掌上多媒體通信協議的設計與實現

周云霞 李榮珩

摘 ?要：隨著智能移動設備的普及和多媒體技術的快速發展，掌上多媒體應運而生。該文以掌上多媒體技術在服務端和客戶端的應用為場景，對通信協議的設計和實現進行深入的闡述和分析，并探討其中涉及的通信原理和算法，給出實現掌上多媒體服務技術的核心機制和關鍵技術。最后，該文給出掌上多媒體通信協議的多個不同應用場景。

關鍵詞：通信協議；服務端；客戶端；數據封裝；掌上多媒體技術

中圖分類號：G434 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）14-0009-04

Abstract： With the popularity of smart mobile devices and the rapid development of multimedia technology， handheld multimedia came into being. Taking the application of palm multimedia technology in server and client as the scene， this paper deeply expounds and analyzes the design and implementation of its communication protocol， and discusses the communication principle and algorithm involved in it. The core mechanism and key technology of realizing palmtop multimedia service technology are given. Finally， this paper gives several different application scenarios of the handheld multimedia communication protocol.

Keywords： communication protocol; server; client; data encapsulation; handheld multimedia technology

媒體是表示和傳播信息的載體。多媒體是文字、聲音、圖像、圖形、動畫和視頻等各種媒體的有機組合。多媒體技術則是通過計算機把文本、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻等多種媒體綜合起來的一門綜合的高新技術，是微電子技術、計算機技術、通信技術等相關學科綜合發展的產物[1]。

多媒體與計算機通信的結合，更是將多媒體及相關技術嵌入到了人們日常的方方面面：隨手打開的網頁是利用超文體傳輸協議（HTML）將多媒體融入網絡瀏覽的基礎應用；基于此，發展出了充滿彈幕的多媒體播放，以及在瀏覽或播放過程中需要回答問題的交互式多媒體[2]，等等。

由于多媒體在使用過程中存在每秒上百萬字節甚至更高的數據傳輸，遠程使用多媒體時，對通信的傳輸數率要求很高。為了達到此要求，有線網絡代表有分布式光纖接口（FDDI）通信協議和802.3x協議，無線網絡代表有4G通信協議和802.11x協議；為了減少交互式應用中的延時，又開發出了5G通信協議等；在以上協議基礎之上的IPV6協議、資源預留協議、實時傳輸協議綜合實現了互聯網環境下的多媒體信息通信[3]。

研發的掌上多媒體通信技術是這樣一種情景[4]： 如圖1所示，右邊是手持式智能設備，如智能手機或平板電腦；左邊是帶有無線網卡的多媒體計算機，屏幕可以是多媒體計算機自帶的顯示屏，也可以是專用的大尺寸投影屏；左右兩邊通過無線局域網（WLAN）連接在一起。

這種應用場景實現了：①手持式智能設備能與左邊的屏幕同步顯示。即智能手機或平板電腦上的照片能在左右兩邊的大、小屏幕上同時顯示，并且右邊的設備在這些照片上手寫文字、符號、簡單圖形的過程也可以在左邊的屏幕上直播。②手持式智能設備能將網頁瀏覽結果作出內容選擇后顯示在左邊的屏幕上。例如，智能手機打開網頁時，網頁內容先只在手機上顯示，不會在左邊屏幕上顯示；只有當手機發出特定的命令后，兩邊的屏幕才會同步顯示。③在沒有外網時，也能在手持式智能設備與多媒體計算機之間傳送文件或圖片。④在右邊的手持式智能設備上可以實現多媒體計算機鍵盤和鼠標的大部分功能。即，在左邊的多媒體計算機開機后，就可以用右邊的智能手機或平板電腦模擬多媒體計算機的鍵盤和鼠標。

1 ?掌上多媒體通信協議的提出

1.1 ?掌上多媒體通信協議的幀格式

在公開文獻中找不到實現圖1所示場景的通信協議，為了達到該場景的應用目標，獨立提出了掌上多媒體通信協議，該協議的幀格式見表1。實現時，該幀可以被封裝在網絡套接字中。

保留：保留字節用于掌上多媒體通信協議在未來推廣過程中，如果與其他協議沖突，則可以用此字節作為標識字節，現在是十進制的255，十六進制為“FF”。

版本：掌上多媒體通信協議的版本號，現在是十進制的16，8421碼是00010000，即1.0版。

命令：命令字節，理論上可以表示256個不同命令，當前版本的協議定義了18條命令。

含義與命令有關：從序號3字節到數據幀的最后一個字節，由具體的命令而定，內容和長度不盡相同。

1.2 ?掌上多媒體通信協議命令

1）協議握手命令：掌上多媒體通信協議的握手命令幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“01”。手持式智能設備利用 “握手命令”與多媒體計算機建立起兩者之間的連接。

2）設置顏色和線寬命令：設置點、線的顏色和線寬命令的幀有5個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“02”，后續2個字節分別存放“線寬值”和“顏色值”。線寬以像素點為單位，當前版本能設置的顏色有紅、藍、綠、黑和白5種顏色值。

3）設置光標坐標的命令：該命令的十六進制形式幀格式見表2，命令幀長為11個字節。

X坐標的十進制值就等于8號字節的十進制值乘以256，再加上7號字節的十進制值；Y坐標的十進制值就等于10號字節的十進制值乘以256，再加上9號字節的十進制值。

4）請求做粘貼的命令：手持式智能設備請求在多媒體計算機上做粘貼命令的幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“15”。

5）鼠標操作及坐標的命令：在多媒體計算機上模擬鼠標命令的十六進制形式幀格式見表3，該命令幀長為11個字節。

鼠標動作有移動、單擊、雙擊和右擊等，鼠標的坐標計算方法與“3）”的計算方法相同。

6）特定按鍵命令：在多媒體計算機上模擬特定按鍵命令的幀只有4個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“1B”，后續字節存放“鍵值”。通過不同的鍵值實現了①將多媒體計算機上的屏幕內容截屏后發送給手持式智能設備的功能；②將多媒體計算機上“掌上多媒體通信協議主程序”窗口最大化的功能；③模擬多媒體計算機上鍵盤中向上“↑”和向下“↓”鍵的功能；④模擬多媒體計算機上鍵盤中 “Ctrl+A”鍵和“Ctrl+P”鍵等快捷鍵的功能。

7）將多媒體計算機上指定文件下載到手持式智能設備命令：該命令幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“1C”。

8）在多媒體計算機上連續畫線命令：該命令的十六進制形式幀格式見表4，命令幀長為11個字節。

坐標的計算方法與“3）”相同。該命令實現：手寫時，從前一個坐標點畫一條線至當前坐標點。

9）在多媒體計算機上畫直線命令：該命令的幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“31”。掌上智能設備可以利用此命令在多媒體計算機屏幕上，最近設置的2個坐標點之間畫一條直線。

10）在多媒體計算機上畫三角形命令：該命令的幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“32”。掌上智能設備可以利用此命令在多媒體計算機屏幕上，最近設置的3個坐標點之間畫一個三角形。

11）在多媒體計算機上畫矩形命令：該命令的幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“33”。掌上智能設備可以利用此命令在多媒體計算機屏幕上，以最近設置的2個坐標點為對角頂點畫一個矩形。

12）在多媒體計算機上畫圓命令：該命令的幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“34”。掌上智能設備可以利用此命令在多媒體計算機屏幕上，分別以最近設置的2個坐標點為圓心和半徑畫一個圓。

13）在多媒體計算機上顯示文字命令：該命令幀可能多達幾百個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節等，且“命令”字節的十六進制為“35”；后續的字節是欲顯示文字的內部編碼。此命令可以在多媒體計算機的屏幕上，以最近設置的2個坐標點為對角頂點的范圍內顯示命令幀中的所有文字。

14）向多媒體計算機發圖片命令：該命令的幀有7個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節等，且“命令”字節的十六進制為“41”；后續4個字節表示圖片的大小，單位是字節。

15）向多媒體計算機發文件命令：該命令的幀有7 個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節等，且“命令”字節的十六進制為“42”；后續4個字節表示文件的大小，單位是字節。

16）向多媒體計算機發數據命令：該命令的十六進制形式幀格式見表5，命令幀最長可達1 500個字節。

17）數據傳送結束命令：向多媒體計算機發送數據結束命令的幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“4F”。該命令通知多媒體計算機圖片或文件數據傳送結束。多媒體計算機可以顯示圖片或者利用系統中的其他關聯應用程序打開接收到的文件。

18）掌上多媒體通信協議結束命令：該命令的幀只有3個字節，即“保留”字節、“版本”字節、“命令”字節，且“命令”字節的十六進制為“7F”。手持式智能設備向多媒體計算機發出此命令后就退出與多媒體計算機之間的通信關系。這樣多媒體計算機又可以重新初始化掌上多媒體通信協議，并等待下一個手持式智能設備用“協議握手命令”建立連接。

2 ?掌上多媒體通信協議的實現

要實現掌上多媒體通信協議，必須分別在多媒體計算機和手持式智能設備上運行支持掌上多媒體通信協議的程序。把運行在多媒體計算機上支持掌上多媒體通信協議的程序稱為“掌上多媒體服務端”，簡稱服務端；把運行在手持式智能設備上支持掌上多媒體通信協議的程序稱為“掌上多媒體客戶端”，簡稱客戶端。

2.1 ?掌上多媒體通信協議操作流程

嵌入了掌上多媒體通信協議的服務端程序與客戶端程序的操作流程如圖2所示。

2.2 ?應用場景

利用“掌上多媒體通信協議”已經實現了如下應用場景[4-6]。

1）用圖1中的手持式智能設備無線控制圖中左邊的多媒體計算機。多媒體計算機開機后會自動運行服務端程序；運行了客戶端程序的智能手機或平板電腦就能以模擬鍵盤或鼠標形式控制多媒體計算機。掌上多媒體技術用于會議和商業PPT演示，課堂教學[4]就是這一場景的經典應用。在此場景中，當主講者的智能手機斷開與多媒體計算機的連接后，聽眾的智能手機也可以運行客戶端程序，連上多媒體計算機，與主講者或其他聽眾反轉互動。

2）大屏幕智能電視代替圖1中的多媒體計算機，就能實現在電視屏幕上寫字、畫圖、顯示圖片或相冊和播放視頻等功能，從而找到了掌上多媒體通信協議在家庭娛樂、家庭教育中的應用場景。

3）用智能手機代替圖1中的多媒體計算機，即使沒有外網也能在2臺手機之間實現屏幕互寫、互畫、互顯，以及文件傳送等功能，從而實現掌上多媒體通信協議在沒有數據流量的偏遠地域的應用場景。

3 ?結束語

雖然掌上多媒體通信協議已經在上述多個場景中進行了應用。但是，掌上多媒體技術及其通信協議的研究和應用還處于起步階段，需要得到更多的認同、使用、推廣。

協議的下一步改進和完善包括讓實現了該協議的掌上多媒體軟件有更好的使用體驗；將改進后的協議用于多媒體人工智能主講者及其PPT演示，用于家庭多媒體設備之間的互動娛樂；開發或發現掌上多媒體通信協議更多的應用場景。

參考文獻：

[1] 張虹，夏士雄，張薇，等.計算機網絡多媒體技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2003：1-5.

[2] 董向東.第三代交互式集控多媒體教學系統的設計與實現[J].中國教育信息化，2010（3）：50-53.

[3] 張占軍，韓承德，楊學良.支持多媒體通信的網絡協議技術及其發展[J].小型微型計算機系統，2002（6）：646-650.

[4] 周云霞，李榮珩，成夏炎.掌上多媒體技術在教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2021（22）：30-32.

[5] 湖南師范大學.掌上多媒體軟件遠程注冊系統：2019SR08522

37[P].2019-05-02.

[6] 周云霞.掌上多媒體簡介[EB/OL].[2016-07-16].https：//v.qq.co

m/x/page/y0313ukdxw6.html.