備定義層，在這個論壇中，不同電器設備由不同的專業委員會定義。

圖1 UPnP網絡過程梯形圖

1.3 UPnP網絡工作步驟

UPnP網絡從加入到完成服務控制，設備和控制點需要經歷設備尋址、設備發現、設備描述、設備控制、事件處理、設備陳述6個基本過程[3]。過程先后層次關系如圖1所示。

2 系統設計

2.1 系統設計思路

UPnP論壇組織提供了一系列設備和服務標準模板，可以實現一些標準的設備與服務。該系統的服務確定為視音頻服務，而且UPnP網絡中具有播放功能的設備 （包括個人電腦、智能電視和智能手機等）都能訪問此服務。該系統設計的獨特之處在于：視音頻服務不只在資源服務器和設備間傳遞，還可在設備間實現重定向。該系統利用IP協議保證UPnP獨立于網絡傳輸的物理介質，采用SOAP協議保證設備具有互操作能力，采用XML對設備和服務進行統一的描述[2]，利用HTTP協議進行手機、電腦和服務期間的信息交互。使用這些現存的、廣泛應用的協議能減少開發系統的工作量，使網絡設備更好地融入現有網絡。

2.2 系統結構

該視音頻服務重定向系統的系統結構如圖2所示。當PC和手機通過無線路由連接好后，①啟動PC播放器，PC播放器向網絡中廣播自己的存在，同時發布自己的服務；②啟動手機播放器，在網絡中搜尋特定服務的設備：網絡中若存在該種類型的設備，便返回該設備的設備描述和服務描述給手機播放器，否則返回空；③PC播放器和手機播放器控制點建立點對點TCP連接；④控制點發送手機播放器正在播放的媒體資源地址給PC播放器，即將播放視頻的服務重定向到PC上，并控制PC播放器；⑤PC播放器播放媒體資源，并將音量、進度等狀態返回給控制點應用；⑥控制點應用通過控制按鈕來控制PC播放器。重復⑤、⑥步驟直至資源播放完畢，則該服務重定向過程結束。

圖2 系統框架結構圖

3 系統實現

互操作系統的實現包括PC媒體播放器和手機播放控制器2部分。PC媒體播放器主要應用在Eclipse平臺，用java語言來實現；由于手機采用Google手機，所以手機播放器是在Eclipse平臺下，加入Android插件完成開發。這2個應用都是基于UPnP協議棧完成的，無論是PC媒體播放器還是手機播放器都被 “UPnP化”了。這個過程是通過擴展UPnP協議中的Device類，如PC媒體播放器的實現如下：

實現移動設備，即系統里的智能手機的 “UPnP化”正是該系統的一大突破。在以往的研究中，人們都選用微機作為UPnP協議的載體，限制了UPnP協議在移動設備中的使用，制約了其進一步的應用。

當前智能手機種類繁多，但主要是基于window ce、Symbian和Android操作系統的。Android以其開放性得到大多數手機制造商、運營商和開發者的青睞，未來應用前景較好，故該系統采用基于Android操作系統的Google手機來充當系統中的移動設備。UPnP協議在Android平臺上的移植需要解決以下幾個問題。

3.1 UI設計的頁面布局問題

J2SE中用于UI設計主要是AWT （Abstract Window Toolkit）庫和Swing庫。發展到Android平臺，由于資源有限，一般其顯示屏的物理尺寸都相對較小，并不適合AWT這些UI包，而且手機的處理器能力和內存大小也不足以支持AWT、Swing的事件處理模式。所以Android定義了特有的UI包來實現UI界面。

Android編程中都要以XML格式預先定義好布局文件，并將這些文件存放在res文件夾的layout文件夾中。程序通過R.java類調用資源文件。

3.2 文件讀寫路徑問題

一般的J2SE編程中，對文件的讀寫操作都可以在程序本身的工程中進行，但Android編程中，對文件的讀寫與PC上java編程不同。因為Android讀寫文件的默認路徑為：data／data／工程名／filename。該路徑位于手機的系統文件區。故描述文件要創建在該目錄下，才能被程序所讀取，文件內使用相對路徑。

3.3 訪問網絡的權限問題

由于智能手機是采用的無線方式訪問網絡，所以與一般的PC編程不同。而該系統中，Android手機采用的是WIFI來進行的無線接入。所以在編程的時候，做一些配置。在配置文件AndroidManifest.xml中為程序添加以下一些網絡相關的權限：

解決了移植過程中的問題，為系統的實現鋪平了道路。另外，該系統中，還將控制點功能結合到了Android手機播放器中，所以該手機播放器不僅有播放媒體資源的功能，還有控制PC媒體播放器的功能。其中PC媒體服務器提供了2類服務，一個是Power（開關媒體服務器），另一個是URL（設置媒體服務器所播放的網絡地址）。在設備模型描述中，服務是最重要的元素，它為設備提供了真正的功能，UPnP網絡中的其他設備可以激活和控制服務。一個設備描述對外采用XML的形式，這樣便于解析。

4 結 語

該視音頻服務重定向系統恰當的利用了UPnP協議的自發現、零配置等特點，結合Java編程及當今流行的Android平臺編程技術，完美的實現了視頻服務重定向的功能。但在實際應用中還存在如下問題：①當網絡中UPnP設備較多時，搜索特定服務的設備耗時較長；②無法將具有特定服務的多個設備進行列表選擇；③重定向的服務有限。所以在服務重定向領域的發展，還有待進一步研究與完善。

[1]Weiser M.The computer for the twenty-first century [J].Scientific American，1991，265 （3）：94-104.

[2]欒新，徐丹田，王鵬，等.基于UPnP協議的AV框架的實現 [J].計算機應用研究，2006（12）：224-225.

[3]于辰濤.UPnP協議編程實踐 [EB／OL].http：／／www2900.ibm.com／developerWorks／cn／linux／other／UPnP／part1／index.shtml，2004-02-09.