Inhalt Einleitung Aufgabenstellung Der UPnP-Standard UPnP Audio/Video (UPnP-AV)... 16

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1 Inhalt 1

2 Inhalt 2

3 Inhalt 3 Inhalt 1. Einleitung Aufgabenstellung Der UPnP-Standard Das Ziel von UPnP UPnP als Digital Home Platform Die Architektur von UPnP-Geräten UPnP Audio/Video (UPnP-AV) Spezifikation Services Content Directory Service (CDS) Rendering Control Service (RCS) Connection Manager Service (CMS) AVTransport Service (AVT) UPnP-AV Control Point Algorithmus Entitäten Control Point Media Server Media Renderer Digital Living Network Alliance (DLNA) Voraussetzungen laut DLNA Anforderungen laut DLNA Netzwerk Device Control Protocol (DCP) Audio- und Videocodecs UPnP-AV als Standard für Management und Steuerung Ziel der Standardisierung durch die DLNA Digital Rights Management (DRM) und DLNA UPnP-Server und -Clients in der Praxis Testaufbau Streaming Clients Philips Streamium SL400i Pinnacle ShowCenter D-Link DSM

4 Inhalt Terratec Noxon Audio UPnP-Serversoftware Microsoft Windows Media Connect 2.0 (WMC) Nero MediaHome Philips Media Manager TwonkyVision Media Server Intel AV Media Server Kompatibilität von Serversoftware und Clients Philips Streamium SL400i Pinnacle ShowCenter D-Link DSM Terratec Noxon Audio Apple Airport Express und itunes Fazit Fernsehen im Heimnetz Intel UPnP-Software für Entwickler Intel Tools for UPnP Technology Intel Device Spy Intel Device Sniffer Intel Device Validator Intel Authoring Tools for UPnP Technologies Implementierung eines Videoplayers Aufgabenstellung und Voraussetzungen Videorenderer Überblick Vorbereitende Schritte mit den UPnP-Tools von Intel Programmierung des Videorenderers in Microsoft Visual Studio Integration von MPlayer Die Steuerung von MPlayer Die Rahmenanwendung für den Renderer Überprüfen des Renderers Programmierung des Steuerprogramms in Microsoft Visual Studio Oberfläche Code in der Klasse MainView Das Seitenverhältnis ( Aspect Ratio ) Hinweise zum Betrieb der Anwendungen... 87

5 Inhalt UPnP in aktueller Soft- und Hardware Betriebssysteme Die UPnP-Funktionalität in Windows XP Netzwerkkonfiguration mit Hilfe von UPnP in Anwendungen UPnP in aktueller Hardware Sicherheitsrisiken von UPnP Netzwerkinterne Risikien Zugriffe aus dem Internet Hardwarebasierte Gateways Softwarebasierte Gateways Tipps für ein sicheres UPnP-Netzwerk Zusammenfassung Ausblick Anhang A: Begriffe und Erklärungen Anhang B: Abkürzungsverzeichnis Anhang C: Quellenverzeichnis Anhang D: CD-ROM

6 Einleitung 6 1. Einleitung Durch die Digitalisierung haben Datenträger für Bild und Ton im privaten Heim einen neuen Stellenwert erreicht. Die einfache Speicherung in hoher Qualität macht es möglich, den Unterhaltungswert beim Endkunden erheblich zu verbessern, was die hohen Absatzzahlen dieser Datenträger deutlich bestätigen. Seit einigen Jahren werden diese digitalen Medien auch verstärkt in Verbindung mit Computersystemen eingesetzt, da sich die Archivierung, Verteilung und Verwendung dieser Medien mit deren Hilfe stark vereinfachen lässt. So konnten sich einige Entwicklungen der Unterhaltungsindustrie wie CD- oder MiniDisc-Recorder auf dem Markt nicht mehr durchsetzen, da diese Geräte mittlerweile von den meist bereits vorhandenen Computern größtenteils ersetzt werden konnten. Die Verwendung des PCs gestaltet sich häufig einfacher, schneller und zuverlässiger, außerdem wird der Wunsch, künftig im Heimbereich gänzlich auf Medien wie DVDs 1 oder CDs verzichten zu können, immer häufiger. Auch wenn PC-Systeme bislang meist nur als Mittel zur Erstellung, Archivierung oder zum Anfertigen von Kopien genutzt werden, zeichnet sich bereits heute ein Trend ab, bei dem der Heim-PC im lokalen Netzwerk immer mehr zur zentralen multimedialen Einheit wird. Stark angetrieben wurde diese Entwicklung bereits durch die Einführung von PC-basierten Media- Center-Aufsätzen, wie z.b. Microsofts Windows XP Media Center Edition, ein auf dem Betriebssystem Windows XP Professional basierendes System für den heimischen Computer. Durch die Integration von TV-Tuner und Fernbedienung sollen diese Softwareerweiterungen die Vorteile von Computer und wohnzimmertauglicher Unterhaltungselektronik verbinden 2. Wenn nun zentral gespeicherte Medien auch jenseits des PCs wiedergegeben werden sollen, benötigt man entsprechende Abspielgeräte, welche auf diese Inhalte beispielsweise über das lokale Netzwerk zugreifen können. Diese so genannten Streaming Clients sind am Markt mittlerweile recht umfangreich vertreten, viele Hersteller versuchen aber, den künftigen Markt mit proprietären Lösungen für sich zu gewinnen. Problematisch gestalten sich dann vor allem Kompatibilität und Interoperabilität solcher Geräte zum einen untereinander, zum anderen aber auch zu den verschiedenen Serversystemen, welche ja zur Bereitstellung der 1 DVD: Vgl. Anhang A 2 Durch eine spezielle Oberfläche lässt sich der Computer übersichtlich per Fernbedienung steuern. Zu den Standardfeatures gehören Rekorderfunktionen, Timeshift, Live-TV, Audiowiedergabe und Diashows

7 Einleitung 7 Medien auf dem zentralen Rechner benötigt werden. Um diese Probleme zu mindern, wurden Standards wie Universal Plug and Play (UPnP) eingeführt. Diese sollen das problemlose Zusammenarbeiten von Geräten verschiedener Hersteller so einschränkungslos wie möglich garantieren.

8 Aufgabenstellung 8 2. Aufgabenstellung Ziel dieser Arbeit ist es, die Möglichkeiten und Anforderungen des UPnP-Standards zu untersuchen. Dabei wird zuerst auf die Definition und die bis heute präsenten Erweiterungen eingegangen. Im Laufe der Zeit sind erweiterte Normen für eine maximale Kompatibilität entstanden. Hierzu zählen z.b. der speziell auf Videoanwendungen zugeschnittene UPnP-AV-Standard und die Vorgaben der Digital Living Network Alliance (DLNA), ein von in diesem Bereich tätigen Unternehmen gegründetes Industriekonsortium. Die Arbeit wird an dieser Stelle die Voraussetzungen und Anforderungen nach den vorhandenen Standardisierungen erörtern. Im folgenden Teil wird anhand eines zu Testzwecken aufgebauten Netzwerkes die Funktionalität und Standardkonformität bereits am Markt befindlicher Produkte getestet und beschrieben. Zum Einsatz kommen hier folgende Geräte: Philips Streamium SL400i Pinnacle ShowCenter 200 D-Link DSM-320 Terratec Noxon Audio Apple Airport Express 3 Serverseitig wird folgende Software eingesetzt: Microsoft Windows Media Connect Nero MediaHome TwonkyVision MediaServer Philips Media Manager Intel AV Media Server (Intel Tools for UPnP Technology) Anhand dieses Tests soll geprüft werden, inwieweit sich die heute verfügbare Technik an die Anforderungen hält und wie gut die beworbene Interoperabilität in der praktischen 3 Nicht UPnP-konform. Siehe Kapitel 6.5 für weitere Informationen

9 Aufgabenstellung 9 Umsetzung tatsächlich vorhanden ist. Aufgrund der Vielzahl verschiedener Medienformate müssen die Hersteller besonders auf Kompatibilität achten. Eine Aufgabe, die sicherlich nicht ohne weiteres gelöst werden kann. Im nächsten größeren Abschnitt wird dann anhand eines Beispiels erläutert, wie sich mit Hilfe der von Intel veröffentlichten UPnP Authoring Tools UPnP-fähige Geräte implementieren lassen. Dabei wird ein auf UPnP-Technologie basierender Videoplayer programmiert, welcher Filmdateien von Netzwerkfreigaben abspielen kann und dabei vollständig über einen anderen PC gesteuert wird. Auf dem wiedergebenden PC sollen dabei keine Bedienvorgänge notwendig sein. Das Projekt stützt sich auf die frei verfügbare Opensource-Software MPlayer. Diese kommandozeilenbasierte Playersoftware bietet eine sehr breite Unterstützung verschiedener Medienformate, benötigt dabei aber nur wenig Systemressourcen. Die frei skalierbare Ausgabe auch hochauflösender Clips macht den Videorenderer für die Wiedergabe auf heutigen 16:9 Fernsehern besonders interessant. Da UPnP auch in Bereichen jenseits von Entertainment eingesetzt wird, bieten die folgenden Kapitel einen Überblick über die Verbreitung der Technologie außerhalb der Spezifikationen für Audio, Video und Bild. Zudem wird auch auf den Sicherheitsaspekt eingegangen.

10 Der UPnP-Standard Der UPnP-Standard 3.1. Das Ziel von UPnP Das Ziel von UPnP ist eine Erleichterung bei der Einrichtung und der Benutzung von PC- Systemen und Netzwerken. Computersysteme werden kontinuierlich besser, schneller und umfangreicher. Gleichzeitig wird dabei der Einstieg für unerfahrene Anwender immer schwieriger, die Bedienung wird immer komplexer und Inkompatibilitäten häufen sich. Dazu muss sich der Anwender mit mehreren verschiedenen Medien vertraut machen, welche nach wie vor für den Transport von Daten benötigt werden. Man hat sich zum Ziel gesetzt, diese Unannehmlichkeiten in Zukunft weitgehend zu beseitigen. Angesichts der aktuellen und künftigen Technologien eröffnen sich die unterschiedlichsten Möglichkeiten: Schnurlose Netzwerke ermöglichen die Steuerung und den Zugriff auf Geräte im ganzen Haus, Breitbandinternet bietet schnellen Zugriff auf internetbasierte Dienste und Services wie Video-on-demand oder Musik-Downloads. Die heute in vielen Haushalten vorhandenen Internetgateways 4 (z.b. DSL-Router 5 ) bieten eine dauerhafte Verbindung mit dem Internet, das lokale Netzwerk wird durch Firewalls geschützt und auf Wunsch können auch Dienste internetseitig bereitgestellt werden. Zudem werden immer mehr Peripheriegeräte nicht mehr direkt mit dem PC, sondern über ein Netzwerkinterface mit dem LAN 6 verbunden. All diese Faktoren ermöglichen eine zentrale Verknüpfung von Geräten aller Art im Haushalt, welche sich immer mehr als kostengünstige und viel versprechende Lösung auf dem Markt etabliert. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist ein minimaler Konfigurationsaufwand, eine möglichst einfache, universelle Bedienung und vor allem das reibungslose Zusammenarbeiten aller verbundenen Geräte. Genau hier setzt der UPnP-Standard an: Alle Geräte im lokalen Heimnetzwerk sollen sich automatisch erkennen, konfigurieren und auf Knopfdruck einsatzbereit sein. Bis heute wurden standardisierte Spezifikationen für viele Gerätetypen festgelegt. Diese so genannten Device Control Protocols (DCP) seien im Folgenden genannt: 4 Gateway: Vgl. Anhang A. Siehe auch Kapitel 10, 11 5 Routing: Vgl. Anhang A 6 LAN: Vgl. Anhang A

11 Der UPnP-Standard 11 Internet Gateway Device MediaServer v1.0 and MediaRenderer v1.0 Printer Device and Printer Basic Service v1.0 Scanner (External Activity v1.0, Feeder v1.0, Scan v1.0, Scanner v1.0) Basic Device v1.0 HVAC v1.0 WLAN 7 Access Point Device v1.0 Device Security v1.0 and Security Console v1.0 Lighting Controls v1.0 Remote UI Client and Server v1.0 Quality of Service v1.0 Digital Security Camera v1.0 Printer Enhanced v1.0 In den folgenden Kapiteln wird im Rahmen von UPnP-AV und DLNA hauptsächlich auf MediaServer und MediaRenderer bzw. deren Control Points eingegangen. Aufgrund der auch heute schon weit verbreiteten Internetgateways mit UPnP-Unterstützung werden auch deren Funktionen diskutiert. Die übrigen Standards spielen für das private Heimnetz bis dato nur eine untergeordnete Rolle, weshalb auf eine weitere Beschreibung im Rahmen dieser Arbeit verzichtet wird. 7 WLAN: Vgl. Anhang A

12 Der UPnP-Standard UPnP als Digital Home Platform Das von einigen Unternehmen ins Leben gerufene UPnP-Forum zählt heute über 550 Mitglieder [1]. Zudem gibt es mehrere SDKs 8 zur Entwicklung von standardisierten UPnP- Geräten und von Software. UPnP beschreibt die notwendigen Anforderungen für Geräte, welche für die Verwendung in IP-Netzwerken 9 vorgesehen sind. Dazu gehören z.b. Entertainment, Telefone und Beleuchtung oder die Steuermöglichkeit für sämtliche Geräte im Haushalt. Jeder Teil des Netzwerkes soll in der Lage sein, mit jedem anderen zu kommunizieren. Abbildung 1: Beispiel für eine digitale Heimvernetzung UPnP-fähiger Geräte [1] 8 SDK: Software Development Kit 9 IP: Vgl. Anhang A

13 Der UPnP-Standard Die Architektur von UPnP-Geräten Grundlegend besteht ein UPnP-Gerät aus einem definierten Geräte-Typ (auch mehrere möglich). Diese Typdefinition beschreibt, um welche Geräteart es sich handelt. Darauf aufbauend bieten UPnP-Geräte verschiedene Services an, welche unterschiedliche Funktionen in Gruppen zusammenfassen. Die gruppierten Funktionen können Werte anhand von Variablen empfangen oder auch senden. Als Beispiel wäre folgende Implementierung denkbar: Ein Gerät vom Typ Streaming Client bietet einen Service AV Transport, der wiederum die Funktionen Play, Stop, Pause, aktuelle Zeitposition im Film usw. bereitstellt. Die aktuelle Zeitposition wird auf Anforderung als Wert einer Variablen an einen Control Point (das steuernde Gerät) übertragen. UPnP-Geräte müssen im Netzwerk automatisch erkannt werden. Um dies zu gewährleisten, senden die Geräte in periodischen Zeitabständen ein Erkennungssignal oder beantworten entsprechende Suchanfragen von anderen Instanzen im Netzwerk. Um die Interoperabilität zu erhöhen, wurden vom UPnP-Forum die oben genannten Standardgerätetypen und Standardservices definiert. Diese Device Control Protocols (DCP) definieren die notwendigen Funktionen und Eigenschaften, die Geräte des gleichen Typs auf jeden Fall bereitstellen müssen. Dadurch wird gewährleistet, dass diese Geräte dann auch sicher zusammenarbeiten. Als Beispiel kann hier der UPnP-AV-Standard 10 genannt werden, der die reibungslose Kommunikation von AV-Server, Wiedergabegerät und Steuereinrichtung sicherstellen soll. Diesen Anforderungen folgend kann beispielsweise ein UPnP-AV-fähiger Videoplayer Dateien eines entsprechenden Servers abspielen und von jedem UPnP-AV Control Point gesteuert werden. Die Informationen über die Geräte und deren Funktionen werden über das so genannte Simple Service Discovery Protocol (SSDP) übertragen. SSDP ist eine Erweiterung des Hypertext-Transfer-Protokoll-Headers (HTTP-Header) um ein so genanntes Simple Multicast Discovery Protocol (SMDP). Auf diesem Weg wird der Link zu einem XML (Extensible Markup Language) Dokument übertragen, das alle notwendigen Informationen zum Gerät bereitstellt 11 [1]. In diesem Dokument, das über HTTP vom Gerät abgerufen werden kann, sind neben den Informationen zu den Services, Funktionen, Variablen und Spezifikationen auch Hersteller, Modelnummer, Gerätetyp usw. vermerkt. Zudem können auch Links auf weitere XML-Dokumente, welche die angebotenen Services genauer 10 Siehe auch Kapitel 4 11 Für weitere Informationen zu den genannten Protokollen und Technologien siehe Anhang A

14 Der UPnP-Standard 14 beschreiben, vorhanden sein. Anhand der XML-Dokumente kann z.b. ein Control Point sich über die genauen Spezifikationen eines jeden anderen Gerätes informieren. Aus technischer Sicht erfolgt die Kommunikation über die Multicast-Adresse auf Port (UDP 13 ). Abbildung 2: Hierarchie zur XML-Beschreibung von Geräten und Services [1] UPnP-Geräte können auch Ereignismeldungen schicken, so dass alle anderen betroffenen Instanzen jederzeit über den aktuellen Status oder über Änderungen informiert werden [2]. Eine permanente Überwachung, welche das Netzwerk sehr belasten könnte, wird dadurch unnötig. Diese Ereignismeldungen werden mittels der XML-basierten General Event Notification Architecture (GENA 14 ) übertragen, womit Kontrollpunkte je nach Notwendigkeit die erforderlichen Statusmeldungen anderer Geräte auch abonnieren können. Dieses Eventing ist immer mit einer sich ändernden Variablen verbunden, deren neuer Wert auf diese Weise im Netz bekannt gegeben wird. 12 Ports: Siehe auch Kapitel 11 und Anhang A 13 UDP: Vgl. Anhang A 14 GENA: Vgl. Anhang A

15 Der UPnP-Standard 15 Die Kontrollpunkte (Control Points) sind die aktiven Instanzen eines UPnP-Netzwerkes. Sie fordern die genauen Beschreibungen aller Services bei den anderen Geräten an. Auch innerhalb eines festen Standards muss nicht jedes Gerät zwingend auch jede Funktion unterstützen, wenn die Kompatibilität darunter nicht leidet. Z.B. kann dann ein Control Point nicht unterstütze Features ausblenden 15. Die Steuerung von Geräten erfolgt über das Simple Object Access Protocol (SOAP 16 ). Abbildung 3: Datenaustausch zwischen Gerät und Control Point [1] Ein wichtiger Aspekt ist, dass ein Hersteller nicht gezwungen ist, nur die vom UPnP-Forum definierten Standard-Gerätetypen zu entwickeln [1]. Es ist durchaus zulässig, eigene oder auch neue Typen zu implementieren 17. Für den Kunden sollte aber auf Anhieb erkennbar sein, welche Instanzen miteinander mit welchen Einschränkungen kommunizieren können. Auch der im Rahmen dieser Diplomarbeit implementierte Videoplayer entspricht z.b. nicht dem UPnP-AV-Standard, ist also nicht von einem UPnP-AV Control Point steuerbar. Jedoch können universelle Steuersysteme wie Intels Device Spy (darauf wird später genauer eingegangen) ebenso problemlos auf alle Funktionen des Players zugreifen wie die dazugehörige Steuersoftware. Weitere Vorgaben für systemübergreifende Kompatibilität auch bezüglich UPnP-AV definiert die Digital Living Network Alliance DLNA zur Minderung dieser Problematik Dies betrifft vor allem das Fehlen spezieller, hardwareabhängiger Funktionen, die dadurch nicht die Grundanforderungen an ein Gerät verletzen, z.b. eine Regelung für Helligkeit / Kontrast bei einem Videoplayer. 16 SOAP: Vgl. Anhang A 17 Ein UPnP-Stack kann beliebig verwendet werden, solange keine Interoperabilität mit ähnlichen Geräten erforderlich ist 18 Vgl. Kapitel 5

16 UPnP Audio/Video (UPnP-AV) UPnP Audio/Video (UPnP-AV) 4.1. Spezifikation Die UPnP-AV-Spezifikation bezieht sich auf Geräteeigenschaften, wie sie speziell in Unterhaltungsgeräten vorkommen. Diese sind unter anderem Fernseher, Rekorder, CD/DVD- Player, Stereoanlagen, MP3-Player und auch Computer. UPnP-AV bezieht sich also auf alle Arten von Entertainment-Inhalten wie Filme, Musik und Bilder [2]. Ein UPnP-AV-System besteht aus drei Grundentitäten: Media Server, Media Renderer und Control Point. Während der Media Server den Zugriff auf die entsprechenden Inhalte sicherstellt und diese den anderen Geräten im Netz bereitstellen kann, empfängt der Media Renderer diese Inhalte und verarbeitet sie. Der Media Renderer ist also der eigentliche Musikoder Videoplayer bzw. stellt Bilder z.b. auf einem Display dar. Der Control Point dient der Steuerung von Server und Renderer und kann wie eine Fernbedienung fungieren 19. Diese drei Entitäten sind auch in einem Gerät beliebig kombinierbar, so bietet ein Media Renderer in vielen Fällen auch einen integrierten Control Point, wodurch eine direkte Steuerung auch am Gerät selbst ermöglicht wird. Abbildung 4: Typische UPnP-AV-Interaktion [3] 19 Denkbar sind unter anderem Steuermöglichkeiten über LAN oder WLAN

17 UPnP Audio/Video (UPnP-AV) Services Content Directory Service (CDS) Der CDS dient serverseitig der Bereitstellung des Inhaltsverzeichnisses des aktuellen Datenbestands für die anderen Instanzen [3]. Dies kann eine Gesamtansicht sein, aber auch gefilterte Ansichten nach Typen oder Themen sind möglich (Container), zudem werden auch Sammlungen wie Playlists unterstützt. Anhand von Metadaten lassen sich weitere Informationen (z.b. Titel oder Künstler, aber auch technische Informationen) bereitstellen. Diese sind auch eine wichtige Grundlage für den Connection Manager Service (CMS), der daran erkennt, um welches Format (Codec) es sich handelt. Nur so lässt sich bestimmen, ob der Media Renderer eine Datei direkt abspielen kann oder ob eine serverseitige Konvertierung notwendig ist 20. Über CDS können Datenbestände gelistet oder auch durchsucht werden [2]. Je nach Server sind auch indizierte Systeme möglich. Häufig listen die Server den Inhalt wie ein Dateisystem, stellen also eine virtuelle Ordner/Datei-Struktur bereit. Ein Media Server sollte seine interne physikalische Speicherstruktur verbergen oder zumindest diese nicht ausschließlich zur Verfügung stellen. Eigens virtuell erstellte Verzeichnisse eignen sich als Auflistung besser, da die Benennung der Daten und Zusatzinformationen so auch aus den Metadaten gewonnen werden können und nicht von den Fähigkeiten des Dateisystems abhängig sind. Server können auch auf Datenbanken zurückgreifen um eine möglichst große Zahl an Zusatzinformationen bieten zu können, selbst eine Abfrage per Internet ist hier denkbar: So lassen sich Informationen dynamisch aktualisieren und können dem Nutzer direkt zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich kann aber auch ein Control Point CDS-Fähigkeiten besitzen. Das ist unter anderem dann der Fall, wenn dieser anhand von vorher festgelegten Attributen den Inhalt eines Servers durchsuchen und das entsprechende Ergebnis anzeigen kann. Mithilfe der Metadaten kann der Control Point dem Connection Manager Service des Media Renderers die benötigten Informationen über die Eigenschaften einer Datei mitteilen. 20 Vgl. Kapitel 5

18 UPnP Audio/Video (UPnP-AV) Rendering Control Service (RCS) Der Rendering Control Service wird ausschließlich im Media Renderer implementiert [2]. So lassen sich verschiedene Mechanismen zur Steuerung der Wiedergabe festlegen. Dies bezieht sich auf Einstellungen wie Helligkeit, Kontrast, Lautstärke, Farbwerte usw. [3]. Inwieweit sich die Ausgabe des Renderers beeinflussen lässt, hängt von den Fähigkeiten der Hardware ab. Ein Control Point wird über die im Renderer integrierten XML-Dokumente über dessen Fähigkeiten informiert und kann die verfügbaren Einstellungen anbieten. Die Implementierung des RCS gestaltet sich meist sehr einfach, da die vom Control Point empfangenen Befehle lediglich in für die Hardware verständliche Einstellungen übersetzt werden müssen Connection Manager Service (CMS) Der Connection Manager Service findet sich sowohl im Renderer als auch im Server [2]. Seine Hauptaufgabe ist es, dem Control Point mitzuteilen, welche Formate und Protokolle zur Übertragung von Daten unterstützt werden [3]. Dies hängt in erster Linie von den Fähigkeiten der Rendererhardware ab, aber auch von der Leistung des Netzwerkes. Sehr einfach gestaltet sich die Implementierung üblicherweise auf Stand-Alone-Geräten im Consumer-Electronic-Bereich, da deren Wiedergabemöglichkeiten normalerweise von Anfang an festgelegt sind. Komplexer ist dies bei universellen Geräten wie PCs: Hier lassen sich die Fähigkeiten nachträglich ändern, etwa durch die Installation eines zusätzlichen Video- oder Audiocodecs. Vor allem auf solchen Geräten erfolgt die Wiedergabe häufig über die Bildung eines Filter-Graphen 21, einer Folge von Filtern für die optimale Wiedergabequalität (z.b. Microsoft DirectShow 22 ). Hier muss der Connection Manager wissen, welche Graphen aufgebaut werden können und welche nicht. Dies erfordert dynamische Informationen beim Connection Manager, er muss also in der Lage sein, die momentan verfügbaren Fähigkeiten auszulesen und diese den betroffenen Instanzen mitzuteilen. Der Connection Manager kümmert sich serverseitig um den Transport vom Datei- über das Codecsystem bis hin zum Streaming in das Netzwerk. Clientseitig, also beim Renderer, 21 Filter Graph: Vgl. Anhang A 22 DirectShow: Vgl. Anhang A Microsoft DirectShow

19 UPnP Audio/Video (UPnP-AV) 19 kümmert er sich um den Empfang des Streams aus dem Netzwerk über die folgende Verarbeitung im eigenen Codecsystem bis hin zur Ausgabe auf der lokalen Hardware. Ein Sonderfall tritt ein, wenn zwischen Server und Renderer mehrere gleichzeitige Verbindungen möglich sind. Um Konflikte bei der Steuerung über einen Control Point zu vermeiden, kann der Connection Manager eine so genannte InstanceID zurückgeben, über die ein Control Point gezielt auf jede einzelne Verbindung zugreifen kann. Dies erfordert aber die Implementierung der im UPnP-AV-Standard definierten (aber nicht erforderlichen) Funktion PrepareForConnection() bei den betroffenen Geräten. Ist diese Funktion nicht vorhanden, kann ein Control Point nur eine einzige Server-Renderer-Verbindung gleichzeitig bedienen. Hierfür sollte der Control Point InstanceID = 0 verwenden, da ihm kein Wert von den beiden anderen Instanzen zugeteilt wird [3] AVTransport Service (AVT) Der AVTransport Service bietet alle Aktionen, die für die Steuerung eines Datentransportes notwendig sind [3]. Dies sind in erster Linie die bekannten Funktionen Play, Pause, Stop usw. [2]. Mit Hilfe des AVT kann ein Control Point auch die Inhalte identifizieren, die wiedergegeben werden sollen. Dies geschieht über den Empfang und die Auswertung der Informationen, die der AVT vom Content Directory Service des Servers erhält. Es gibt zwei Transfer Protokolle, die vom AVT unterstützt werden: 1. Pull: Dies entspricht einem Verfahren wie HTTP-GET. Hier veranlasst und steuert der Renderer den Transport der Daten. Wichtig bei diesem Verfahren ist, dass der Renderer die Daten beim Server anfordert. Es handelt sich dabei um eine nicht zeitsynchrone Übertragung, d.h. es werden Datenpakete rendererseitig gepuffert, um Ungleichmäßigkeiten der Netzwerkübertragung auszugleichen. Dieses Szenario erfordert die Implementierung des AVT im Renderer. 2. Push: Dies entspricht einem Verfahren wie IEC /IEEE : Der Server veranlasst und steuert den Transport der Daten zum Renderer. Es handelt sich dabei um ein zeitsynchrones Verfahren, bei dem die Daten ohne 23 IEC-61883: Vgl. Anhang A 24 IEEE-1394: Vgl. Anhang A; Das Verfahren ist unter anderem vergleichbar mit der Übertragung von DV- Material aus einer Filmkamera auf die Festplatte eines Computers über FireWire.

20 UPnP Audio/Video (UPnP-AV) 20 Eingangspuffer und (nahezu) ohne Zeitversatz wiedergegeben werden. Das Verfahren ist anfälliger für Störungen in der Netzwerkübertragung. Verlorene Datenpakete können nicht erneut angefordert werden, sondern müssen durch Fehlerkorrektur möglichst ohne erkennbare Verluste ausgeglichen werden. Der AVT muss hier im Server integriert sein. Die Implementierung gestaltet sich meist relativ einfach, da die übertragenen Befehle lediglich in die für jedes Rendersystem sehr ähnlichen Befehle konvertiert werden müssen.

21 UPnP Audio/Video (UPnP-AV) UPnP-AV Control Point Algorithmus Der Control Point bedient die externen Schnittstellen von Media Renderer und Media Server und steuert damit den Datenfluss zwischen den beiden Instanzen [2]. Auch wenn der UPnP- AV-Standard keine speziellen Anforderung an die interne Architektur von Renderer, Server und Control Point stellt, haben sich im Laufe der Zeit aber trotzdem bestimmte Implementierungstechniken herauskristallisiert, die man in der Regel anwenden sollte. Im Folgenden wird ein typisches Szenario beschrieben: Gewöhnlich bieten Control Points ein User Interface (UI), dessen Layout vom Hersteller beliebig festgelegt wird. Über das UI sollten dann entweder einzelne Server auswählbar sein, oder auch die Inhalte aller verfügbaren Server als ein Komplettangebot dargestellt werden. Für den Nutzer spielt es meist keine Rolle, auf welchem Server wenn es überhaupt mehrere gibt die Dateien gespeichert sind. Wichtiger ist, dass die Medien anhand von Filtern in sinnvoller Auflistung dargestellt werden können, also z.b. Audio, Video oder auch nach Genre, Künstler usw. Der Control Point sollte dabei vor allem die vom Server via CDS bereitgestellten Informationen auswerten und durchsuchen können, damit der Nutzer eine logisch und einfach zu bedienende Oberfläche wieder findet. Wählt der User nun Inhalte aus, also beispielsweise ein Video, werden die Metadaten des serverseitigen CDS ausgewertet und anschließend das für Server und Renderer am besten geeignete Übertragungsprotokoll und Videoformat den Connection Manager Services von Server und Renderer mitgeteilt. Je nachdem, ob es sich um eine push- oder pullbasierte Übertragung handelt, übermittelt dann der Server oder der Renderer eine Instanz des AVT Services an den Control Point, welcher dann die zur Verfügung stehenden Aktionen (also Play, Pause, Stop usw.) auf seinem User Interface anzeigen kann. Wählt der User nun beispielsweise Play, sendet der Control Point diese Aktion an das über den AVT gekoppelte Gerät, welches dann mit der Wiedergabe beginnt. Alle weiteren Befehle werden nun auf dieselbe Art und Weise mit Hilfe des AVT-Services übertragen. Während der Wiedergabe bietet der Control Point auch die Einstellmöglichkeiten des Rendering Control Services an, dessen Fähigkeiten er beim Start der Wiedergabe vom Renderer angefordert hat. Der Nutzer kann so direkt auf die Rendereinstellungen, also Lautstärke, Helligkeit und ähnliches Einfluss nehmen.

22 UPnP Audio/Video (UPnP-AV) Entitäten Control Point Der Control Point wird von der eigentlichen Übertragung der Inhalte nicht berührt und ist somit völlig unabhängig von der Art der Übertragung. Er erfüllt aber andere wichtige Aufgaben [2][3]: Automatische Erkennung von Server und Client Anzeige der verfügbaren Medieninhalte Abfrage der von Server und Client unterstützten Übertragungsprotokolle und Medienformate und entsprechende Konfiguration beider Instanzen, damit diese in Verbindung treten können Steuerung des Datenflusses (z.b. Play, Pause, Stop ) und von weiteren Einstellungen (z.b. Helligkeit, Kontrast, Lautstärke) Der Control Point sendet also Befehle an Server und Renderer, kann aber auch Informationen wie die aktuelle Zeitposition oder Gesamtlänge eines Filmes oder Musikstückes erhalten. Da der Control Point vom Datenverkehr zwischen Server und Renderer unabhängig ist, kann er jederzeit vom Netzwerk getrennt und wieder angeschlossen werden, ohne z.b. die Wiedergabe eines Videos negativ zu beeinflussen. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn tragbare Geräte wie Handhelds oder Pocket PCs als Control Point verwendet werden. Control-Point-Fähigkeiten können dabei auch in Fernseher oder ähnliche Geräte integriert werden, welche sich durch die vorhandene Fernbedienung besonders für diesen Zweck eignen Media Server Der Media Server stellt Medieninhalte im Netzwerk bereit [2][3]. Er kann neben einem herkömmlichen Computer auch ein anderes Gerät wie z.b. eine Kamera, ein CD/DVD-Player, ein TV-Tuner (Set-Top-Box) oder ein Radio sein [4]. Media Server beinhalten optional das AVT-Protokoll, auf jeden Fall aber den Connection Manager Service und stellen auch immer ein Inhaltsverzeichnis der verfügbaren Daten bereit (Content Directory Service). Das AVT- Protokoll ist optional, da es lediglich bei push-orientierten Transferprotokollen den Datentransport beeinflussende Funktionen wie Play, Stop, Pause bereitstellt bzw. auch in diesem Falle von einer Steuerung direkt am Server ersetzt werden kann. Der Connection Manager wird für die Bestimmung des zu verwendenden Übertragungsformats benötigt.