[airplay2] airplay2简略介绍

一. 概念

AirPlay 2 是苹果公司开发的无线音频/视频流协议的第二代版本。 它在第一代 AirPlay 的基础上进行了重大升级，主要专注于提升多房间音频体验、稳定性、响应速度和生态整合。

以下是 AirPlay 2 的核心特性和技术介绍：

1. 革命性的多房间音频体验：

• • 核心功能： 这是 AirPlay 2 最显著的进步。它允许你同时在多个支持 AirPlay 2 的扬声器（或设备，如 Apple TV 连接的电视音响）上同步播放同一首歌曲。
  • 分组控制： 你可以通过 iOS/iPadOS 设备上的“家庭”App、控制中心，或者在 macOS 上的“音乐”App 中，轻松创建、管理和组合扬声器分组（例如“客厅”、“卧室”、“整屋”）。可以随时调整不同房间的音量。
  • 立体声配对： 可以将两个相同型号的支持 AirPlay 2 的智能音箱（如 HomePod）配对组成一个立体声组合，提供更宽广的声场。
  • 多用户支持： 同一家庭网络中的不同用户设备可以同时控制播放，无需中断当前播放。

1. 改进的缓冲和稳定性：

• • AirPlay 2 采用了更智能的缓冲机制，能更好地应对 Wi-Fi 网络的波动，显著减少了播放中断（如卡顿、掉线）的情况。
  • 连接建立更可靠，播放启动更快。

1. 更低的延迟和更好的同步：

• • AirPlay 2 优化了音频传输的时间同步算法。即使在多个房间播放，也能确保所有扬声器发出的声音保持高度同步（苹果声称精度在毫秒级别），避免了回音或延迟感。
  • 更低的延迟对于观看视频（音频与画面同步）和游戏体验也很有帮助。

1. 协议增强与效率：

• • 基于 Wi-Fi 和以太网： 主要依赖家庭 Wi-Fi 网络（或以太网）进行传输，提供比蓝牙更高的音质和更远的传输距离。
  • 支持更高品质音频： 支持传输 CD 品质（44.1kHz, 16-bit）或更高（如 48kHz）的无损音频流（ALAC）。音质上限取决于源文件、发送设备和接收设备的能力。
  • 音频处理： 接收端（如 HomePod、支持 AirPlay 2 的音响）会进行最终的数模转换和放大，音质受接收设备本身的硬件影响。
  • 协议效率： 相比第一代，AirPlay 2 在数据传输效率上有所优化。

1. 与 Apple 生态深度整合：

• • 系统级支持： 深度集成在 iOS, iPadOS, macOS, tvOS 和 watchOS 中。从控制中心、锁屏、应用内都可以轻松访问 AirPlay 2 控制界面。
  • Apple 应用原生支持： Apple Music、Apple Podcasts、Apple TV App 等都原生完美支持 AirPlay 2。
  • Siri 语音控制： 可以直接用 Siri 命令音乐在特定的 AirPlay 2 扬声器或分组上播放（例如“嘿 Siri，在客厅播放爵士乐” 或 “嘿 Siri，在整屋播放”）。
  • 家庭 App 中枢： Apple TV 或 HomePod 可以作为家庭中枢，即使你不在家，也可以通过互联网远程控制家中的 AirPlay 2 设备（需开启“家庭”设置）。

1. 第三方设备支持：

• • 苹果开放了 AirPlay 2 的认证计划。许多主流音响品牌（如 Sonos, Bose, Denon, Marantz, Bang & Olufsen, Bowers & Wilkins, Yamaha, Belkin 等）以及部分智能电视、机顶盒、接收器都获得了 AirPlay 2 认证，可以接入苹果的多房间音频系统。设备上通常会有明确的 “AirPlay 2” 或 “Works with Apple AirPlay 2” 标识。

1. 与 AirPlay (第一代) 的主要区别：

• • 多房间音频： AirPlay 2 的核心优势，第一代仅能点对点或轮流切换播放。
  • 缓冲与稳定性： AirPlay 2 明显更稳定可靠。
  • 延迟与同步： AirPlay 2 延迟更低，多设备同步精度极高。
  • 控制集成： AirPlay 2 深度集成到系统控制中心和家庭 App，控制更方便。
  • Siri 与家庭中枢： AirPlay 2 支持 Siri 控制和远程访问。
  • 第三方生态： AirPlay 2 的第三方支持更广泛和标准化。

总结：

AirPlay 2 是苹果构建其无线音频生态系统，特别是高品质、易用、无缝的多房间音频体验的关键技术。它通过先进的同步算法、改进的网络处理能力和深度系统集成，解决了第一代 AirPlay 在多房间应用上的痛点，并吸引了众多第三方厂商加入，使其成为智能家居音频领域的重要标准之一。对于拥有多个苹果设备并希望在家庭不同空间享受音乐的用户来说，AirPlay 2 提供了强大且优雅的解决方案。

需要注意的：

• Wi-Fi 网络质量是关键： 稳定、覆盖良好的 Wi-Fi 网络是获得良好 AirPlay 2 体验的基础。
• 设备兼容性： 发送设备（iPhone/iPad/Mac）和接收设备（音箱/电视等）都需要支持 AirPlay 2 才能使用其全部功能（尤其是多房间）。
• 视频 AirPlay： AirPlay 2 主要优化的是音频流。视频镜像或流式传输到 Apple TV 或支持 AirPlay 2 的电视时，协议本身也受益于稳定性和效率的提升，但其核心多房间功能不涉及视频。

二. 流程介绍

1. 设备发现与连接建立流程

1) 服务注册（mDNS/DNS-SD）

• • 支持AirPlay 2的设备（如智能音箱、电视）启动时，通过Bonjour协议在局域网内广播服务信息，使用组播地址224.0.0.251:535326。
  • 广播内容包括服务类型（_airplay._tcp）、设备名称、IP地址、端口及TXT记录（设备能力描述）26。

2) 客户端发现设备

• • iOS/Mac设备扫描局域网，解析mDNS响应中的PTR、SRV、TXT记录，获取目标设备的IP和端口26。
  • 用户从控制中心或支持AirPlay的App中选择目标设备。

3) 安全认证与密钥协商

• • POST /pair-verify请求：
    客户端与服务端通过ed25519数字签名验证身份，并基于curve25519椭圆曲线算法协商临时密钥26。
  • SETUP请求：
    进一步交换加密参数（如ekey、eiv），生成最终用于音视频数据加密的AES密钥（CTR模式）26。

2. 音视频传输流程

1) RTSP控制通道交互
客户端按固定顺序发送RTSP请求序列以初始化传输：

表：关键RTSP请求序列及功能

2) 数据传输机制

• • 视频传输（Mirroring, Type=110）：

• • • 视频流经H.264编码后，通过AES-CTR加密分块传输。
    • 服务端接收128字节头部（含时间戳、分辨率、负载类型），再解密还原H.264数据流2。

• • 音频传输（RAOP, Type=96）：

• • • 音频数据以加密AAC格式传输（或ALAC无损格式），服务端解码为PCM后输出29。

• • 流媒体推送（非镜像）：
    设备仅发送控制指令，数据由路由器直连目标设备（如电视直接拉取视频流）78。

3. 多房间音频控制流程

1) 设备分组与同步

• • 用户通过iOS“家庭”App将多个AirPlay 2设备（如HomePod、兼容电视）分配到不同房间或组合成立体声对57。
  • 同步机制：
    采用NTP/PTP时间协议对齐多设备播放，延迟控制在毫秒级（需稳定Wi-Fi）59。

2) 动态控制

• • 独立音量调节：用户可单独或整体调整分组内设备音量58。
  • 音源切换：支持跨设备续播（如从客厅TV切换到卧室HomePod）13。

4. 认证与兼容性流程

1) 设备认证要求

• • 厂商需通过苹果会员评估，完成17项测试（涵盖服务发现、多设备流同步、睡眠恢复等）134。
    表：关键认证测试项目示例
    | 测试项 | 验证内容 |
    |-----------------------------------------|-----------------------------------------|
    | Stream to Multiple Receivers | 多设备同步播放能力 |
    | Redistribution of Speakers | 设备分组重分配功能 |
    | Legacy AirPlay Support | 向下兼容AirPlay 1 |

2) 端到端兼容性

• • 发送端：需iOS 11.4+（音频）或iOS 12.2+（视频）；macOS 10.14.5+78。
  • 接收端：Apple TV 4K/HD、HomePod、或三星/LG等认证智能电视57。