基于UPnP的視音頻服務(wù)重定向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

龔 莎 （湘潭職業(yè)技術(shù)學(xué)院工學(xué)院，湖南 湘潭411102）

張 浩 （湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院，湖南 湘潭411105）

隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)新型終端訪問設(shè)備也越來越多，如個(gè)人電腦、PDA、手機(jī)、數(shù)字電視、DVD、MP3、DV／DC等。當(dāng)這些終端設(shè)備具備相互感知和操作能力，并且設(shè)備的部分或全部屬性能被映射到其他計(jì)算設(shè)備或系統(tǒng)中時(shí)，被稱之為泛在設(shè)備。這些泛在設(shè)備都有自己特定的屬性，能提供特定的服務(wù)。目前，基于UPnP技術(shù)的應(yīng)用逐漸增多，如應(yīng)用在媒體服務(wù)器和機(jī)頂盒中，但將UPnP協(xié)議應(yīng)用到視音頻服務(wù)，特別是服務(wù)的重定向方面的研究和實(shí)現(xiàn)還較少。為此，筆者設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于UPnP協(xié)議的視音頻服務(wù)重定向系統(tǒng)。

1 UPnP網(wǎng)絡(luò)

1.1 UPnP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從客戶／服務(wù)器的角度來看，UPnP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可分為3類：一類是發(fā)布服務(wù)的設(shè)備，該設(shè)備也可以嵌入在其他設(shè)備中；另一類是在網(wǎng)絡(luò)中搜尋特定服務(wù)的控制點(diǎn)，當(dāng)控制點(diǎn)找到感興趣的服務(wù)后就會(huì)從網(wǎng)絡(luò)中提取設(shè)備及其服務(wù)的描述文檔，并加以控制；第3類是設(shè)備和控制點(diǎn)之間相互發(fā)現(xiàn)和控制的服務(wù)。該服務(wù)由一個(gè)狀態(tài)表、一個(gè)控制服務(wù)器和一個(gè)時(shí)間服務(wù)器所組成，在編程過程中服務(wù)的描述是以XML文檔的形式包含在設(shè)備描述中[1]。

1.2 UPnP技術(shù)使用的協(xié)議

UPnP采用了許多現(xiàn)有的、已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了的協(xié)議來獲得廣泛的設(shè)備支持。UPnP協(xié)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(xié)議層。這些協(xié)議有：簡(jiǎn)單服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、通用事件通知體系、簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議；第4層是UPnP設(shè)備體系定義；第5層是UPnP論壇的各個(gè)專業(yè)委員會(huì)的設(shè)備定義層，在這個(gè)論壇中，不同電器設(shè)備由不同的專業(yè)委員會(huì)定義。

圖1 UPnP網(wǎng)絡(luò)過程梯形圖

1.3 UPnP網(wǎng)絡(luò)工作步驟

UPnP網(wǎng)絡(luò)從加入到完成服務(wù)控制，設(shè)備和控制點(diǎn)需要經(jīng)歷設(shè)備尋址、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、設(shè)備描述、設(shè)備控制、事件處理、設(shè)備陳述6個(gè)基本過程[3]。過程先后層次關(guān)系如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

UPnP論壇組織提供了一系列設(shè)備和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)模板，可以實(shí)現(xiàn)一些標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備與服務(wù)。該系統(tǒng)的服務(wù)確定為視音頻服務(wù)，而且UPnP網(wǎng)絡(luò)中具有播放功能的設(shè)備 （包括個(gè)人電腦、智能電視和智能手機(jī)等）都能訪問此服務(wù)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處在于：視音頻服務(wù)不只在資源服務(wù)器和設(shè)備間傳遞，還可在設(shè)備間實(shí)現(xiàn)重定向。該系統(tǒng)利用IP協(xié)議保證UPnP獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，采用SOAP協(xié)議保證設(shè)備具有互操作能力，采用XML對(duì)設(shè)備和服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的描述[2]，利用HTTP協(xié)議進(jìn)行手機(jī)、電腦和服務(wù)期間的信息交互。使用這些現(xiàn)存的、廣泛應(yīng)用的協(xié)議能減少開發(fā)系統(tǒng)的工作量，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更好地融入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該視音頻服務(wù)重定向系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)PC和手機(jī)通過無線路由連接好后，①啟動(dòng)PC播放器，PC播放器向網(wǎng)絡(luò)中廣播自己的存在，同時(shí)發(fā)布自己的服務(wù)；②啟動(dòng)手機(jī)播放器，在網(wǎng)絡(luò)中搜尋特定服務(wù)的設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)中若存在該種類型的設(shè)備，便返回該設(shè)備的設(shè)備描述和服務(wù)描述給手機(jī)播放器，否則返回空；③PC播放器和手機(jī)播放器控制點(diǎn)建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)TCP連接；④控制點(diǎn)發(fā)送手機(jī)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(wù)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(jìn)度等狀態(tài)返回給控制點(diǎn)應(yīng)用；⑥控制點(diǎn)應(yīng)用通過控制按鈕來控制PC播放器。重復(fù)⑤、⑥步驟直至資源播放完畢，則該服務(wù)重定向過程結(jié)束。

圖2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

互操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括PC媒體播放器和手機(jī)播放控制器2部分。PC媒體播放器主要應(yīng)用在Eclipse平臺(tái)，用java語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)；由于手機(jī)采用Google手機(jī)，所以手機(jī)播放器是在Eclipse平臺(tái)下，加入Android插件完成開發(fā)。這2個(gè)應(yīng)用都是基于UPnP協(xié)議棧完成的，無論是PC媒體播放器還是手機(jī)播放器都被 “UPnP化”了。這個(gè)過程是通過擴(kuò)展UPnP協(xié)議中的Device類，如PC媒體播放器的實(shí)現(xiàn)如下：

實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備，即系統(tǒng)里的智能手機(jī)的 “UPnP化”正是該系統(tǒng)的一大突破。在以往的研究中，人們都選用微機(jī)作為UPnP協(xié)議的載體，限制了UPnP協(xié)議在移動(dòng)設(shè)備中的使用，制約了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

當(dāng)前智能手機(jī)種類繁多，但主要是基于window ce、Symbian和Android操作系統(tǒng)的。Android以其開放性得到大多數(shù)手機(jī)制造商、運(yùn)營(yíng)商和開發(fā)者的青睞，未來應(yīng)用前景較好，故該系統(tǒng)采用基于Android操作系統(tǒng)的Google手機(jī)來充當(dāng)系統(tǒng)中的移動(dòng)設(shè)備。UPnP協(xié)議在Android平臺(tái)上的移植需要解決以下幾個(gè)問題。

3.1 UI設(shè)計(jì)的頁(yè)面布局問題

J2SE中用于UI設(shè)計(jì)主要是AWT （Abstract Window Toolkit）庫(kù)和Swing庫(kù)。發(fā)展到Android平臺(tái)，由于資源有限，一般其顯示屏的物理尺寸都相對(duì)較小，并不適合AWT這些UI包，而且手機(jī)的處理器能力和內(nèi)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(shí)現(xiàn)UI界面。

Android編程中都要以XML格式預(yù)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(diào)用資源文件。

3.2 文件讀寫路徑問題

一般的J2SE編程中，對(duì)文件的讀寫操作都可以在程序本身的工程中進(jìn)行，但Android編程中，對(duì)文件的讀寫與PC上java編程不同。因?yàn)锳ndroid讀寫文件的默認(rèn)路徑為：data／data／工程名／filename。該路徑位于手機(jī)的系統(tǒng)文件區(qū)。故描述文件要?jiǎng)?chuàng)建在該目錄下，才能被程序所讀取，文件內(nèi)使用相對(duì)路徑。

3.3 訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限問題

由于智能手機(jī)是采用的無線方式訪問網(wǎng)絡(luò)，所以與一般的PC編程不同。而該系統(tǒng)中，Android手機(jī)采用的是WIFI來進(jìn)行的無線接入。所以在編程的時(shí)候，做一些配置。在配置文件AndroidManifest.xml中為程序添加以下一些網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的權(quán)限：

解決了移植過程中的問題，為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)鋪平了道路。另外，該系統(tǒng)中，還將控制點(diǎn)功能結(jié)合到了Android手機(jī)播放器中，所以該手機(jī)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(wù)器提供了2類服務(wù)，一個(gè)是Power（開關(guān)媒體服務(wù)器），另一個(gè)是URL（設(shè)置媒體服務(wù)器所播放的網(wǎng)絡(luò)地址）。在設(shè)備模型描述中，服務(wù)是最重要的元素，它為設(shè)備提供了真正的功能，UPnP網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備可以激活和控制服務(wù)。一個(gè)設(shè)備描述對(duì)外采用XML的形式，這樣便于解析。

4 結(jié) 語(yǔ)

該視音頻服務(wù)重定向系統(tǒng)恰當(dāng)?shù)睦昧薝PnP協(xié)議的自發(fā)現(xiàn)、零配置等特點(diǎn)，結(jié)合Java編程及當(dāng)今流行的Android平臺(tái)編程技術(shù)，完美的實(shí)現(xiàn)了視頻服務(wù)重定向的功能。但在實(shí)際應(yīng)用中還存在如下問題：①當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中UPnP設(shè)備較多時(shí)，搜索特定服務(wù)的設(shè)備耗時(shí)較長(zhǎng)；②無法將具有特定服務(wù)的多個(gè)設(shè)備進(jìn)行列表選擇；③重定向的服務(wù)有限。所以在服務(wù)重定向領(lǐng)域的發(fā)展，還有待進(jìn)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(xié)議的AV框架的實(shí)現(xiàn) [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2006（12）：224-225.

[3]于辰濤.UPnP協(xié)議編程實(shí)踐 [EB／OL].http：／／www2900.ibm.com／developerWorks／cn／linux／other／UPnP／part1／index.shtml，2004-02-09.