Python实现局域网内屏幕广播的技术要点分析

为更好地保证教学质量和提高学生的学习积极性，我使用Python开发了一套课堂教学管理系统，具有在线点名、在线答疑、随机提问、在线作业管理、在线自测、在线考试、数据汇总、试卷生成、屏幕广播等功能，教师端运行界面如下图所示：

学生端运行界面如下图所示：

该系统投入使用已有4个学期，效果非常好，不仅可以满足上课的各种需要，还可以作为“Python程序设计”课程的一个完整教学案例讲给学生，适用教材包括《Python程序设计基础》（董付国编著，清华大学出版社）、《Python程序设计（第2版）》（董付国编著，清华大学出版社）、《Python可以这样学》（董付国著，清华大学出版社）。本文重点介绍屏幕广播功能的技术要点，本系统界面使用tkinter编写，使用扩展库pillow实现屏幕截图，使用socket实现屏幕截图的传送，使用多线程技术实现多客户端的数据传输，文中略去了有关标准库和扩展库的导入代码。

1、学生端启动之后，监听UDP端口1000，等待教师端发送屏幕广播指令，代码如下：

def udpListen():

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 监听本机10000端口

sock.bind(('',10000))

while True:

data, addr = sock.recvfrom(100)

# 收到服务器发来的广播指令

if data == b'startBroadCast':

threading.Thread(target=receiveBroadCast).start()

sock.close()

threading.Thread(target=udpListen).start()

2、教师端通过界面上的按钮“开始屏幕广播”给局域网内所有学生端发送指令，同时监听TCP端口10001，等待学生端的连接，然后给每一个学生端连接发送本机屏幕截图，每0.5秒刷新一次。代码如下：

broadcasting = False

def broadcast(conn):

global broadcasting

while broadcasting:

time.sleep(0.8)

image = ImageGrab.grab()

size = image.size

imageBytes = image.tobytes()

length = len(imageBytes)

# 通知将要开始发送截图

conn.send(b'*****')

fhead = struct.pack('I32sI',

length,

str(size).encode(),

len(str(size).encode()))

conn.send(fhead)

conn.send(imageBytes)

else:

conn.send(b'#####')

conn.close()

def broadcastMain():

'''广播屏幕截图的主线程函数'''

global sockBroadCast

sockBroadCast = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

sockBroadCast.bind(('', 10001))

sockBroadCast.listen(150)

while broadcasting:

try:

conn, addr = sockBroadCast.accept()

except:

return

threading.Thread(target=broadcast, args=(conn,)).start()

else:

sockBroadCast.close()

def onbuttonStartBroadCastClick():

global broadcasting

broadcasting = True

# 启动服务器广播线程

threading.Thread(target=broadcastMain).start()

# 通知客户端开始接收广播

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

IP = socket.gethostbyname(socket.gethostname())

IP = IP[:IP.rindex('.')]+'.255'

sock.sendto(b'startBroadCast', (IP, 10000))

buttonStopBroadCast['state'] = 'normal'

buttonStartBroadCast['state'] = 'disabled'

buttonStartBroadCast = tkinter.Button(root, text='开始屏幕广播', command=onbuttonStartBroadCastClick)

buttonStartBroadCast.place(x=20, y=380, width=100, height=30)

def onbuttonStopBroadCastClick():

global broadcasting

broadcasting = False

sockBroadCast.close()

buttonStopBroadCast['state'] = 'disabled'

buttonStartBroadCast['state'] = 'normal'

buttonStopBroadCast = tkinter.Button(root, text='结束屏幕广播', command=onbuttonStopBroadCastClick)

buttonStopBroadCast['state'] = 'disabled'

buttonStopBroadCast.place(x=130, y=380, width=100, height=30)

3、学生端收到教师端通过UDP广播发送的屏幕广播指令之后，创建TCP Socket，连接教师端，并接收教师端发来的屏幕截图，然后使用创建顶端显示的tkinter界面用来显示屏幕截图。主要功能代码如下：

# 使用TCP接收广播

def receiveBroadCast():

# 获取屏幕尺寸，创建顶端显示的无标题栏窗体

screenWidth = 640

screenHeight = 480

top = tkinter.Toplevel(root,

width=screenWidth,

height=screenHeight)

top.overrideredirect(True)

# 顶端显示

top.attributes('-topmost', 1)

# 创建画布，用来显示图像

canvas = tkinter.Canvas(top,

bg='white',

width=screenWidth,

height=screenHeight)

canvas.pack(fill=tkinter.BOTH, expand=tkinter.YES)

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

serverIP = entryServerIP.get()

# 连接服务器10001端口，失败直接返回

try:

sock.connect((serverIP, 10001))

except:

print('error')

top.destroy()

return

# 接收服务器指令

# *****表示开始传输一个新的截图

# #####表示本次广播结束

while True:

data = sock.recv(5)

if data == b'*****':

# 接收服务器发来的一屏图像

# 图像大小，字节总数量

len_head = struct.calcsize('I32sI')

data = sock.recv(len_head)

length, size, sizeLength = struct.unpack('I32sI', data)

length = int(length)

size = eval(size[:int(sizeLength)])

rest = length

image = []

while True:

if rest == 0:

break

elif rest > 40960:

temp = sock.recv(40960)

rest -= len(temp)

image.append(temp)

else:

temp = sock.recv(rest)

rest -= len(temp)

image.append(temp)

image = b''.join(image)

# 更新显示

image = Image.frombytes('RGB', size, image)

image = image.resize((screenWidth, screenHeight))

image = ImageTk.PhotoImage(image)

try:

canvas.delete(imageId)

except:

pass

imageId = canvas.create_image(screenWidth//2, screenHeight//2, image=image)

elif data == b'#####':

# 广播结束

break

# 本次广播结束，关闭窗口

sock.close()

top.destroy()