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AirPlay Android接收端学习一 协议

2023-05-16

一 AirPlay 接收端描述

AirPlay是苹果的私有协议，苹果官方未开放api和sdk，目前相对权威的一份非官方协议文档。这篇文档详细描述了aiplay 服务发现、图片、音视频、镜像投屏的相关协议，给我们开发airplay设备提供了很好的参考。但是不足之处是文档已经有6年多时间没有更新过，对于IOS的新变化可能没有完全同步。在开发过程中我们可能会面临一些未知的坑，需要针对具体问题来逐一解决。

1.1 Airplay服务发现

Airplay设备启动之后可以发布两类服务：

1.RAOP (Remote Audio Output Protocol)，用于音频传输。

2.AirPlay service 用于图片、视频、镜像等媒体的传输。

实现AIRPLAY协议的APP不需要再做任何配置就能发现同一网络中的接收端设备，这主要得益于Bonjour（基于M-DNS协议实现）。Bonjour：苹果为基于组播域名服务(multicast DNS)的开放性Zeroconf标准所起的名字。Zeroconf (零设置网络标准)：全称为Zero configuration networking，中文名则为零配置网络服务标准，是一种用于自动生成可用IP地址的网络技术，不需要额外的手动配置和专属的配置服务器。具体例子为：用户拥有一台apple tv和一台iPhone5s，只要都连入到同一个无线局域网内，iphone4s就会自动找出apple tv，那么在播放音乐或者视频时候，用户只要点击推送，就可以讲音乐和视频推送到apple tv上播放

对于接收端，我们主要关注RAOP服务:

RAOP service from Device Name
name: 5855CA1AE288@Device Name
type: _raop._tcp
port: 49152
txt:
 txtvers=1
 ch=2
 cn=0,1,2,3
 da=true
 et=0,3,5
 md=0,1,2
 pw=false
 sv=false
 sr=44100
 ss=16
 tp=UDP
 vn=65537
 vs=130.14
 am=AppleTV2,1
 sf=0x4

服务名称由设备的mac地址和设备名称组成。

TXT属性包括：

namevaluedescription
txtvers1TXT记录版本
ch2音频通道：立体声
cn0,1,2,3音频编解码格式
et0,3,5支持的加密类型
md0,1,2支持的元数据类型
pwfalse接收端是否需要密码
sr44100音频码率
ss16音频采样率
tpUDP支持的传输层协议
vs130.14服务端版本
amAppleTV2,1设备模式

音频编解码

cn描述
0PCM
1Apple Lossless (ALAC)
2AAC
3AAC ELD (Enhanced Low Delay)

IOS设备作为AirPlay客户端，发送的音频流默认是ALAC格式，安卓设备作为接收端，系统自带的MediaPlayer无法解码ALAC格式，因此需要先使用开源的代码对ALAC格式的音频流进行解码，解码生成PCM数据，最后可以通过AudioTrack来播放PCM流。

加密类型

et描述
0没加密
1RSA (AirPort Express)
3FairPlay
4MFiSAP (3rd-party devices)
5FairPlay SAPv2.5

元数据

md描述
0text 文本
1artwork 插图
2progress 播放进度

总结：

通过RAOP服务发现协议中的描述，可以知道Airplay接收端服务的名称、支持的音频编解码格式、加密类型以及音频播放的进度、插入、歌曲和歌手名称等。这些可以满足我们使用IOS手机或者pad向安卓平台AirPlay接收端同步歌曲的基本需求。

二 音频流传输

音频流传输采用RTSP(Real Time Streaming Protocol）协议 (RFC 2326)。实时流传输协议，是TCP/IP协议体系中的一个应用层协议，由哥伦比亚大学、网景和RealNetworks公司提交的IETF RFC标准。

音频传输协议主要包括：RTSP请求、RTP流、音量控制、元数据、认证、远程控制。

2.1 RTSP请求

OPTIONS请求向RTSP服务端询问它支持的方法，以Apple TV为例，它支持：ANNOUNCE, SETUP, RECORD, PAUSE, FLUSH, TEARDOWN, OPTIONS, GET_PARAMETER, SET_PARAMETER, POST and GET.当客户端知道服务端支持的方法之后，便可以通过这些方法名向服务器发送数据来实现指定的功能。我们来详细看一下主要的方法描述：

ANNOUNCE

通过SDP(Session Description Protocol)服务描述协议向RTSP服务端发送音频流数据的属性，编解码器和加密密钥等信息。

RECORD

RECORD请求启动音频流传输

FLUSH

FLUSH请求停止音频流传输

TEARDOWN

结束RTSP会话

2.2 RTP流

音频包完全符合RTP协议。控制和定时分组并不完全符合RTP标准。

2.3 音量控制

通过SET_PARAMETER请求可以用来调节音量。音量值是float类型，-144表示静音，音量范围在-30到0之间。

示例

client → server

SET_PARAMETER rtsp://fe80::217:f2ff:fe0f:e0f6/3413821438 RTSP/1.0
CSeq: 6
Session: 1
Content-Type: text/parameters
Content-Length: 20
User-Agent: iTunes/10.6 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.7.3) AppleWebKit/535.18.5
Client-Instance: 56B29BB6CB904862
DACP-ID: 56B29BB6CB904862
Active-Remote: 1986535575

volume: -11.123877
server → client

RTSP/1.0 200 OK
Server: AirTunes/130.14
CSeq: 6

2.4 元数据

SET_PARAMETER请求可以用来传输元数据，元数据内容包括：音频名称、作者名字、专辑名称、插图、音频时长。RTP-Info 头部包含了rtptime参数，表示元数据的有效时间。

2.5 认证

发送的音频数据需要通过RSA认证，所有的二进制数据需要使用Base64 (RFC 4648) 进行加密。

客户端：

  • 在ANNOUNCE 请求中，通过Apple-Challenge 发送128位随机数据。

  • 生成一个128位的AES key，使用RSA公钥加密。

服务端：

  • 使用RSA私钥解密AES key,AES key将被用来解密音频数据

  • 使用RSA私钥对Apple-Challenge进行签名，通过Apple-Response头部发送返回结果给客户端

客户端：

使用RSA公钥对Apple-Response进行解密，检查数字与之前发送的数字是否相同。

2.6 远程控制

airplay服务端可以通过DACP (Digital Audio Control Protocol)协议向客户端发送命令：改变当前播放的音轨状态、暂停、重播，调整播放列表等。airplay客户端通过在RTSP请求中包含DACP-ID头文件来告诉服务端自己支持的命令范围。

总结：

airplay客户端通过向服务端发送OPTIONS请求获取服务端支持的方法列表，随后可以向服务端发送这些命令来建立和结束RTSP会话。客户端发送的音频数据需要RSA认证：首先客户端通过RSA公钥加密128位的AES key，然后服务端通过RSA私钥解密key，随后使用解密后的key来解密音频负荷数据包。客户端可以SET_PARAMETER 请求来调节音量，传输音轨名称、专辑名手、作者名称、音轨播放进度等信息。airplay服务端可以通过DACP发送远程控制命令来实现：改变当前播放的音轨状态、暂停、重播，调整播放列表等。

三 代码参考实现

AirReceiver(https://github.com/fgp/AirReceiver)使用Java写的运行在PC端的AirPlay接收端

DroidAirPlay(https://github.com/pentateu/DroidAirPlay) 基于AirReceiver代码转换成安卓项目的实现代码

AndroidAirPlayReceiver(https://github.com/zhhp1121/AndroidAirPlayReceiver)基于DroidAirPlay改造后能直接使用的安卓工程

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