互聯網視頻中多屏互動技術的應用

魏 崢，施唯佳，祝谷喬

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 引言

自互聯網視頻 （本文中所指的互聯網視頻包括OTT視頻和IPTV視頻）相關領域的崛起，人們觀看視頻內容的方式已經發生了天翻地覆的變化，互聯網視頻已經成為人們生活中不可或缺的一部分。權威報告顯示，截至2013年12月，中國網絡視頻用戶規模達4.28億人，較上年底增加5637萬人，增長率為15.2%。網絡視頻使用率為69.3%，與上年底相比增長3.4個百分點[1]。同時隨著智能手機的飛速發展，預計2014年中國市場上將銷售4.435億部手機，智能手機將達4億部，智能手機的滲透率極高，高達95%。互聯網視頻在移動終端上的增長也呈井噴的態勢，艾瑞咨詢數據顯示，截至2013年12月，移動端月度覆蓋人數已經達到1.48億人，同比增長58.4%。隨著4K等新的視頻技術的不斷普及，用戶對于大屏幕高清視頻內容的需求也再次成為了焦點。用戶一方面越來越習慣利用各種碎片時間在智能手機等移動終端上進行視頻內容的觀看，同時也越來越渴望分辨率更高、聲音效果更好的大屏幕觀看體驗。從行業的角度，中國的視頻行業市場已經愈發成熟，競爭格局漸成，入口延伸至電視、PC、手機、平板電腦、機頂盒以及智能電視等多類型終端，用戶普及度和滲透率幾乎覆蓋整個中國。相關運營方會更多地考慮如何實現優質的內容捆綁，整合多屏聯動，向受眾傳達其統一的品牌和理念。所以針對當前互聯網視頻的發展特點，如何同時滿足當前用戶對于智能手機的依賴以及用戶對于高清視頻和大屏觀看體驗的需求，對資源進行高效利用，使多個屏幕之間形成互動，為用戶提供完整的綜合服務，成為互聯網視頻領域一個備受關注的焦點。

2 關鍵技術

在詳細介紹互聯網視頻相關的多屏互動關鍵技術之前，為了更好地理解各種技術的特點和不同，有必要先詳細介紹一下常見的典型互聯網視頻應用下的多屏互動功能。伴隨著互聯網視頻產業的迅猛增長，互聯網視頻相關的多屏互動技術也在同步飛速發展，其主要功能一直以視頻內容在手機和平板電腦等移動終端與智能機頂盒和智能電視等固定終端之間進行推送和拉回為發展核心。當前常用的典型功能如下。

·甩屏類型:用戶通過手機或平板電腦等移動終端對互聯網視頻內容進行搜索，然后在手機上對選定的節目進行預覽，最后確定觀看后甩屏至智能電視機或機頂盒進行觀賞；或者用戶已經在智能電視或機頂盒上觀看選定的視頻節目，由于無法繼續在電視機前觀看，可將正在觀看的節目甩屏至手機或平板電腦等移動終端，繼續觀看剛才的節目。

·操作類型:用戶在使用智能電視機或機頂盒觀看視頻內容的同時，使用手機或平板電腦等移動終端對機頂盒或電視機進行控制。

·分享類型:用戶將手機或平板電腦中的文檔、圖片、音樂或本地視頻等內容，分享至智能電視機或機頂盒，在電視機或機頂盒上進行觀看和播放，提升體驗效果，方便多人觀看。

當前的互聯網視頻相關的多屏互動功能大體上就是前面所介紹的3種類型，雖然不同廠商或設備所提供的功能名稱可能不一樣，但是互動的核心模式都是以上這3種類型。下面結合以上3種功能類型，詳細介紹幾種在互聯網視頻領域常用的多屏互動技術。

2.1 DLNA

DLNA(Digital Living Network Alliance)[2]創始于 2003年6月24日,它的前身是DHWG（Digital Home Working Group，數字家庭工作組），該聯盟當時由微軟、英特爾和索尼等廠商發起，目的在于解決個人電腦、家用電子設備和多種移動終端在內的各種設備，在家庭有線局域網或者無線局域網環境內進行互聯互通，使人們可以在家庭內部使用電腦、手機、平板電腦、機頂盒、電視機和其他支持DLNA的設備分享各種多媒體內容和服務，并且可以在DLNA基礎上進行擴展。現在，DLNA成員企業已經有300余家，除了當初聯盟的創立者之外，現在聯盟中還包括AT&T、思科、華為技術、博通、愛立信、惠普、松下、三星和夏普等，涉及通信運營商、芯片制造廠商、家電廠商、通信設備廠商等多種類型的企業。

DLNA的組織龐大，知名廠商眾多，是設備互聯和多屏互動技術領域的一個至關重要的技術規范，下面會對其基本技術構架進行較為簡要的介紹，從而方便對整個互聯網視頻領域的多屏互動技術進行基本的了解。DLNA的目的是提供一個開放的行業標準，確立技術規范，供相關廠商設計和開發可以在家庭內部進行智能互聯互通的設備，以此標準為基礎，提供一個開放的互聯互通環境，供相關企業的設備在這個環境內進行互動。DLNA內的各種類型廠商眾多，為了方便大家進行互聯互通時對各種類型的設備進行區分，DLNA定義了以下類型的設備，并以此為規范。

（1）家庭網絡設備（home network device，HND)[2]

這類終端主要指家庭設備，具有相對比較大的尺寸和較為全面的功能，主要用來與移動終端設備進行區分，家庭設備又分為以下5個子類。

·數字媒體服務器（DMS）[2]。該類型終端設備主要提供媒體獲取、記錄、存儲和輸出服務。在DLNA規范中，DMS設備一定包含有數字媒體播放（DMP）設備的功能，DMS可以提供全面的綜合媒體服務，屬于DMS終端設備的有個人電腦、家庭媒體服務器、智能機頂盒和智能電視一體機等。

·數字媒體播放[2]設備。該類型終端可以從DMS/M-DMS設備上查找和獲取相應的多媒體內容，并進行渲染和播放。屬于DMP終端設備的有智能電視機、高清播放器等。

·數字媒體控制（DMC）[2]設備。該類型終端設備的主要功能在于使DMS和DMP設備之間建立聯系、傳遞內容數據，同時控制相應的操作。屬于DMC設備的有遙控器等。

·數字媒體渲染（DMR）[2]設備。該類型終端設備的主要功能是播放DMS上的相應內容，播放功能與DMP設備類似，與DMP設備的主要不同在于DMR設備沒有瀏覽和查詢功能，僅具備單純的播放功能。屬于DMR設備的有顯示器、音響等。

·數字媒體打?。―MPr）[2]設備。該類型終端設備主要提供打印功能。屬于DMPr設備的有網絡打印機。

（2）移動手持設備（mobile handheld device，MHD）[2]

相比前面的家庭設備，手持設備類型終端的功能相對簡單一些，更注重便攜性，該類設備所支持的媒體格式也稍有區別。

·移動數字媒體服務器（M-DMS）[2]。該類終端設備與DMS設備較為相似，如手機和平板電腦等。

·移動數字媒體播放器（M-DMP）[2]。該類終端設備與DMP設備較為相似，如移動小尺寸顯示器（該類設備當今已經較難見到實用性產品）。

·移動數字媒體下載設備（M-DMD）[2]。該類終端設備主要提供內容的下載和存儲功能，屬于該類型設備的有MP3播放器和電子相框等。

·移動數字媒體上傳（M-DMU）[2]設備。該類終端設備與M-DMD相對應，提供內容的上傳和存儲功能，屬于該類型設備的有數碼攝像機和數字錄音筆等。

·移動數字媒體控制（M-DMC）[2]設備。該類終端設備與DMC設備相似。屬于該類型設備的有多功能遙控器等。

（3）聯網基礎設備(networked infrastructure device，NID）[2]

該類設備為終端提供相應的網絡服務。

·無線網絡連接模塊 （mobile network connectivity function，M-NCF）[2]。該模塊負責提供無線網絡接入服務，DLNA建議所有網絡連接都以無線的形式連接。

·協調模塊（interoperability unit，MIU）[2]。該模塊負責各類型終端設備之間的協調工作以及各種媒體格式的轉換。

表1為DLNA設備分類。

綜上，可以看出DLNA規范并沒有創造全新的協議或技術，只是將現有的成熟技術和協議進行整合和規范，從而方便不同設備之間互動時使用。這個特點使其開發難度低，適用面廣，部署容易，也正是這些原因才使得DLNA規范得到大力推廣，廣泛應用在各種設備互聯的領域，當然也包括互聯網視頻的多屏互動領域。DLNA規范在當前各種可用于互聯網視頻的多屏互動技術中的影響力最大，除了DLNA的200多個成員外，國內外的主要智能機頂盒、智能電視以及智能家電產品，也大都支持DLNA規范，同時互聯網視頻在各種終端上的客戶端也都對DLNA提供良好的支持，如優酷、搜狐視頻、愛奇藝和PPTV等互聯網視頻客戶端的iPhone、iPad和Android手機等版本。

雖然DLNA規范在當前的互聯網視頻領域的多屏互動技術當中占據著絕對統治地位，可以滿足大多數互聯網視頻應用領域內的多屏互動功能需求，但是從前面的DLNA規范技術框架和所采用的各種相關協議可以看出，DLNA的技術基礎還停留在2003年建立時的技術特點，對近幾年才開始流行的互聯網視頻領域各種技術并不能提供很好的支持，如網絡層面的IEEE 802.11ac協議、通信協議中的SIP、媒體格式中的H.265編碼格式等，所以DLNA技術規范已經不再能完全滿足當前的功能需求。雖然眾多廠商的研究機構針對DLNA進行了各種擴展和改進，例如:

·中國電信在DLNA技術規范的基礎上，通過協議擴展，實現了通過手機對IPTV機頂盒和互聯網視頻機頂盒的控制以及視頻內容的甩屏[3]；

·臺灣成功大學電子工程學院通過將DLNA和SIP進行結合，實現了家庭內部各種終端設備的視頻和控制傳輸。

但是這些擴展和改進，都具有一定的局限性，增加了終端設備對接的適配難度，也為后續的應用開發造成了一定的障礙，失去了原有DLNA的許多便利特點。

2.2 AirPlay

AirPlay是蘋果開發的一種無線互動技術，AirPlay初期命名為AirTunes，它由蘋果公司在2004年發布，意在將iTunes上的流音頻文件通過無線技術傳輸至揚聲器（揚聲器與AirPort Express連接）。2010年喬布斯將AirTunes更名為AirPlay。當時蘋果已為AirPlay擴展了播放視頻/相片流的功能，并將其整合到Apple TV中。雖然iTunes已經可以在Apple TV上重播流音頻和視頻文件，但還是無法從其他應用上獲取音、視頻流。現在AirPlay已經可以通過Wi-Fi將iOS設備上的包括圖片、音頻、視頻等使用無線的方式傳輸到支持AirPlay的設備。當前所有的iOS設備均支持AirPlay。

表1 DLNA設備分類

相比較于DLNA的支持廠商眾多、適配終端數量龐大和功能多種多樣，蘋果的AirPlay主要應用于蘋果公司的各種終端設備上，并且該技術主要針對圖片、音樂和視頻內容的分享，并沒有太多的其他擴展功能。蘋果公司的AirPlay強調移動終端上的所見內容即電視屏幕上所分享的內容，如圖1所示。

圖1 AirPlay分享功能示意

但是AirPlay具備DLNA所沒有的鏡像功能，可將iPhone或iPad上的畫面無線傳輸到電視上，也就是說設備顯示的是什么，電視屏幕顯示的就是什么，而不僅限于圖片和視頻，還可以拿著iPad來當做方向盤，然后看著大屏玩游戲，如圖2所示。

圖2 AirPlay DualScreenApps功能示意

蘋果的AirPlay技術本身是加密的，第三方設備無法支持AirPlay，但網絡開發者James Laird通過拆解AirPort Express，讀取其ROM數據進行反向工程，從而拿到了AirPort Express的私有密鑰，將其公之于眾，并很快寫出了自己的虛擬流媒體終端軟件ShairPort。其實現在使用的眾多基于第三方平臺的Airplay就是利用James Laird公布的AirPort Express的私有密鑰，才使得AirPlay不再是蘋果設備之間的專屬技術。但是好景不長，2011年的WWDC蘋果對AirPlay技術進行了升級，推出iOS 5的一個非常重要的功能也就是AirPlay的升級功能AirPlay Mirroring(Airplay鏡像輸出），利用它通過Apple TV硬件將iPhone 4s/iPad 2上畫面鏡像輸出到電視機上。它將iPad變成一個強大的電視應用平臺，能在電視上渲染任何應用，同時允許用戶使用其觸摸屏設備來瀏覽、選擇、導航，諸如此類。想要完全利用這種能力，開發者需要創造“DualScreenApps”（如圖2所示），這些應用能感知到AirPlay服務、電視機 (顯示器）、本地iOS屏幕。基于iPad有豐富的互動界面，同時又能在電視上渲染輸出媒體內容，這是非常好的一種體驗方式，通過電視機大屏幕看電影、玩游戲是很多設備在當時基本不能實現的一個功能。這個新功能更新了密鑰，至今蘋果沒有正式公開該密鑰，也尚未有人破解，所以第三方設備對AirPlay的支持僅停留在音樂、圖片和視頻內容的分享上，無法實現AirPlay Mirroring和DualScreenApps功能。由于蘋果的iOS設備無論是在手機和平板電腦等移動終端市場，還是在機頂盒市場，都只是占據部分市場份額，除此之外還有大量的Android、Linux和Windows終端設備，所以對非蘋果iOS設備的多屏互動技術提出了挑戰。

2.3 Miracast（Wi-Fi Display）

隨著Wi-Fi相關技術的進步以及Android終端設備的飛速普及，Miracast（Wi-Fi Display）應運而生，新的 Miracast設備提供簡化發現和設置，用戶可以迅速在設備間傳輸視頻。該技術與認證項目由Wi-Fi聯盟中的移動與消費性電子設備制造商及芯片廠商共同制定。整個行業對Miracast給予極大的關注和推動，谷歌在2012年發布的Android 4.2操作系統中添加了Miracast的相關組件和服務，成為了所有Android設備的標準功能。同時各個硬件廠商也在大力推廣支持Miracast功能的終端設備。所以2012年年底之后上市的中高檔手機，大部分都已經可以完整地支持Miracast功能，并且隨著智能手機的飛速增長以及終端設備的不斷更新，可以支持Miracast功能的設備會在2014年內普及。Miracast最大的好處之一就是其連接方式為最新的Wi-Fi Direct方式，設備之間可以直接進行連接，而無需額外的網絡接入設備。凡是提到Miracast就會提到Wi-Fi Display。Wi-Fi Display是Wi-Fi組織定義的一種無線交互協議，而Miracast[5]實際上就是Wi-Fi Display認證的商品名稱，以方便大家記憶。所以下面將不再區分Miracast和Wi-Fi Display。

Miracast技術相關應用的目標十分明確，就是希望在Android設備上實現類似蘋果AirPlay的屏幕鏡像功能，所以其技術構架清晰。借助當前大紅大紫的谷歌Android開放系統，再配合硬件廠商的大力推廣，Miracast為互聯網視頻的多屏互動功能提供全新的、先進的技術平臺，大大降低了開發和適配難度。但是Miracast也存在較大局限性，它只能實現鏡像功能，重點在于視頻和音頻信號的傳輸，而無法實現操控和擴展性的功能，而且對于硬件的依賴較大，所以雖然谷歌和各大硬件廠商均在全力推廣，但是普及效果一直未達到預期。

3 多屏互動技術對比

綜合前面所介紹的3種主流多屏互動技術，每一種都各有特點和優勢，每一種也都存在自己的弊端，主要對比見表 2。

可以看出各種多屏互動技術各有優點，但是由于技術標準創立的年代和立場不同，也都存在著較明顯的缺點。DLNA技術的適用范圍雖然廣泛，但是其大部分規范內容并非針對互聯網視頻技術領域，同時由于創建時間相對較久，部分底層協議較為陳舊，雖然具備一定的擴展性，但擴展能力有限，用戶體驗一般。蘋果的AirPlay從技術和功能角度講都較為完善，并且其中重點部分為視頻內容的分享以及傳輸，所以十分適合互聯網視頻領域的多屏互動，但是由于其屬于未開放的標準，只能依賴于蘋果的iOS硬件設備，所以適用范圍較窄，也不具備擴展性。Miracast是最新的針對視頻應用而創建的智能終端間的技術，再加上Android系統的配合，具有較好的發展前景，但是該技術局限性較大，功能針對性較強，并且擴展能力十分有限。同時這些多屏互動技術共同的問題在于都只能工作在家庭局域網環境下。在第4節會詳細說明在新的技術趨勢下，這些傳統多屏互動技術的缺點會暴露得越來越明顯。

4 新技術趨勢下的多屏互動發展

隨著時間的推移和技術的演進以及互聯網視頻產業的飛速發展，許多多屏互動的相關功能和概念都已經被重新定義，本節主要講述未來與互聯網視頻領域相關的多屏互動技術的發展趨勢和特點。

（1）云平臺下的多屏互動

云平臺是當前最火熱的科技趨勢之一，無論國內國外，在云計算和云平臺領域都進行了大量的投入，隨著云技術的不斷發展，云平臺也在不斷地改變著人們的使用習慣。由于云平臺的普及，用戶現在更多地選擇將各種內容數據存儲在云平臺，而不是本地設備；電信運營商和互聯網視頻內容提供方也越來越多地提供以用戶為單位的云同步管理功能，從而取代以前以終端設備為單位的單一管理功能。例如，以前用戶手機拍照后，照片存儲在手機內，然后通過多屏互動將照片分享至其他終端。但是隨著云平臺的應用，云存儲和云轉碼等技術已經被廣泛采用，用戶的數據和信息將不再以保存在本地為主，而是以保存在云存儲為主；用戶所選定節目資源，不再是在家庭局域網內部，從一個終端推送至另一個終端，而是從一個終端通知云平臺，云平臺經過轉碼適配之后，再通知另一個終端進行播放或展現?？此圃黾恿鞒毯蛷碗s程度，但是借助當前強大的云計算能力，反而用戶感知更為優秀，用戶體驗更好。

（2）4G 移動網絡接入

當前對移動視頻最利好的消息莫過于2013年12月4日工業和信息化部向三大運營商發放4G牌照，中國的4G化進程正式開啟。因此可以很樂觀地預見，隨著高速網絡時代來臨，移動端將從圖文時代向影像時代邁進，網絡視頻將成為移動端最核心的應用。隨著4G業務的發展，用戶一方面對于移動互聯網視頻服務的需求飛速增長，同時用戶對于移動網絡接入也會越來越依賴。另外，隨著 4G視頻廣播業務（LTE-broadcasting）的大力發展，移動互聯網視頻在服務模式和核心技術上也會產生較大的改變，使用戶在移動終端上的視頻服務體驗具備與IPTV機頂盒和廣電DVB機頂盒所提供的視頻服務直接競爭的可能性，同時也為更多種形式的多屏互動帶來了可能。例如，用戶可以在手機或者平板電腦等移動終端上觀看4G廣播的體育比賽高清直播視頻，該直播視頻可以提供比賽場地多個不同角度的攝像機所拍攝的不同畫面的預覽，然后用戶將選定的攝像機畫面甩屏至智能電視機或機頂盒進行大屏播放，感受真實的賽場體驗，同時繼續用手機或者平板電腦等移動終端跟進其他角度攝像機的內容，當某一個攝像機的角度更為接近賽場上的突發狀況時，用戶可通過甩屏控制重新切換至新攝像機畫面。

表2 當前主流多屏互動技術對比

（3）大數據分析

大數據是未來另一個在任何領域都會被廣泛采用，并且對現有技術和應用體系產生重大影響的新型技術。與其說大數據在互聯網視頻相關的多屏互動領域是一項可以進行數據處理和分析的新技術，更不如說是徹底重新定義多屏互動概念的關鍵。傳統意義的多屏互動主要是指手機或者平板電腦等移動終端和智能電視機或者機頂盒等固定終端之間的一些內容的分享和傳輸。但是隨著大數據分析和處理的廣泛應用，當前已經在音視頻內容分析領域取得了長足的進展，并且可以對用戶的喜好和行為進行一定程度上的判斷和預測。結合這些大數據所能帶來的新技術和新特點，多屏互動在未來會更加強調人機交互的用戶體驗，在內容的分享和傳輸基礎上，為用戶提供更多的信息互動，提升用戶在觀看互聯網視頻內容時的參與感，同時也提升互聯網視頻的附加值。例如，用戶在觀看體育節目時，通過音視頻分析技術，可以在用戶感知的情況下精確定位用戶當前正在觀看的節目，并將其數據反饋給大數據分析平臺，之后平臺可以結合用戶的其他數據，得出用戶的興趣點和使用習慣，將用戶最感興趣的運動員的個人信息和近期賽事狀態主動推送至用戶的手機或平板電腦等移動終端，省去了用戶自己查找的過程，方便用戶瀏覽，同時當賽場狀況發生變化時，也可以向用戶主動推送最新的技術統計信息或競猜信息。

5 結束語

綜合以上這些技術趨勢，互聯網視屏領域的多屏互動技術很快就會被重新定義，新的相關技術和架構組成也會發生較大的變化。從前針對家庭局域網內部的互動技術，會被更新、更簡化、更開放的智能家電互聯技術所取代。借助云平臺的優勢，家庭內部互動大多只需要傳輸指令信息即可，圖片、音頻或視頻等實體內容部分可以由不同的終端各自從云平臺獲取相應的數據內容。由于4G網絡的大面積應用，終端設備的網絡接入方式也會出現多樣性的特點，所以統一的網絡接入平臺、統一的用戶管理平臺也會應運而生，為用戶在各種終端上提供無縫的視頻服務。在未來，新的互聯網視頻領域的多屏互動技術會具備更好的開放性，從而解決現在多屏互動功能受制于終端類型的問題；未來的多屏互動技術也一定會具備更好的擴展性，從當前的基本音視頻內容的分享和傳輸，轉變成多種內容的消息推送，只需改變消息內容就可以實現文本、圖片、音視頻以及其他各種應用的指令傳輸需求。最終，通過多屏互動技術的發展，大幅提升互聯網視頻領域的用戶體驗，為用戶提供更多、更好的服務形式，也為互聯網視頻運營商提供更多的運營和盈利模式。多屏互動將成為互聯網視頻應用中不可缺少的一個用戶功能，也將成為互聯網視頻技術架構中極為重要的關鍵技術要點。

1 中國互聯網信息中心.第33次中國互聯網絡發展狀況統計報告，2014

2 DLNA聯盟官方白皮書.http://www.dlna.org/

3 中國電信集團公司.中國電信IPTV業務系統媒體共享技術要求(V3.0）

4 Lai C F,Huang H C,Huang Y M.Design and implementation of the DLNA family intercom system for smart homes.Computer Journal,2008(8）

5 Miracast白皮書.http://www.Wi-Fidisplay.org/