采用插即用UPnP擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)播放器的設(shè)計(jì)

1 引言

通用型即插即用UPnP(Universal Plug and Play)是PnP(Device Plug and Play)的擴(kuò)展，它可發(fā)現(xiàn)和控制各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、Internet網(wǎng)關(guān)等，并能提供相應(yīng)服務(wù)。但UPnP不是即插即用的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，它支持“0配置”和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可自動(dòng)發(fā)現(xiàn)其他供應(yīng)商提供的設(shè)備。在UPnP協(xié)議下，一個(gè)設(shè)備可動(dòng)態(tài)的加入網(wǎng)絡(luò)，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設(shè)備的功能。很多種類的設(shè)備都可以使用UPnP協(xié)議，包括智能設(shè)備，無(wú)線設(shè)備。

UPnP使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP／IP和Internet協(xié)議，能夠很好的在現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)中使用，使用這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議使UPnP可從已有的各種經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)中獲利，打破各種信息孤島，越過(guò)各種物理層，可以是有線的，也可以是無(wú)線的，具有設(shè)備間的相互協(xié)作基本特點(diǎn)。

目前，DLNA(現(xiàn)代數(shù)字家庭)是一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域，UPnP是其中的主流協(xié)議之一。DLNA/UPnP的遠(yuǎn)景是構(gòu)建一個(gè)有線與無(wú)線的互操作網(wǎng)絡(luò)，由個(gè)人電腦、家用電器和移動(dòng)設(shè)備組成，在家庭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)控制，從而實(shí)現(xiàn)影音娛樂(lè)、內(nèi)容共享。

UPnP組成包括設(shè)備節(jié)點(diǎn)，服務(wù)節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)。在UPnP網(wǎng)絡(luò)中，最小的可控制單位是服務(wù)，采用一系列的狀態(tài)變量描述服務(wù)的“行為”和“狀態(tài)”。UPnP使用各種現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議口，包括TCP／IP、HTTP，HTTPU、SSDP、GENA。使用標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議保證了各種設(shè)備間的互操作性?？傊?，UPnP建立在各種協(xié)議之上，而不是API上，這使其能應(yīng)用在各種不同的平臺(tái)上。同時(shí)，建立在各種現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn)之上，具備很強(qiáng)的靈活性，可很好的適應(yīng)現(xiàn)在和將來(lái)各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求。

2 UPnP媒體播放器設(shè)計(jì)的基本思想

2．1 功能描述

UPnP網(wǎng)絡(luò)媒體播放器可以提供從網(wǎng)絡(luò)中獲取的各種娛樂(lè)信息，它允許控制節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行控制。此外，根據(jù)所支持協(xié)議的不同，播放器也可以提供對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制的功能。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UPnP網(wǎng)絡(luò)媒體播放器包含播放控制服務(wù)、連接管理服務(wù)和媒體傳輸服務(wù)。任何媒體播放器都至少提供兩種服務(wù)：播放控制服務(wù)和連接管理服務(wù)，媒體傳輸服務(wù)是可選的，它取決于設(shè)備所支持的傳輸協(xié)議。這里設(shè)計(jì)使用的協(xié)議是HTTP GET，能提供媒體傳輸服務(wù)，因而可以在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中控制數(shù)據(jù)流。

2．2 過(guò)程描述

媒體播放器可由控制節(jié)點(diǎn)在局域網(wǎng)內(nèi)對(duì)媒體服務(wù)器所提供的媒體進(jìn)行播放控制。媒體服務(wù)器、播放器、控制節(jié)點(diǎn)3者的互動(dòng)過(guò)程如下：控制節(jié)點(diǎn)使用SSDP協(xié)議在局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)媒體服務(wù)器和媒體播放器，首先定位媒體服務(wù)器上的資源，并需明確在服務(wù)器和播放器之間傳輸數(shù)據(jù)所需的協(xié)議和它們都支持的數(shù)據(jù)格式。這些傳輸參數(shù)都被確定后，控制節(jié)點(diǎn)就可以對(duì)傳輸?shù)膬?nèi)容進(jìn)行控制，如播放、暫停、停止等。真正的數(shù)據(jù)傳輸是在服務(wù)器和媒體播放器之間直接進(jìn)行的，并且獨(dú)立于控制節(jié)點(diǎn)，因此不包含在UPnP內(nèi)。即內(nèi)容的傳輸是使用UPnP以外的協(xié)議。之后，控制節(jié)點(diǎn)使用媒體服務(wù)器所提供的內(nèi)容目錄服務(wù)來(lái)獲取該服務(wù)器所支持的協(xié)議和數(shù)據(jù)類型，使用媒體播放器的連接管理服務(wù)來(lái)獲取相應(yīng)的信息，比較后選定雙方都支持的傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)類型。在本設(shè)計(jì)中，使用的傳輸協(xié)議是HTTP GET，所支持的數(shù)據(jù)格式為MP3。最后，控制節(jié)點(diǎn)使用媒體播放器提供的媒體傳輸服務(wù)來(lái)控制數(shù)據(jù)流。

3 UPnP媒體播放器的實(shí)現(xiàn)方法

設(shè)計(jì)使用Intel公司的開(kāi)源UPnP開(kāi)發(fā)工具Device-Builder，在Microsoft．NET Framwork下開(kāi)發(fā)。DeviceBuilder生成的UPnP協(xié)議棧由MiniServer模塊、HTTP模塊、線程庫(kù)模塊、XML解析模塊及協(xié)議棧編程接口等模塊組成，負(fù)責(zé)提供基本的UPnP功能，具體實(shí)現(xiàn)流程如下。

3．1 生成UPnP框架

使用DeviceBuilder生成相應(yīng)平臺(tái)上的代碼，由于是在Microsoft．NET Framwork下開(kāi)發(fā)，所以選擇的Target Platform應(yīng)為：Windows 98，NT，XP。具體功能有：尋址、發(fā)現(xiàn)、描述、控制、發(fā)布事件。各功能組合在一起，為媒體播放器提供UPnP能力，但I(xiàn)ntel開(kāi)發(fā)包生成的僅是一個(gè)框架，還要為其添加解碼、控制功能及對(duì)播放列表的識(shí)別等。

3．2 添加媒體解碼庫(kù)

下載一個(gè)開(kāi)源的播放器，將其改造成媒體解碼庫(kù)。即將播放器的功能抽象成函數(shù)以供外界調(diào)用，主要函數(shù)如下：

int decodestart(char*pBuffer)：調(diào)用該函數(shù)開(kāi)始播放，相當(dāng)于原來(lái)播放器的play功能。pBuffer是一個(gè)公共緩沖區(qū)，存放已下載的媒體數(shù)據(jù)。

extem void Read(int*position)：負(fù)責(zé)向公共緩沖區(qū)中裝入已下載的媒體數(shù)據(jù)，position指針則對(duì)應(yīng)于公共緩沖區(qū)中應(yīng)裝入的位置。由于一般下載的速度遠(yuǎn)大于解碼速度，所以應(yīng)注意裝入新數(shù)據(jù)時(shí)不要將尚未解碼的數(shù)據(jù)覆蓋掉。

extern void Decode(int*Dposition)：當(dāng)外界調(diào)用該函數(shù)時(shí)開(kāi)始解碼，Dposition則指示對(duì)應(yīng)于公共緩沖區(qū)的解碼位置。

此外還有pause，resume，stop等函數(shù)，均對(duì)應(yīng)于原播放器的相應(yīng)功能。將已實(shí)現(xiàn)的媒體解碼庫(kù)添加到生成的UPnP框架，再在UPnP框架中相應(yīng)的位置調(diào)用庫(kù)文件中的函數(shù)以實(shí)現(xiàn)解碼、播放控制。

3．3 播放控制功能實(shí)現(xiàn)

添加媒體解碼庫(kù)后。還需添加：數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)控制能力、根據(jù)播放器的狀態(tài)發(fā)布消息。詳細(xì)過(guò)程如下：

(1)設(shè)置傳輸?shù)刂?當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)從媒體服務(wù)器選定一首歌時(shí)，則觸發(fā)設(shè)置傳輸?shù)刂?由媒體傳輸服務(wù)提供)這一動(dòng)作。這時(shí)，如果播放器正在播放，首先要停止播放器的解碼動(dòng)作，為新歌曲的播放做準(zhǔn)備。接下來(lái)，在播放器獲得所選定歌曲的地址后(由控制節(jié)點(diǎn)提供)，直接從媒體服務(wù)器中下載這首歌曲，在此項(xiàng)目中，播放器采用HTTP GET下載。下載前，還需對(duì)該URL進(jìn)行判斷，查看下載的是否為播放列表，如果是播放列表，就不能將其直接傳給播放器，而要繼續(xù)從播放列表提供的地址中得到第1首歌的URL，再?gòu)拿襟w服務(wù)器中下載。最后，調(diào)用函數(shù)SetLastChange發(fā)布自己的狀態(tài)信息。

(2)數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)控制在下載的大小達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，觸發(fā)傳輸控制服務(wù)中Play這一動(dòng)作，這時(shí)，主線程創(chuàng)建一個(gè)解碼線程，該線程調(diào)用媒體解碼庫(kù)中的decodestart(char*pBuffer)函數(shù)，對(duì)存放在公用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并播放，進(jìn)行同步控制，以免當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞或系統(tǒng)內(nèi)存不足時(shí)，緩沖區(qū)中的播放指針超過(guò)下載指針而導(dǎo)致意外。如果選定的是含有多首歌曲的播放列表，則過(guò)程類似，只不過(guò)在一首歌曲播放完時(shí)會(huì)自動(dòng)從媒體服務(wù)器端下載另一首歌曲，一邊下載，一邊播放。當(dāng)用戶點(diǎn)擊next，previous時(shí)，首先檢查之前保存的URL是否為播放列表，若不是，則輸出錯(cuò)誤信息；若是，則停止播放器的解碼動(dòng)作，撤銷當(dāng)前解碼線程，為新歌的播放做準(zhǔn)備。由播放列表得到下一首歌的地址和端口號(hào)，開(kāi)始下載數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建新的解碼線程，最后，發(fā)布狀態(tài)信息。

所有的實(shí)際操作，如play，stop，pause，…，均與UPnP無(wú)關(guān)，它只實(shí)現(xiàn)消息傳遞?？刂乒?jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收命令傳遞給播放器，再由播放器中的媒體解碼庫(kù)完成解碼、播放、暫停、停止等功能。媒體服務(wù)器、控制節(jié)點(diǎn)、媒體播放器的互動(dòng)如圖1所示。

4 測(cè)試與分析

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，在兩臺(tái)同處于一個(gè)局域網(wǎng)的臺(tái)式機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試流程如下：首先在一臺(tái)機(jī)上啟動(dòng)Intel UP-nP工具集中的AVWizard程序，該程序其實(shí)就是媒體服務(wù)器和控制節(jié)點(diǎn)的合體，它既能提供媒體服務(wù)器的各種功能，也可提供控制點(diǎn)的功能。在另一臺(tái)機(jī)上啟動(dòng)媒體播放器，AVWizard首先掃描網(wǎng)絡(luò)中有無(wú)它所支持的設(shè)備，發(fā)現(xiàn)媒體播放器后，獲得該播放器的設(shè)備描述文檔，并顯示播放器的名稱。用AvWizard選定一首MP3，并將地址發(fā)送給指定的媒體播放器(UPnP MediaRender)。播放器開(kāi)始從媒體服務(wù)器指定的地址下載MP3，下載到一定長(zhǎng)度時(shí)開(kāi)始播放，詳細(xì)過(guò)程描述如下：

由圖2可知，當(dāng)AVWizard選定一首歌曲時(shí)，播放器輸出為：“Invoke：UPnPAVTransport_SetAVTransportURI…”。觸發(fā)播放器中媒體傳輸服務(wù)中的設(shè)置傳輸?shù)刂愤@一動(dòng)作．告訴播放器所需下載的媒體所在的URL和端口號(hào)，接著在AV Wizard中點(diǎn)擊play時(shí)，可以看到圖3中播放器輸出為：“Invoke：UP-nPAVTransport_Play(0，1)”，觸發(fā)播放器媒體傳輸服務(wù)中的play動(dòng)作，開(kāi)始下載要播放的內(nèi)容，同時(shí)，播放器開(kāi)始創(chuàng)建解碼線程，輸出：“Create thread success!!”，則表示解碼線程創(chuàng)建成功，在該解碼線程中調(diào)用媒體解碼庫(kù)中的函數(shù)。媒體解碼庫(kù)出：“…The main proccess start…player_init”，初始化媒體解碼庫(kù)，解碼并開(kāi)始播放音樂(lè)。

5 結(jié)論

由此可見(jiàn)，該媒體播放器實(shí)現(xiàn)成功，但存在不足之處：由于直接在Intel公司開(kāi)源UPnP開(kāi)發(fā)工具DeviceBuilder生成的代碼上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，所以界面不夠友好。實(shí)現(xiàn)媒體播放器的創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)直接在Intel生成的UPnP框架上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，與現(xiàn)有的許多使用開(kāi)源UPnP SDK開(kāi)發(fā)相比，無(wú)需進(jìn)行設(shè)備初始化和注冊(cè)工作，亦無(wú)需對(duì)UPnP的工作過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)操作，使開(kāi)發(fā)者的注意力可以完全集中在所需添加的服務(wù)上，無(wú)需關(guān)注繁瑣的協(xié)議通信細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)化UPnP應(yīng)用的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；但缺點(diǎn)是由于目前業(yè)界有許多SDK開(kāi)發(fā)包具有類似的功能，直接使用生成的UPnP框架不利于按需更換協(xié)議庫(kù)。(2)可在不同的操作系統(tǒng)上生成相應(yīng)的協(xié)議框架，屏蔽開(kāi)發(fā)平臺(tái)的差異，方便開(kāi)發(fā)人員在合適的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)所需的服務(wù)。(3)服務(wù)本身也可以作為模塊添加到應(yīng)用程序中，如媒體解碼庫(kù)就是作為一個(gè)獨(dú)立的模塊添加，實(shí)現(xiàn)松散耦合的應(yīng)用程序和組件，可根據(jù)不斷變化的情況和需求來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)，為媒體播放器的功能擴(kuò)展提供了很好的基礎(chǔ)。