談談RTP傳輸中的負載類型和時間戳

最近被RTP的負載類型和時間戳搞鬱悶了,一個問題調試了近一週,終於圓滿解決,回頭看看,發現其實主要原因還是自己沒有真正地搞清楚RTP協議中負載類型和時間戳的含義。雖然做RTP傳輸,有着JrtplibOrtp這兩個強大的庫支持,一個是c++接口,一個是c語言接口,各有各的特點,各有各的應用環境,但是僅僅有庫就能解決一切問題嗎?可能仿照着一些例子程序,你能夠完成主要的功能,但一旦問題發生了,不清楚原理你是很難定位和解決問題的,所以在此,用我的經驗勸勸大家,磨刀不誤砍柴工,做應用還是先把原理搞清楚再動手吧……
    看這篇文章之前,首先你應該知道什麼是RTP協議,可以去看RTP協議原文(RFC3550協議),也可以看一些網友對RTP協議的講解的文章,很多,這裏我提供一篇我個人覺得寫得還不錯的:http://blog.csdn.net/bripengandre/archive/2008/04/01/2238818.aspx

   好,下面言歸正傳,首先談談RTP傳輸中的負載類型吧。

    首先,看RTP協議包頭的格式:
         

    10~16 Bit爲PT域,指的就是負載類型(PayLoad),負載類型定義了RTP負載的格式,協議原文說該域由具體應用決定其解釋。
    目前,負載類型主要用來告訴接收端(或者播放器)傳輸的是哪種類型的媒體(例如G.729,H.264,MPEG-4等),這樣接收端(或者播放器)才知道了數據流的格式,纔會調用適當的編解碼器去解碼或者播放,這就是負載類型的主要作用。

    就ORTP庫而言,負載類型定義如下:

       

    每一種負載類型都有着其獨特的參數,這裏基本上涵蓋了當前主流的一些媒體類型,例如pcmu 、g.729、h.263(很奇怪,竟然沒有定義h.264)、mpeg-4等等。Jrtplib庫應該也有相類似的定義,你可以去找找源碼,在此我就不再贅述了。

    在ORTP庫和JRTplib庫中,都提供了設置RTP負載類型的函數,千萬要記得根據實際的應用進行設置,我就是當時沒有注意,使用ORTP默認的pcmu音頻的負載類型,傳輸H.264編碼的視頻數據,結果傳輸中一直有問題,困擾我好久好久

    好了,再說說RTP的時間戳吧。

    首先,瞭解幾個基本概念:

    時間戳單位:時間戳計算的單位不是秒之類的單位,而是由採樣頻率所代替的單位,這樣做的目的就是爲了是時間戳單位更爲精準。比如說一個音頻的採樣頻率爲8000Hz,那麼我們可以把時間戳單位設爲1 / 8000。
    時間戳增量:相鄰兩個RTP包之間的時間差(以時間戳單位爲基準)。
    採樣頻率:  每秒鐘抽取樣本的次數,例如音頻的採樣率一般爲8000Hz
    幀率:      每秒傳輸或者顯示幀數,例如25f/s
   

    再看看RTP時間戳課本中的定義:


    RTP包頭的第2個32Bit即爲RTP包的時間戳,Time Stamp ,佔32位。
    時間戳反映了RTP分組中的數據的第一個字節的採樣時刻。在一次會話開始時的時間戳初值也是隨機選擇的。即使是沒有信號發送時,時間戳的數值也要隨時間不斷的增加。接收端使用時間戳可準確知道應當在什麼時間還原哪一個數據塊,從而消除傳輸中的抖動。時間戳還可用來使視頻應用中聲音和圖像同步。
    在RTP協議中並沒有規定時間戳的粒度,這取決於有效載荷的類型。因此RTP的時間戳又稱爲媒體時間戳,以強調這種時間戳的粒度取決於信號的類型。例如,對於8kHz採樣的話音信號,若每隔20ms構成一個數據塊,則一個數據塊中包含有160個樣本(0.02×8000=160)。因此每發送一個RTP分組,其時間戳的值就增加160。

    官方的解釋看懂沒?沒看懂?沒關係,我剛開始也沒看懂,那就聽我的解釋吧。

    首先,時間戳就是一個值,用來反映某個數據塊的產生(採集)時間點的,後採集的數據塊的時間戳肯定是大於先採集的數據塊的。有了這樣一個時間戳,就可以標記數據塊的先後順序。
    第二,在實時流傳輸中,數據採集後立刻傳遞到RTP模塊進行發送,那麼,其實,數據塊的採集時間戳就直接作爲RTP包的時間戳。
    第三,如果用RTP來傳輸固定的文件,則這個時間戳就是讀文件的時間點,依次遞增。這個不再我們當前的討論範圍內,暫時不考慮。
    第四,時間戳的單位採用的是採樣頻率的倒數,例如採樣頻率爲8000Hz時,時間戳的單位爲1 / 8000 ,在Jrtplib庫中,有設置時間戳單位的函數接口,而ORTP庫中根據負載類型直接給定了時間戳的單位(音頻負載1/8000,視頻負載1/90000)
    第五,時間戳增量是指兩個RTP包之間的時間間隔,詳細點說,就是發送第二個RTP包相距發送第一個RTP包時的時間間隔(單位是時間戳單位)。
    如果採樣頻率爲90000Hz,則由上面討論可知,時間戳單位爲1/90000,我們就假設1s鐘被劃分了90000個時間塊,那麼,如果每秒發送25幀,那麼,每一個幀的發送佔多少個時間塊呢?當然是 90000/25 = 3600。因此,我們根據定義“時間戳增量是發送第二個RTP包相距發送第一個RTP包時的時間間隔”,故時間戳增量應該爲3600。
   
在Jrtplib中好像不需要自己管理時間戳的遞增,由庫內部管理。但在ORTP中每次數據的發送都需要自己傳入時間戳的值,即自己需要每次發完一個RTP包後,累加時間戳增量,不是很方便,這就需要自己對RTP的時間戳有比較深刻地理解,我剛開始就是因爲沒搞清楚,隨時設置時間戳增量導致傳輸一直有問題,困擾我好久。
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