家庭娛樂互動系統(tǒng)終端軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

童世華,張 永

(1.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2. 重慶郵電大學(xué)，重慶 400065)

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家庭娛樂互動系統(tǒng)終端軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

童世華1,張 永2

(1.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2. 重慶郵電大學(xué)，重慶 400065)

信息技術(shù)的飛速發(fā)展推動著家庭娛樂體驗(yàn)形式的不斷革新，IPTV機(jī)頂盒成為數(shù)字家庭獲取多媒體內(nèi)容的重要途徑。目前家庭娛樂設(shè)備比較獨(dú)立分散，無法滿足人們對家庭娛樂設(shè)備間互聯(lián)互動的需求。研究與設(shè)計了一種基于IPTV的家庭娛樂互動系統(tǒng)終端軟件，實(shí)現(xiàn)了對家庭娛樂設(shè)備之間的交互控制，整合了家庭娛樂設(shè)備各自的優(yōu)勢，帶給了人們家庭娛樂新體驗(yàn)，同時激活許多只帶有HDMI接口的普通電視。測試結(jié)果表明，該家庭娛樂互動系統(tǒng)終端軟件實(shí)現(xiàn)家庭娛樂互聯(lián)，從根本上改變了人們對家庭娛樂產(chǎn)品的體驗(yàn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

家庭娛樂；互動系統(tǒng)；IPTV；Android

隨著人們生活水平不斷提高，傳統(tǒng)家庭已經(jīng)逐漸向數(shù)字家庭轉(zhuǎn)變。家庭娛樂作為數(shù)字家庭的重要組成部分，也進(jìn)入全新的階段。國內(nèi)學(xué)者針對家庭娛樂的多屏互動進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了雙屏互動，但雙屏互動的功能相對比較單一[1]。而且，國內(nèi)對基于Android 操作系統(tǒng)的多個智能終端間的多媒體內(nèi)容分享的研究還存在很大空白[2]。國外的家庭娛樂軟件開發(fā)技術(shù)雖然比較成熟，且已形成系統(tǒng)，其對應(yīng)的硬件設(shè)施價格卻比較昂貴。

針對家庭娛樂中心缺乏系統(tǒng)性的問題，以及面對人們?nèi)找嬖鲩L的家庭娛樂互動需求，本文對Android智能終端、電視等家庭娛樂產(chǎn)品之間的交互技術(shù)進(jìn)行研究，在Android智能終端上進(jìn)行軟件開發(fā)，整合IPTV、電視以及智能終端各自的優(yōu)勢，讓家庭娛樂中心的多媒體產(chǎn)品從多樣化走向系統(tǒng)化，達(dá)到互聯(lián)互動的效果[3-7]。實(shí)現(xiàn)家庭娛樂互聯(lián)，從根本上改變?nèi)藗儗彝蕵樊a(chǎn)品的體驗(yàn)，具有很大的市場前景。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)以IPTV機(jī)頂盒為載體，以中間件技術(shù)為理論基礎(chǔ)，以家庭娛樂交互模型為參考，設(shè)計了家庭娛樂互動系統(tǒng)中設(shè)備之間的交互方式，并把智能手機(jī)作為交互模型中的控制點(diǎn)，在控制點(diǎn)上進(jìn)行軟件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)交互方式的整體控制[6]。靈活地整合家中的智能電視、Pad和智能手機(jī)的資源優(yōu)勢，在數(shù)字家庭中搭建一個智能娛樂設(shè)備間的互聯(lián)互動系統(tǒng)[7]。

軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，自底向上主要包含了4層：中間件層、交互層、CP業(yè)務(wù)應(yīng)用層和多媒體層。

圖1 家庭娛樂互動系統(tǒng)終端軟件總體結(jié)構(gòu)

圖1所示，中間件層為在控制點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)其業(yè)務(wù)應(yīng)用提供設(shè)備自主互聯(lián)技術(shù)、IPTV流媒體技術(shù)和多線程技術(shù)支撐；交互層對媒體服務(wù)器(MS)和媒體播放器(MR)交互方式進(jìn)行設(shè)定，MS和MR所有消息的交互都是通過控制點(diǎn)(CP)調(diào)用MS和MR的接口服務(wù)進(jìn)行的，該層呈現(xiàn)了“端到端”交互模型和“云到端到端”交互模型；CP業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要向用戶提供網(wǎng)絡(luò)連接、圖片推送、視頻推送和互動桌面四大交互功能；多媒體層提供多媒體內(nèi)容，通過內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)和IPTV機(jī)頂盒接入家庭[4]。從CP業(yè)務(wù)應(yīng)用層可以看出，家庭娛樂互動系統(tǒng)終端軟件在整體功能上分為網(wǎng)絡(luò)連接、圖片推送、視頻推送和互動桌面4個部分[8]。各個功能細(xì)化如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的總體功能圖

如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)連接模塊發(fā)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)字家庭娛樂終端設(shè)備并生成列表，以及手動選擇和設(shè)備連接；圖片推送模塊掃描媒體服務(wù)器端的照片或?qū)崟r拍攝的照片能推送到連接的媒體播放器端；視頻推送模塊掃描媒體服務(wù)器端的資源生成列表，選擇指定的資源并推送到媒體播放器端進(jìn)行播放，或者直接在媒體服務(wù)器端上選擇網(wǎng)絡(luò)視頻，推送到媒體播放器播放；互動桌面模塊對媒體播放器端正在顯示的圖片進(jìn)行同步標(biāo)記，對正在播放的視頻實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，主要包括暫停/播放、音量加減等功能[5]。

本文按照設(shè)備類型與物理設(shè)備集成方式的不同，以CP端為核心，設(shè)計了家庭娛樂互動系統(tǒng)的兩種交互方案：端到端交互模式和云到端到端交互模式?！岸说蕉恕钡慕换ツＪ绞峭ㄟ^家庭局域網(wǎng)中MS+CP與MR之間能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，并能進(jìn)行資源共享和操作控制。本文主要選用Android智能終端做CP端軟件的開發(fā)，Android智能終端通過本文開發(fā)的軟件將本地的多媒體資源分享到電視端進(jìn)行播放[9]。“云到端到端”的交互模式是家庭通過寬帶或無線接入互聯(lián)網(wǎng)云端內(nèi)容，在家庭娛樂設(shè)備互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，通過家庭局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容共享。本文選用Android智能終端做CP端軟件的開發(fā)。IPTV機(jī)頂盒作為MS端接入IPTV共享平臺的多媒體內(nèi)容，帶Android操作系統(tǒng)的Pad作為MR。Android智能終端通過本文開發(fā)的軟件和IPTV作為媒介訪問IPTV云端的多媒體資源，分享到Pad上進(jìn)行播放。

2 軟件設(shè)計

2.1 網(wǎng)絡(luò)連接模塊的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)連接模塊主要實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)能夠發(fā)現(xiàn)家庭局域網(wǎng)中的其他家庭娛樂設(shè)備，并且能夠獲知它們提供的服務(wù)，生成列表，以供用戶選擇控制對象。家庭娛樂設(shè)備動態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)，自動獲得一個IP地址。設(shè)備之間的通信依靠HTTP技術(shù)，其中媒體服務(wù)器和媒體播放器都是采用XML方式向控制點(diǎn)公布自己的存在以及能夠提供的服務(wù)，同時控制點(diǎn)通過解析XML獲知媒體服務(wù)器和媒體播放器的存在及能提供的服務(wù)，最后對媒體服務(wù)器和媒體播放器進(jìn)行控制[6]。

2.2 圖片推送模塊的實(shí)現(xiàn)

Android手機(jī)里的圖片推送給IPTV機(jī)頂盒在電視上進(jìn)行播放。此時，手機(jī)既是CP又是MS，IPTV機(jī)頂盒就是MR。Android手機(jī)和IPTV機(jī)頂盒在同一家庭局域網(wǎng)中相互發(fā)現(xiàn)對方，并交換彼此的描述信息，了解調(diào)用對方服務(wù)的參數(shù)等信息[7]。

Android手機(jī)向IPTV機(jī)頂盒發(fā)送請求時，Android手機(jī)上運(yùn)行一個HTTP客戶端，IPTV機(jī)頂盒上運(yùn)行一個HTTP服務(wù)端。Android手機(jī)利用HTTP請求/響應(yīng)機(jī)制將圖片傳輸?shù)絀PTV機(jī)頂盒并經(jīng)過轉(zhuǎn)換后在TV上進(jìn)行播放。當(dāng)TV圖片播放結(jié)束時，通知Android手機(jī)，便于在UI界面上提醒用戶。

2.3 視頻推送模塊的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 本地視頻推送

該功能是把Android手機(jī)里的本地視頻文件傳到IPTV機(jī)頂盒。此時，手機(jī)既是CP又是MS，IPTV機(jī)頂盒就是MR。Android手機(jī)和IPTV機(jī)頂盒都存在服務(wù)端和客戶端。Android手機(jī)的服務(wù)端是用于POST視頻文件信息給IPTV機(jī)頂盒的客戶端。IPTV機(jī)頂盒的服務(wù)端是用于反向請求HTTP連接和發(fā)出回應(yīng)消息，Android手機(jī)的客戶端用于接收來自IPTV機(jī)頂盒的連接請求和回應(yīng)的消息。如果視頻文件暫停后要繼續(xù)推向盒端的推送，就需要在傳輸過程中捕獲POST和GET異常，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否斷開。

2.3.2 云端視頻推送

Android手機(jī)將IPTV云端的電視節(jié)目推送到Pad上進(jìn)行播放，MS與IPTV機(jī)頂盒集成，CP與Android手機(jī)集成，MR與平板集成。

Android手機(jī)、平板、IPTV機(jī)頂盒處在同一家庭局域網(wǎng)中，Android手機(jī)端通過控制端軟件能夠發(fā)現(xiàn)Pad端、IPTV機(jī)頂盒，并且能與二者交換描述信息，調(diào)用服務(wù)的參數(shù)。Android手機(jī)上使用控制端軟件，篩選相關(guān)的視頻內(nèi)容并形成列表，建立平板與IPTV機(jī)頂盒的連接。Pad端與IPTV端在建立連接之后，是通過帶外傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。Android手機(jī)將IPTV機(jī)頂盒云端的視頻內(nèi)容推送到Pad播放的消息流程如圖3所示。

圖3 視頻推送的消息流程

2.4 互動桌面模塊的實(shí)現(xiàn)

2.4.1 遠(yuǎn)程遙控

遠(yuǎn)程遙控模塊主要是通過在Android手機(jī)端定義虛擬遙控按鍵，其中包括上、下、左、右和OK鍵，播放/暫停，音量加減和播放/快進(jìn)等。遙控鍵值都封裝在數(shù)據(jù)包中，綁定IPTV機(jī)頂盒的IP和PORT后直接往IPTV機(jī)頂盒發(fā)送。

Android手機(jī)端與IPTV機(jī)頂盒建立HTTP連接，使用onKeyDown捕獲按鍵的狀態(tài)，提取之前封裝好的鍵值，隨后將鍵值封裝在HTTP消息里，通過sendMessage()函數(shù)發(fā)送請求消息到IPTV機(jī)頂盒。IPTV機(jī)頂盒返回一個應(yīng)答HTTP/1.1 200 OK，然后把虛擬按鍵處理為真實(shí)的遙控按鍵事件并做出響應(yīng)。

2.4.2 同步標(biāo)記

同步標(biāo)記作為互動桌面模塊的一個子項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)的功能是手機(jī)上對照片進(jìn)行標(biāo)記的同時，電視上也能動態(tài)顯示標(biāo)記的圖片。首先在當(dāng)前界面布置一個imageView控件，隨后通過調(diào)用Camera的open()方法打開相機(jī)，GetParameters()方法獲取拍照參數(shù)，最后調(diào)用takePicture()方法實(shí)現(xiàn)圖片的拍攝，圖片拍攝后顯示到imageView控件中，并存在SD卡的根目錄下。圖片拍攝后啟用線程進(jìn)行圖片的傳輸。圖片傳輸成功后，調(diào)用createBitmap()方法把imageView控件設(shè)置為畫布，實(shí)例化一個Paint作為畫筆，隨后調(diào)用setStrokeWidth()和setColor()函數(shù)對線寬和顏色進(jìn)行設(shè)置。在顏色和線寬選定后，當(dāng)用戶在觸摸屏上移動時，即可在屏幕上繪制任意的圖形[4]。

2.5 家庭娛樂互動系統(tǒng)交互過程

在“端到端”交互模式中，將設(shè)備劃分為MS和CP集成在了一個物理實(shí)體上，MR單獨(dú)成一個物理實(shí)體。在采用異步傳輸協(xié)議情況下，CP+MS與MR的交互過程如圖4所示。在“云到端到端”交互中，將設(shè)備劃分為了MS、MR和CP三種邏輯角色，分布在不同的物理實(shí)體上。在采用異步傳輸協(xié)議的情況下，MS、MR和CP的交互過程如圖5所示。

圖4 端到端交互過程

圖5 云到端到端交互過程

3 測試驗(yàn)證

為了測試驗(yàn)證本設(shè)計的科學(xué)性和可行性。首先搭建好軟件的測試平臺和軟件運(yùn)行的實(shí)際場景，系統(tǒng)測試配置表如表1所示。

針對本系統(tǒng)的終端軟件，分別對網(wǎng)絡(luò)連接、圖片推送、視頻推送和桌面互動4個功能進(jìn)行測試[10]。

3.1 網(wǎng)絡(luò)連接功能測試

網(wǎng)絡(luò)連接模塊主要完成了兩個功能：一是要連接到由IPTV機(jī)頂盒發(fā)出的WiFi，以便用戶查看本地資源時推送到電視端進(jìn)行播放；二是能夠掃描出局域網(wǎng)中的所有家庭娛樂智能設(shè)備并形成列表，以便在Android手機(jī)端欣賞IPTV業(yè)務(wù)系統(tǒng)的多媒體內(nèi)容時，選擇推送到其他智能終端。網(wǎng)絡(luò)連接測試前置條件為系統(tǒng)安裝該軟件，連接IPTV機(jī)頂盒發(fā)射出的WiFi；測試功能點(diǎn)為通過IPTV賬號登錄接入IPTV云平臺、系統(tǒng)家庭局域網(wǎng)中掃描出家庭娛樂設(shè)備；賬號密碼錄入正確進(jìn)入軟件主界面，點(diǎn)擊娛樂終端列表，列表中顯示出已連接入家庭WiFi的全部家庭娛樂設(shè)備名稱。測試結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)連接功能正常。

3.2 圖片推送功能測試

圖片推送模塊實(shí)現(xiàn)的功能是：Android手機(jī)端的圖片推送到IPTV機(jī)頂盒所連接的電視端進(jìn)行顯示，且支持幻燈片形式的推送。圖片推送測試前置條件為承載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，IPTV EPG平臺、機(jī)頂盒、電視機(jī)工作正常，主界面運(yùn)行成功；測試功能點(diǎn)為訪問本地的圖片，點(diǎn)擊圖片能推送到TV端進(jìn)行顯示；點(diǎn)擊本機(jī)資源控件后本地圖片能形成列表；展開資源列表，打開圖片，圖片能推送到TV端進(jìn)行顯示，手機(jī)屏幕和電視屏幕能同時顯示手機(jī)端的圖片；點(diǎn)擊幻燈片播放按鈕，手機(jī)屏幕和電視屏幕能有序地同時顯示同一張圖片。測試結(jié)果表明，圖片推送功能正常。

3.3 視頻推送功能測試

視頻推送模塊實(shí)現(xiàn)本地視頻推送和云端視頻推送的功能。本地視頻推送就是將本地的視頻推送到IPTV機(jī)頂盒，在電視上進(jìn)行播放，中途暫停后點(diǎn)擊開始可以繼續(xù)播放。云端視頻推送就是通過Android手機(jī)端訪問IPTV的業(yè)務(wù)平臺，在手機(jī)端生成EPG信息，通過電機(jī)觀看視頻，在觀看過程中可以將視頻推送到其他Android端進(jìn)行播放，在本次測試中選擇了三星的S5作為推送的目的端。視頻推送測試前置條件為承載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，IPTV EPG平臺、機(jī)頂盒、電視機(jī)、Pad工作正常，IPTV EPG平臺內(nèi)有可播放的直播內(nèi)容，采用單播方式，標(biāo)清片源；測試功能點(diǎn)為點(diǎn)擊在線直播按鈕后終端可以正常訪問EPG門戶、發(fā)現(xiàn)直播內(nèi)容，用戶點(diǎn)擊播放后終端和電視能夠同時播放媒體內(nèi)容且播放效果良好，播放過程中可選擇推送按鈕推送到其他端播放；搜索本地視頻文件時本地視頻形成列表，選擇視頻文件后視頻推送到電視端進(jìn)行播放，點(diǎn)擊在線直播按鈕后進(jìn)入在線直播界面，選擇播放內(nèi)容后手機(jī)端可以正確播放媒體內(nèi)容，選擇推送目的端后Pad端可以播放推送過去的視頻。測試結(jié)果表明，視頻推送功能正常。

表1 系統(tǒng)測試配置表

3.4 互動桌面功能測試

3.4.1 遠(yuǎn)程遙控模塊測試

遠(yuǎn)程遙控模塊是通過Android手機(jī)實(shí)現(xiàn)對電視進(jìn)行上下左右、暫停/播放以及音量加減的功能。測試結(jié)果表明，遠(yuǎn)程遙控功能正常，遠(yuǎn)程遙控模塊測試如表2所示。

表2 遠(yuǎn)程遙控測試

3.4.2 同步標(biāo)記功能測試

同步標(biāo)記模塊實(shí)現(xiàn)在圖片推送成功后，可以選擇畫筆對圖片進(jìn)行標(biāo)記，手機(jī)端在標(biāo)記的同時，電視端也跟著標(biāo)記相同的內(nèi)容。測試結(jié)果表明，同步標(biāo)記功能正常，同步標(biāo)記測試如表3所示。

4 結(jié)束語

近年來，人們越來越關(guān)注家庭互動式的娛樂體驗(yàn)，越來越期望家庭中也能引入豐富的網(wǎng)絡(luò)媒體資源。本文以家庭娛樂交互模型為研究對象，對家庭娛樂設(shè)備實(shí)現(xiàn)自主互聯(lián)、“端到端”和“云到端到端”兩種交互方式，以IPTV機(jī)頂盒為載體，設(shè)計的家庭娛樂互動系統(tǒng)終端控制端軟件效果較好，市場前景較好。

表3 同步標(biāo)記測試

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童世華(1980— )，碩士，主研物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家居技術(shù)應(yīng)用；

張 永(1990— )，女，碩士，主研智能家居技術(shù)。

責(zé)任編輯：許 盈

Design and implementation of terminal software for home entertainment interactive system

TONG Shihua1，ZHANG Yong2

(1.ChongqingCollegeofElectronicEngineering，Chongqing401331,China；2.ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications，Chongqing400065,China)

The rapid development of modern information technology has driven the continuous innovation of the form of family entertainment experience. IPTV set-top box is an important means to obtain multimedia content and services in digital home today. Currently home entertainment devices are independent and dispersed, which has been unable to meet people's requirements of the interaction and interconnection between home entertainment devices. Interactive home entertainment system terminal software which based on IPTV has been developed and researched. It has realized interactive control of home entertainment products and has combined the advantages of home entertainment products，and has brought people home digital entertainment new experience. At the same time, it can activate many families which have only a normal TV with HDMI. Test results show that the home entertainment interactive system terminal software to achieve family entertainment Internet, to change people's experience of home entertainment products, which has broad application prospects.

home entertainment; interactive system; IPTV; Android

童世華，張永. 家庭娛樂互動系統(tǒng)終端軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2016，40(12)：62-67. TONG S H，ZHANG Y. Design and implementation of terminal software for home entertainment interactive system [J].Video engineering，2016，40(12)：62-67.

TP319

A

10.16280/j.videoe.2016.12.012

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ1402906；KJ1602910)

2016-07-20