電視雙Wi-Fi 無線投屏系統設計與實現

鐘文馗，陳俊杰，王 釩，王凱玉，李健燊，付兆豐

（1.康佳集團股份有限公司，廣東 深圳 518057；2.北京泰瑞特檢測技術服務有限責任公司，北京 100015）

0 引言

隨著技術的發展、互聯網的普及，人們的日常生活、工作及娛樂休閑習慣極大改變。根據2022 年中國互聯網絡信息中心發布的《中國互聯網絡發展狀況統計報告》，截至2022 年6 月，我國網絡用戶規模達10.51 億人，人均每周上網時長29.5 h。其中，手機網絡用戶規模達10.47 億人。除手機外，網絡用戶使用臺式計算機、筆記本計算機、平板計算機和電視上網的比例分別為33.3%、32.6%、27.6%、26.7%[1]。人們生活中日益增長的屏幕使用時間更多地發生在手機端。以目前火爆的短視頻及其他視聽內容為例，手機的觀看效果終究不如計算機、平板計算機、電視等大屏終端。消費者更青睞使用手機，除去手機便攜、操控方便外，更多是因為設備間的跨屏聯動不便。

業內頭部廠家基于這一趨勢，紛紛采取行動來推動自家生態設備的跨屏聯動，比如蘋果公司通過iCloud 實現跨屏同步，谷歌公司通過Chrome OS 生態將應用置于Web 實現聯動；華為公司通過鴻蒙系統生態實現設備協同、全場景同步。行業巨頭們依托生態的定制開發，實現了小生態的無縫流轉。對于更廣闊的非生態廠商，無線投屏成為另一種比較實際的解決方案。

本文結合以上背景，以一款支持智能無線投屏的電視，呈現一種雙Wi-Fi 無線投屏系統的設計與實現，為電視行業融入跨屏聯動大潮提供一些參考。

1 無線投屏技術簡介

1.1 無線投屏的概念

無線投屏，指基于Wi-Fi 傳輸的方式，將移動設備（手機、筆記本計算機、平板計算機等）的畫面（含音頻）“實時地”投射、分享到其他屏幕上，實現音視頻畫面實時分享[2]。此種方案依托對標準協議和巨頭定制協議的兼容，實現較好的跨屏聯動融入。相較于傳統的有線傳屏畫面分享如高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）、DP（DisplayPort，DP）及視頻圖形陣列（Video Graphics Array，VGA）等，無線投屏具有連線少、簡單快捷的優點。

1.2 無線投屏技術方式及協議

無線投屏技術主要分為兩類：一類為推流技術，一類為屏幕鏡像。這兩類技術有其各自的代表協議。推流技術的代表為數字生活網絡聯盟（Digital Living Network Alliance，DLNA）推出的標準，用于通過無線家庭網絡在兼容設備之間分享音樂、視頻和圖像。屏幕鏡像技術的代表為Airplay 技術、Miracast 技術，分別由蘋果公司和Wi-Fi 聯盟制定。以上協議的特點匯總如表1 所示。

表1 無線投屏協議對比

1.3 無線投屏技術在電視行業的應用現狀及問題

對于電視產品，因其也屬于非生態廠商，為實現投屏聯動，主流做法為通過App 和外接投屏盒子來實現。傳統電視廠商及跨界廠商的智能電視基本都嵌入了投屏相關的App 應用或后安裝如樂播投屏等App 應用，借助電視的Wi-Fi 模塊來實現無線投屏。此應用場景下，電視的Wi-Fi 模塊需要兼顧上網、投屏及熱點等多項功能，還涉及多種協議方案的兼容。實際使用時，除基于DLNA 技術發展的推流應用可以滿足更高分辨率的內容流轉，屏幕鏡像投屏大多只能滿足一路（單一設備）穩定的720 p 投屏。如要滿足更高分辨率、更多設備的鏡像投屏分享，則需依據不同的投屏協議進行相應的切換處理。此過程往往需要兩個步驟：進入對應的投屏應用或內嵌的投屏應用；選擇對應設備類型，對照指引進行投屏。在一些場景下，如果為Miracast投屏，還需要斷開網絡連接，切換為P2P 模式。以上步驟涉及切換動作消耗較長的時間，且有一定的上手難度，還存在改進空間。因此，雙Wi-Fi 設計思路應運而生。

2 雙Wi-Fi 無線投屏電視設計

2.1 產品應用示意圖

如圖1 所示，雙Wi-Fi 投屏電視內嵌兩款不同的無線模塊Wi-Fi 1、Wi-Fi 2，分別用于路由器連接的上網功能和接收投屏設備信號的投屏功能。區別于普通電視及市面上一些計算機、手機的雙Wi-Fi 設計，該產品通過新增一款Wi-Fi 硬件，在軟件及應用層增加特殊處理邏輯，實現不同分工，在不影響原Wi-Fi 上網功能的基礎上，重點提升投屏功能及應用體驗。

圖1 產品應用示意圖

2.2 硬件設計

本文方案基于海思主控Hi3751V810，搭配MTK MT7668BUN 和Realtek RTL8812BU 兩款不同型號的通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）Wi-Fi模組實現。

2.2.1 Hi3751V810 介紹

HI3751V810 是海思最新一代高端智能4K 電視解決方案，主要架構包括：雙核64 位ARMCortexA73+雙核A53 中央處理器（Central Processing Unit，CPU）+四核Mali-G51 圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）；主頻高達1.5 GHz，支持最新安卓8.0 系統，兼容運動估計和運動補償（Motion Estimate and Motion Compensation，MEMC）4K@60Hz。該主控包含海思自研圖形引擎Imprex Engine 和Hi-Motion MEMCEngine，重點提升圖像畫面及運動視頻解析顯示部分。該主控強大的編解碼能力可以支持H.265/AVS2.0/VP9 4K 8 bits/10 bits 60 Hz 協議解碼，支持MPEG4/MPEG2/VC1/VP6/VP8 高清解碼，還可以進行多種高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）處理。其包含HDMI2.0/模擬RF/CVBS/YPbPr/VGA 接口等音視頻接口，支持杜比Vision、ATMOS高級音效。擴展輸入輸出（Input Output，IO）部分可以實現遠場語音、語音喚醒功能，操控便捷；集成有線網絡功能，滿足高端智能電視的性能需求。其市場定位與業內經典方案MSD6A838 對標，核心參數對比如表2 所示。

表2 平臺核心參數對比表

Hisi V810 擁有雙核A73+雙核A53 CPU、四核MailG51 GPU+雙核VPU 的處理器，搭配外置4 GB DDR 4，32 GB eMMC。硬件內置MEMC 支持4K@60Hz，系統性能及穩定性、圖像畫質處理更加優越；支持HDR10 圖像處理技術；支持DolbyATMOS、DolbyVision，相比MSD6A838 具有更強大的功能，且綜合應用成本更優，更適合市場的需求。

2.2.2 MT7668BN 介紹

MTK MT7668BUN 是一款高度集成低功耗的2×2 a/b/g/n/ac 雙頻Wi-Fi+BT 二合一芯片，擁有一顆32 位精簡指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）核心，支持USB 2.0/3.0 接口；Wi-Fi 部分支持MU-MIMO RX，2.4 GHz 頻段支持20 MHz、40 MHz帶寬，5 GHz頻段支持20 MHz、40 MHz、80 MHz帶寬，藍牙部分最高支持BT 5.0 協議。

2.2.3 RTL8812BU 介紹

Realtek RTL8812BU 是一款2×2 a/b/g/n/ac 雙頻Wi-Fi 芯片，支持USB 2.0/3.0 接口，Wi-Fi 部分支持MU-MIMO，2.4 GHz 頻段支持20 MHz、40 MHz 帶寬，5 GHz 頻段支持20 MHz、40 MHz、80 MHz 帶寬。

2.2.4 硬件方框圖及簡要說明

整體硬件框圖及基礎接口配置如圖2 所示。整套方案以V810 為核心，外掛雙倍速率（Double Data Rate，DDR）同步動態隨機存儲器（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM），主 程序及Mboot 存儲在eMMC 中；主板外圍還搭配數字功放、硅tuner 等器件，以實現電視的全部功能。雙Wi-Fi 模塊分別通過USB 接口與主板連接。

圖2 硬件方框圖

2.3 軟件設計

2.3.1 整體概述

軟件采用Android 8.0 操作系統，在開源Android 系統基礎上封裝電視應用接口，驅動液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）屏，實現2K/4K 顯示輸出，支持MEMC、藍光HDR 等特色功能，最終完整實現數字電視功能。智能無線投屏部分以獨立軟件內嵌在整體系統中，支持Miracast、Airplay 和DLNA 這3 種投屏協議，通過雙Wi-Fi 特殊功能，無須中斷正常無線網絡連接，即可實現隨時投、多路投屏顯示（最高4 路），支持Miracast、Airplay、華為cast+等投屏標準的混合投屏，在投屏過程中，亦可用菜單鍵隨時調出設置切換網絡。

2.3.2 設計概述

電視整體系統軟件設計遵循通用Android系統架構，包含內核（Linux Kernel）、運行時環境（Android Runtime）、庫（Libraries）、應用框架（Application Framework）以 及 應 用（Applications）等層級[3]。針對電視產品，單獨開放應用框架和應用，采用行業先進的功能模塊獨立開發方法，每個功能模塊獨立于其他模塊，減少嵌套，便于功能擴展和維護。區別于普通智能電視，該產品增加了雙Wi-Fi 投屏底層邏輯和易投屏應用。

2.3.3 雙Wi-Fi 投屏應用邏輯

雙Wi-Fi 投屏應用基于Linux 多網卡原理，在電視端適配雙Wi-Fi 模塊，為增強適用性，支持單/雙Wi-Fi 自適應識別。系統啟動時加載底層設備，依據預設的驅動模塊適配表（如表3 所示）識別模塊，判斷Wi-Fi 模塊數量及功能。如果為單Wi-Fi，按常規流程加載；如果為雙Wi-Fi，則按特殊流程加載。此流程如圖3 所示。

圖3 載流程圖

表3 驅動模塊適配表

特別地，本文所指“雙Wi-Fi”的功能定義是：其中一個模塊實現連接網絡/熱點（STA/AP）功能，另一個模塊實現點對點（Peer to Peer，P2P）投屏功能，隨時可以快速進入投屏應用，且原有網絡連接無須中斷。

底層識別USB Wi-Fi 模組的設備節點，區分做STA/AP 的模組和做P2P 應用的模組，通過不同參數加載對應的驅動，以區分兩個模組加載后的接口。修改上層系統，將對應的網絡操作指定到相應的AP、WLAN、P2P 接口上。系統啟動后，原有對于STA/AP 和P2P 的操作會被區分到不同網卡進行，實現不斷開原有網絡連接的情況下快速實現手機、平板等設備對電視的投屏連接應用，提升網絡傳輸效率[4]。其處理流程如圖4 所示。

圖4 底層識別流程圖

2.3.4 易投屏應用

底層硬件通路構建完成后，需要上層應用實現多種協議方案投屏功能的兼容及差異化投屏功能。由此，開發易投屏應用，其軟件功能框圖如圖5 所示。

圖5 件功能框圖

易投屏應用主體包含App 殼、項目組件、公共業務模塊及獨立庫。其中，App殼指上層用戶界面（User Interface，UI），即易投屏界面；項目組件包含多種投屏協議及播放器，即混合投屏；公共業務模塊主要包含日志、常規聯網及通用工具類，投屏協議和播放器所依賴的底層庫統一收納在獨立庫中[5]。

產品集成應用通過簡潔的界面（如圖6 所示）與驅動配合，融合多種投屏協議[6]，實現“隨時投”“一起投”等特色功能；配合雙Wi-Fi 功能，實現開機即可隨時投，無須進入應用，即可實現4 臺不同設備、不同協議同時投屏分享。

圖6 投屏應用界面截圖

3 結語

電視終端作為大屏網絡視聽娛樂的代表，屏幕大，視聽效果優秀，更具沉浸感，是居家觀影追劇的最佳載體。本文所述產品依托智能無線投屏作為黏合劑，彌補了移動終端視聽觀影的劣勢，借助“跨屏聯動”補齊了節目內容、應用及交互的短板，為消費者帶來更好體驗。雙Wi-Fi 的無線投屏系統設計，實現不斷開電視網絡連接、不影響正常上網性能的同時，隨時快速投屏功能。通過常用的DLNA 投屏協議、Airplay 投屏協議和Miracast 等投屏協議可以實現多路投屏，最大支持4 路不同協議設備同時投屏。實際應用時，無須特殊設置，直接由設備端發起投屏，無感、快速實現音視頻畫面投屏顯示，大幅降低用戶使用壁壘，穩定性高，用戶體驗較好，是一種具有實用價值的產品方案。