移动云信息交互展示系统的协议设计

黄淳岚 陆成茂 杨晓慧 金诗思 郭江涛 谭寓元 乐光学

摘要： 移动云信息交互展示系统定义了支持智能移动终端对投影仪远程遥控和文件共享以及无线投屏的通讯协议。协议实践可行、稳定可靠、具有良好的扩展性。利用Android系统独特的进程模型，以H.264数字视频编解码技术等为技术手段，实现了对投影仪端无线同屏的安卓应用。

关键词：文件传输；Android；协议模型；H.264

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）10-0024-03

开放科学（资源服务）标识码（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

移动互联网快速发展，智能手机日渐普及化，人们的生活与智能手机的联系也越来越密切。无论是学习、生活、工作，人们渴望能只需要通过智能手机，去进行操作就能够解决实际问题。因为Android操作系统其代码的开源性、以及丰富良好的应用等优势，深受人们的喜爱，取得了智能手机市场的半壁江山[1]。

Android操作系统拥有良好的嵌入特性，电子设备选择嵌入Android系统，可以扩展自身的功能多样和便捷性；传统的投影仪，其便捷程度和功能多样性上与新型的智能投影仪相比都大为不足；新型智能投影仪因为搭载了Android系统操作，与安卓市场上丰富的应用程序结合，搭配投影仪放大可视化界面的特性，再配以强大的互联网，智能投影仪取代传统投影仪呈现出了不可逆的发展趋势。

“移动云信息交互展示系统”就是将搭载Android操作系统的智能投影仪与智能手机、平板电脑等智能终端无线互联，实现远程无线遥控、文件共享、屏幕共享等功能的新型投影模式。本文接下来将通过协议模型设计、业务数据流、文件编码格式等等来讲述该系统的协议设计。

2系统协议与业务数据设计

2.1 系统协议模型

信息交互展示系统的协议定义在TCP/IP协议栈的应用层，系统在设备连接阶段采用无须连接的UDP协议进行广播。由于TCP传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，使用TCP可以保证系统通信的稳定性和可靠性[2]。

系统的服务端可以与多个客户端通信，其中一个客户端会被授权为管理员；当另一个客户端通过同屏請求取得管理员的同意后，服务端与该客户端建立一个会话，且不会再对其他连接上服务端的客户端授予同屏传输权限，除非会话结束或管理员中断此次会话。

在一个完整的会话中，包含控制连接和数据连接这两个独立的连接。命令和数据并行传输，可以防止数据传输影响用户操作，并带来良好的用户体验[3]。协议模型如图1所示。

2.2 系统业务数据流

系统分为三个组成部分：平板电脑为控制管理端，智能手机为用户端，智能投影仪为播放服务端。投影仪端提供显示播放服务，在开启服务端口后，其不断通过UDP用户数据报协议向局域网内广播加密后的IP地址，并打开TCP传输控制协议的一个端口，用于与用户和管理员交流控制信息。

投影仪显示连接密钥，客户端输入密钥后与投影仪连接，当客户端发出连接请求时，向投影仪发送请求指令，投影仪收到指令后向管理员端Pad发送询问指令，然后管理员端回答。

管理员发送同意指令给投影仪，投影仪开放另一个用于传输视频信息的TCP端口，并通知用户连接，用户连接后启动录制屏幕，并将视频按预定格式发送到投影仪。

视频格式开头为一个固定长度的头部，头部中包含即将发送的视频帧的大小，投影仪按这个大小接受视频帧，而后继续读取头部。数据流图如图2所示。

2.3 业务数据的推送

数据的交互是通过用户登录投影界面向服务器发送投影请求，用户交互服务器从本地数据中读取数据，若有则将数据返回界面，反之，向数据交互服务器发送请求，数据交互服务器查询界面数据后返回给用户服务器，用户交互服务器将界面数据写入缓存中，并返回给用户浏览。如图3所示。

当用户要进入个人设置时，用户交互服务器先对数据进行预处理，并将结果提交给数据交互服务器，数据交互服务器将数据核实或登记后，将处理结果返回给用户交互服务器，用户交互服务器对处理结果进行整合，显示在用户端的页面上。

系统管理员需要更新页面数据时，先将需要更改的页面数据提交给数据交互服务器，由数据交互服务器将更新内容写入数据库，并将更新信息提交给用户交互服务器。

3 编码标准和报文格式

3.1 数字视频编解码器标准H.264

在视频数据的编码格式上，移动云信息交互展示系统采用了H.264标准，此标准是ITU-T和ISO/IEC联合提出的一种高度压缩数字视频编解码器标准。其编码流程图如图4所示[4]。

H.264是MPEG-4的第十部分，通常也称之为H.264/AVC。H.264具有低码率、高质量图像、容错性强、网络适应性强等四个优势；相同质量的图像，采用H.264技术压缩的数据量是采用MPEG2压缩的数据量的1/8，MPEG4的1/3；H.264可以提供流畅的高质量图像；就在不稳定的网络环境下容易发生的丢包等错误的问题，H.264也提供了相应的必要工具；H.264提供网络抽象层，H.264格式的文件可以很容易地在不同網络上传输[5-7]。

可见，采用H.264技术来压缩编解码无线投屏的数据文件，可以降低需要传输的数据量，降低带宽的占用，提高传输效率，降低延时，让用户在使用过程中感觉不到延时的存在。

3.2 报文格式与协议选择

一次完整的数据传输，需要不同的通讯协议的互相协同。如TCP/IP协议的数据报文既包含了TCP和IP两个协议的承载关系： TCP包需要通过IP协议承载，而IP报文又是需要以太网传送，同时以太帧又分好几种类型，不同的类型有不同的结构、功用以及优劣之处[8-9]。

在以太帧中，Ethernet II 帧为其中一个典型，其最小长度为64字节，最大允许长度为1518字节，其结构如图5所示。

移动云信息交互展示系统采用的是TCP传输控制协议，虽然TCP并不是注重及时性的传输协议，但其拥有良好的稳定性和可靠性，在追求无线投屏的稳定流畅下，选择了TCP传输控制协议，而不是更注重于及时性的RTP实时传输协议。可能也正是使用了TCP的缘故，现在系统在投屏的时候还存在着100ms～200ms左右的时延，项目后期会再进一步优化代码，优化程序结构，以提高系统的实时性[10]。

4 结束语

该系统以智能手机为用户端，投影仪为服务端，接入同一个局域网，采用了H.264的编码标准，通过局域网网内地址直接通讯，实现了实时无线投屏。该系统代码主要使用JAVA语言，基于Android平台的开发，具有良好的可移植性，而且因为数据遵循H.264编码标准，抗干扰能力非常强，即使出现了丢包，也会有相应的处理机制解决。随着移动互联网以及微处理器的不断发展，带宽、存储器的存取速度等限制条件，这些问题都会得到一定程度的改善，移动云信息交互展示系统拥有非常广阔的前景。

参考文献：

[1] 冯灵霞， 张亚娟. 无线视频传输QoS优化研究——以Android手机为例[J]. 软件导刊， 2018， 17（4）： 148-150.

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[3] 吴轶群， 朱亚东， 王明敏. 基于Android平台的多屏互动系统设计[J]. 计算机应用与软件， 2014（10）：234-238.

[4] 罗欢， 周永明， 文昊翔. 基于Android智能电视的无线视频监控系统的设计[J]. 韶关学院学报， 2017， 38（3）：57-61.

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[8] 陈云. 浅析TCP/IP[J]. 科学之友， 2011（6）：15 0-151.

[9] 周建新， 邹玲， 石冰心. 无线网络TCP研究综述[J]. 计算机研究与发展， 2004， 41（1）：53-59.

[10] 谭鹃， 陈永红， 骆咏春. 基于TCPIP网络的高清电视会议系统设计与建设[J]. 电脑知识与技术， 2014（36）：8779-8780.

【通联编辑：谢媛媛】