隨著行動裝置的普及，相關的應用服務已與大多數人的日常生活密不可分。在微軟(Microsoft)提出的「三螢一雲」概念中，各種螢幕間的互動連結，是許多使用者渴望的功能，但卻很少看到有良好的解決方案。無線區域網路聯盟(Wi-Fi Alliance)注意到上述需求，因此對於家庭及企業在螢幕間互動的應用，提出以無線方式進行螢幕分享的技術Miracast。
Miracast是Wi-Fi聯盟的認證名稱，原來的技術規格名稱為Wi-Fi Display，是Wi-Fi聯盟為鞏固其在無線應用的龍頭地位，基於既有無線通訊技術提出的殺手級應用。該技術與認證項目由Wi-Fi聯盟中的行動與消費性電子設備製造商及晶片廠商共同制定。
Miracast簡化連結建立過程
Miracast簡化建立無線連結的過程，當使用者希望在設備間無線分享裝置的畫面內容時，毋須再透過繁複的手續連接傳輸線或進行設定，而能彼此識別、彼此連結，並能管理連結，根據設備的功能與網路條件，協調合適的影音傳輸格式，讓影音畫面能在不同的裝置間串流分享。
利用Miracast技術，使用者不再須要尋找各種規格的線材與轉換器，亦毋須確認用於連接設備的正確接頭。除此之外，智慧型手機、平板裝置、個人電腦等設備不再須要設計各種連接介面，就能與其他的輸出裝置，如電視機、機上盒(STB)、投影機、音響、耳機等連接，即可將多媒體與應用服務的內容在遠端影音設備上播放。
大廠競相發展鏡射技術
鏡射技術(Mirroring Technology)相當容易和數位生活網路聯盟(DLNA)推出的技術方案或虛擬網路運算(VNC)技術混淆。DLNA技術的用途是多媒體檔案(音樂、圖片、影片)的分享；而VNC強調的是遠端桌面的控制，本文討論的鏡射技術則是強調個人裝置上的聲音畫面分享，不限於任何檔案格式及服務應用。
目前與鏡射技術相關的技術主要有蘋果(Apple)的AirPlay Mirroring、英特爾(Intel)的WiDi、WiGig聯盟的WiGig、晶鐌(Silicon Image)UltraGig(Wireless HD)、WHDI聯盟的無線數位家庭介面(WHDI)、汽車連線聯盟(Car Connectivity Consortium)的MirrorLink，以及Miracast。除WiGig及UltraGig使用的是60GHz的頻段，其他的技術都是使用2.4GHz或5GHz的頻段，不同的技術也有不同的傳輸速率及影音格式的規範。
AirPlay Mirroring憑藉著其iOS及Mac裝置的熱賣，在此技術領域占有一定的比例；WiDi以內建於英特爾筆記型電腦平台上的優勢打入市場；WiGig技術的傳輸率可到達7Gbit/s，2013年初又與Wi-Fi聯盟合併，因此未來的發展值得關注。UltraGig的傳輸率可到達28Gbit/s，不過該技術目前由晶鐌獨占，得視裝置製造商是否願意採用；WHDI也由於其獨占性，須看製造商是否埋單；MirrorLink主要的應用目標是在車載系統，並同時定義有線及無線的應用，由於是汽車連線聯盟主推，因此比較有機會被車商所採用；而Miracast由Wi-Fi聯盟提出，並基於既有的Wi-Fi技術，容易與現有的無線產品結合，因此開發廠商較多，特別是英特爾宣布WiDi 3.5版將與Mircast相容。由此可見，Miracast是目前最被看好的一項技術，自從2012年9月中開放認證後，已有數十項產品通過認證，經認證的產品數量也陸續增加中。
Miracast相容Wi-Fi技術基礎
Miracast建立在其他幾項Wi-Fi聯盟所發展的基礎技術之上，包括無線傳輸技術802.11n(相容於未來其他傳輸規格如802.11ac)、點對點連接技術的Wi-Fi Direct與TDLS(Tunneled Direct Link Setup)、安全性方面的WPA2(Wi-Fi Protected Access 2)加密、提供服務品質(QoS)及流量管理的WMM(Wi-Fi Multimedia)技術、省電相關機制的WMM Power Save技術，以及方便使用者配置網路的WPS(Wi-Fi Protected Setup)技術。
在Miracast規格中，將裝置分為兩類，一類稱為傳送端(Source)，另一類稱為接收端(Sink)。接收端又分為主接收端(Primary Sink)及次接收端(Secondary Sink)，差別在於主接收端能支援影像或聲音的資料輸出；而次接收端只支援聲音的資料輸出，這樣的區別是由於Miracast提出配對接收端(Coupled Sink)的操作架構(圖1)，使用者可選擇將影音分流至不同裝置並同時呈現影音資訊。
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| 圖1 Miracast配對接收端拓撲結構 |
Miracast操作的程序，如圖2所示。首先，由於Miracast也定義服務搜尋的功能，不過在規格中是選擇性的，因此會以Wi-Fi Direct尋找附近的Miracast裝置，然後將尋找的訊息傳達給使用者。使用者可以從尋找到或是先前連線過的裝置中，選擇想要連接的裝置，建立好無線連線後，兩邊的裝置會進行設備功能與網路條件的協調，以選擇適合的影音傳輸格式。建立影音串流的連線協議(Session)後，後續就是一連串的即時串流協定(RTSP)控制命令，以控制影音串流的播放及終止。
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| 圖2 Miracast控制流程圖 |
圖3為Miracast的通訊架構中關於控制的部分，從底層來看是基於Wi-Fi Direct、TDLS及WPS等無線技術上。接下來會分為兩個部分，一部分是在於開放系統互聯第二層(OSI Layer 2)，亦即資料連結層(Data Link Layer)的操作，以進行尋找裝置及建立無線連線。另一部分是在無線網路連線建立後，TCP/IP層之上的控制命令，包括以RTSP協定進行裝置能力溝通(Capability Negotiation)、影音串流連線協議的建立與管理、使用者輸入反向通道(UIBC/User Input Back Channel)、遠端I2C讀寫(Remote I2C Read/Write)或高頻寬數位內容保護(High-Bandwidth Digital Content Protection, HDCP)控制訊息等資料的傳送。
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| 圖3 Miracast通訊架構控制流程 |
其中，UIBC定義如何將接收端的控制訊號回送到傳送端，包括觸控、滑鼠、鍵盤、搖桿等裝置事件，讓使用者透過接收端的輸入裝置回控傳送端；而遠端I2C讀寫是讓傳送端可透過TCP/IP讀寫一些接收端的I2C訊號，如延伸顯示能力識別(EDID)，以取得訊息或進行控制；HDCP是由英特爾發展，用於保護數位內容的技術，主要是防止數位內容在傳輸的時候被盜錄，在傳送端及接收端之前建立一套加解密的機制，如果在傳輸的過程中有不支援HDCP的裝置，則被保護的影片將會無法顯示或被迫調降解析度觀看。值得注意的是，UIBC、遠端I2C讀寫與HDCP等Miracast所定義的服務與功能，在規格中並非必備，廠商可依應用的需求決定是否實作。
Miracast影像/聲音串流規範不同
Miracast規格在影像上規定使用ITU-T H.264影像編碼演算法進行壓縮，但為配合應用上的特性，有些微的修改，捨棄比較複雜的技術，如基線協定(Baseline Profile, BP)定義的彈性聚集區塊(Flexible Macroblock Ordering, FMO)、任意切片順序(Arbitrary Slice Ordering, ASO)、冗餘切片(Redundant Slice, RS)及CBP(Constrained Baseline Profile)等。另外，Miracast規格還調整HP(High Profile)中的上下文自我調整二進位算術編碼(Context-adaptive Binary Arithmetic Coding, CABAC)和B Slice，成為新的CHP(Constrained High Profile)。
此外，Miracast影像傳輸規格級別(Level)定義在3.1到4.2，可選擇的解析度包括美國消費電子產品協會(CEA)、視訊電子標準協會(VESA)及HH(Handheld)標準中所訂定的數十種解析度組合，最高解析度及更新率可達1,920×1,200 60fps。另外，Miracast影像傳輸規格也有定義三維(3D)影片格式，包括Top & Bottom[Half]、Frame Sequential、Frame Packing及Side by Side[Half]等格式。
在聲音的格式方面，主要定義線性脈衝編碼調變(Linear Pulse-Code Modulation, LPCM)、進階音訊編碼(Advanced Audio Coding, AAC)及Dolby Advanced Codec 3(AC3)三種聲音編碼方式，及不同的聲道數、取樣頻率及位元頻率等。
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| 圖4 Miracast影音資料處理流程 |
圖4為Miracast通訊架構中關於影音資料處理流程的部分。整個影音資料處理及傳輸的流程，大致上分為幾個階段，一開始將擷取到系統的畫面及聲音進行壓縮，而壓縮後的影音資料再轉為基本封包串流(Packetized Elementary Stream, PES)封包格式，若應用HDCP，會將相關資訊加進來，再以MPEG2-TS的方式進行影音資料的融合(Mux)，接下來再加上RTP的標頭(Header)，最後透過UDP/IP的方式傳送。到接收端則是反向的解封裝、分工(Demux)、HDCP解密及解壓縮後，呈現影像及聲音的資料。
Miracast規格中也有提到建議的流量控制方式。在網路傳輸不穩定的時候，可透過改變壓縮率、略過畫面或聚集區塊，或者透過改變影音編碼格式等方法達到流量的控制，以維持影音播放的流暢性。
鏡射技術應用範疇廣
本文說明Miracast的流程及架構後，將進一步討論鏡射技術的相關應用，因此並不局限在Miracast的規範內。除基本的小螢幕鏡射到大螢幕的影音多媒體應用外，鏡射技術還可發展出許多種不同的變形應用，如可擴展到一對多的應用，亦即會議中可將簡報傳送到其他與會者的個人裝置，也可把文件的分享整合，讓與會者能同時在文件上進行協作編輯，會議結束後能將紀錄儲存於與會者的個人裝置。在教學的應用環境中，教學者能將畫面傳送到學生的裝置，或是將教學者或特定學生的畫面傳送到電子白板上。
另外的變形應用是使用鏡射技術將個人裝置的延伸畫面傳送到遠端螢幕，進而和原有的裝置進行特殊的互動應用，例如將遊戲畫面投射在高解析度的電視上，手機上則顯示與使用者互動的控制器畫面。除此之外，結合UIBC的技術，可達到BYOD(Bring Your Own Device)的概念，消費者使用自己的智慧型裝置做為一台可攜式的主機，在辦公室只須準備螢幕及輸入裝置後，就能輕鬆的辦公，也毋須擔心的資料的同步、傳輸的安全性及工作環境的機動性之類的問題。
Wi-Fi規範撐腰 Miracast市場發展前景可期
Miracast是一項新的Wi-Fi聯盟認證項目，透過既有Wi-Fi無線通訊技術的結合，完成包括電視、機上盒、投影機、智慧型手機、平板裝置及筆記型電腦等消費類電子設備的互動，將圖片、文字、聲音與影像內容甚至是更多的服務應用畫面在不同設備間共享，兼具高品質與便利性，讓使用者免除連接線材與轉換器的煩惱，以無線的方式分享手中的豐富內容。
從最近幾次的消費性電子展(CES)或全球行動通訊大會(MWC)，可以看出鏡射技術是各家大廠想推出的一項亮點技術，但是裝置互通性一直是很重要的問題，若是獨占性太高的產品，不容易把市場做大。Miracast為Wi-Fi聯盟樹立的一個共通標準，且能被大多數的廠商採用，有很高的互通性，將是該技術成功的關鍵。
另外，鏡射技術的變形應用，也是未來可預見的一種趨勢，家庭、辦公室、行動通訊以及教學環境等各場域的需求，衍生出一對多、延伸桌面、UIBC等技術的應用，將能為生活帶來許多有趣的體驗。
(本文作者任職於工研院南分院雲端服務中心)