移動云信息交互展示系統的協議設計

黃淳嵐 陸成茂 楊曉慧 金詩思 郭江濤 譚寓元 樂光學

摘要： 移動云信息交互展示系統定義了支持智能移動終端對投影儀遠程遙控和文件共享以及無線投屏的通訊協議。協議實踐可行、穩定可靠、具有良好的擴展性。利用Android系統獨特的進程模型，以H.264數字視頻編解碼技術等為技術手段，實現了對投影儀端無線同屏的安卓應用。

關鍵詞：文件傳輸；Android；協議模型；H.264

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）10-0024-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Protocol Design of Wireless Same Screen System Based on Android

HUANG Chun-lan1， LU Cheng-mao1，YANG Xiao-hui2， JIN Shi-si1，GUO Jiang-tao1， TAN Yu-yuan1，YUE Guang-xue1

（1. Jiaxing University， Jiaxing 314001， China； 2. School of Science， Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000， China）

Abstract： Mobile Cloud Information Interactive Display System defines communication protocols that support remote control and file sharing of projectors by smart mobile terminals， as well as wireless screen projection. The protocol is practicable， stable and reliable， and has good expansibility. Using the unique process model of Android system and H. 264 digital video coding and decoding technology as technical means， the Android application of the projector side wireless same screen is realized.

Key words： file transfer； Android； protocol model； H.264

1 概述

移動互聯網快速發展，智能手機日漸普及化，人們的生活與智能手機的聯系也越來越密切。無論是學習、生活、工作，人們渴望能只需要通過智能手機，去進行操作就能夠解決實際問題。因為Android操作系統其代碼的開源性、以及豐富良好的應用等優勢，深受人們的喜愛，取得了智能手機市場的半壁江山[1]。

Android操作系統擁有良好的嵌入特性，電子設備選擇嵌入Android系統，可以擴展自身的功能多樣和便捷性；傳統的投影儀，其便捷程度和功能多樣性上與新型的智能投影儀相比都大為不足；新型智能投影儀因為搭載了Android系統操作，與安卓市場上豐富的應用程序結合，搭配投影儀放大可視化界面的特性，再配以強大的互聯網，智能投影儀取代傳統投影儀呈現出了不可逆的發展趨勢。

“移動云信息交互展示系統”就是將搭載Android操作系統的智能投影儀與智能手機、平板電腦等智能終端無線互聯，實現遠程無線遙控、文件共享、屏幕共享等功能的新型投影模式。本文接下來將通過協議模型設計、業務數據流、文件編碼格式等等來講述該系統的協議設計。

2系統協議與業務數據設計

2.1 系統協議模型

信息交互展示系統的協議定義在TCP/IP協議棧的應用層，系統在設備連接階段采用無須連接的UDP協議進行廣播。由于TCP傳輸控制協議是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的通信協議，使用TCP可以保證系統通信的穩定性和可靠性[2]。

系統的服務端可以與多個客戶端通信，其中一個客戶端會被授權為管理員；當另一個客戶端通過同屏請求取得管理員的同意后，服務端與該客戶端建立一個會話，且不會再對其他連接上服務端的客戶端授予同屏傳輸權限，除非會話結束或管理員中斷此次會話。

在一個完整的會話中，包含控制連接和數據連接這兩個獨立的連接。命令和數據并行傳輸，可以防止數據傳輸影響用戶操作，并帶來良好的用戶體驗[3]。協議模型如圖1所示。

2.2 系統業務數據流

系統分為三個組成部分：平板電腦為控制管理端，智能手機為用戶端，智能投影儀為播放服務端。投影儀端提供顯示播放服務，在開啟服務端口后，其不斷通過UDP用戶數據報協議向局域網內廣播加密后的IP地址，并打開TCP傳輸控制協議的一個端口，用于與用戶和管理員交流控制信息。

投影儀顯示連接密鑰，客戶端輸入密鑰后與投影儀連接，當客戶端發出連接請求時，向投影儀發送請求指令，投影儀收到指令后向管理員端Pad發送詢問指令，然后管理員端回答。

管理員發送同意指令給投影儀，投影儀開放另一個用于傳輸視頻信息的TCP端口，并通知用戶連接，用戶連接后啟動錄制屏幕，并將視頻按預定格式發送到投影儀。

視頻格式開頭為一個固定長度的頭部，頭部中包含即將發送的視頻幀的大小，投影儀按這個大小接受視頻幀，而后繼續讀取頭部。數據流圖如圖2所示。

2.3 業務數據的推送

數據的交互是通過用戶登錄投影界面向服務器發送投影請求，用戶交互服務器從本地數據中讀取數據，若有則將數據返回界面，反之，向數據交互服務器發送請求，數據交互服務器查詢界面數據后返回給用戶服務器，用戶交互服務器將界面數據寫入緩存中，并返回給用戶瀏覽。如圖3所示。

當用戶要進入個人設置時，用戶交互服務器先對數據進行預處理，并將結果提交給數據交互服務器，數據交互服務器將數據核實或登記后，將處理結果返回給用戶交互服務器，用戶交互服務器對處理結果進行整合，顯示在用戶端的頁面上。

系統管理員需要更新頁面數據時，先將需要更改的頁面數據提交給數據交互服務器，由數據交互服務器將更新內容寫入數據庫，并將更新信息提交給用戶交互服務器。

3 編碼標準和報文格式

3.1 數字視頻編解碼器標準H.264

在視頻數據的編碼格式上，移動云信息交互展示系統采用了H.264標準，此標準是ITU-T和ISO/IEC聯合提出的一種高度壓縮數字視頻編解碼器標準。其編碼流程圖如圖4所示[4]。

H.264是MPEG-4的第十部分，通常也稱之為H.264/AVC。H.264具有低碼率、高質量圖像、容錯性強、網絡適應性強等四個優勢；相同質量的圖像，采用H.264技術壓縮的數據量是采用MPEG2壓縮的數據量的1/8，MPEG4的1/3；H.264可以提供流暢的高質量圖像；就在不穩定的網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的問題，H.264也提供了相應的必要工具；H.264提供網絡抽象層，H.264格式的文件可以很容易地在不同網絡上傳輸[5-7]。

可見，采用H.264技術來壓縮編解碼無線投屏的數據文件，可以降低需要傳輸的數據量，降低帶寬的占用，提高傳輸效率，降低延時，讓用戶在使用過程中感覺不到延時的存在。

3.2 報文格式與協議選擇

一次完整的數據傳輸，需要不同的通訊協議的互相協同。如TCP/IP協議的數據報文既包含了TCP和IP兩個協議的承載關系： TCP包需要通過IP協議承載，而IP報文又是需要以太網傳送，同時以太幀又分好幾種類型，不同的類型有不同的結構、功用以及優劣之處[8-9]。

在以太幀中，Ethernet II 幀為其中一個典型，其最小長度為64字節，最大允許長度為1518字節，其結構如圖5所示。

移動云信息交互展示系統采用的是TCP傳輸控制協議，雖然TCP并不是注重及時性的傳輸協議，但其擁有良好的穩定性和可靠性，在追求無線投屏的穩定流暢下，選擇了TCP傳輸控制協議，而不是更注重于及時性的RTP實時傳輸協議。可能也正是使用了TCP的緣故，現在系統在投屏的時候還存在著100ms～200ms左右的時延，項目后期會再進一步優化代碼，優化程序結構，以提高系統的實時性[10]。

4 結束語

該系統以智能手機為用戶端，投影儀為服務端，接入同一個局域網，采用了H.264的編碼標準，通過局域網網內地址直接通訊，實現了實時無線投屏。該系統代碼主要使用JAVA語言，基于Android平臺的開發，具有良好的可移植性，而且因為數據遵循H.264編碼標準，抗干擾能力非常強，即使出現了丟包，也會有相應的處理機制解決。隨著移動互聯網以及微處理器的不斷發展，帶寬、存儲器的存取速度等限制條件，這些問題都會得到一定程度的改善，移動云信息交互展示系統擁有非常廣闊的前景。

參考文獻：

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[8] 陳云. 淺析TCP/IP[J]. 科學之友， 2011（6）：15 0-151.

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[10] 譚鵑， 陳永紅， 駱詠春. 基于TCPIP網絡的高清電視會議系統設計與建設[J]. 電腦知識與技術， 2014（36）：8779-8780.

【通聯編輯：謝媛媛】