RTP协议介绍

3.1.RTP协议分析3.1.1.RTP是什么RTP全名是Real-timeTransportProtocol（实时传输协议）。它是IETF提出的一个标准，对应的RFC文档为RFC3550（RFC1889为其过期版本）。RFC3550不仅定义了RTP，而且定义了配套的相关协议RTCP（Real-timeTransportControlProtocol，即实时传输控制协议）。RTP用来为IP网上的语音、图像、传真等多种需要实时传输的多媒体数据提供端到端的实时传输服务。RTP为Internet上端到端的实时传输提供时间信息和流同步，但并不保证服务质量，服务质量由RTCP来提供。3.1.2.RTP的协议层次——传输层的子层RTP被划分在传输层，它建立在UDP上。同UDP协议一样，为了实现其实时传输功能，RTP也有固定的封装形式。RTP用来为端到端的实时传输提供时间信息和流同步，但并不保证服务质量。服务质量由RTCP来提供。3.1.3.RTP协议原理RTP协议原理比较简单，负责对流媒体数据进行封包并实现媒体流的实时传输，即它按照RPT数据包格式来封装流媒体数据，并利用与它绑定的协议进行数据包的传输，具体见本文2.2.1RTP数据格式；RTP本身只保证实时数据的传输，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。3.1.3.1.RTP的封装版本号（V）：2比特，用来标志使用的RTP版本。填充位（P）：1比特，如果该位置位，则该RTP包的尾部就包含附加的填充字节。扩展位（X）：1比特，如果该位置位的话，RTP固定头部后面就跟有一个扩展头部。CSRC计数器（CC）：4比特，含有固定头部后面跟着的CSRC的数目。标记位（M）：1比特,该位的解释由配置文档（Profile）来承担。载荷类型（PT）：7比特，标识了RTP载荷的类型。序列号（SN）：16比特，发送方在每发送完一个RTP包后就将该域的值增加1，接收方可以由该域检测包的丢失及恢复包序列。序列号的初始值是随机的。时间戳：32比特，记录了该包中数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开始时，时间戳初始化成一个初始值。即使在没有信号发送时，时间戳的数值也要随时间而不断地增加（时间在流逝嘛）。时间戳是去除抖动和实现同步不可缺少的。同步源标识符(SSRC)：32比特，同步源就是指RTP包流的来源。在同一个RTP会话中不能有两个相同的SSRC值。该标识符是随机选取的RFC1889推荐了MD5随机算法。贡献源列表（CSRCList）：0～15项，每项32比特，用来标志对一个RTP混合器产生的新包有贡献的所有RTP包的源。由混合器将这些有贡献的SSRC标识符插入表中。SSRC标识符都被列出来，以便接收端能正确指出交谈双方的身份。3.1.3.2.RTP的会话过程当应用程序建立一个RTP会话时，应用程序将确定一对目的传输地址。目的传输地址由一个网络地址和一对端口组成，有两个端口：一个给RTP包，一个给RTCP包，使得RTP/RTCP数据能够正确发送。RTP数据发向偶数的UDP端口，而对应的控制信号RTCP数据发向相邻的奇数UDP端口（偶数的UDP端口＋1），这样就构成一个UDP端口对。RTP的发送过程如下，接收过程则相反。1)RTP协议从上层接收流媒体信息码流（如H.263），封装成RTP数据包；RTCP从上层接收控制信息，封装成RTCP控制包。2)RTP将RTP数据包发往UDP端口对中偶数端口；RTCP将RTCP控制包发往UDP端口对中的接收端口。3.1.3.3.RTCP的封装（可略去）RTP需要RTCP为其服务质量提供保证，因此下面介绍一下RTCP的相关知识。RTCP的主要功能是：服务质量的监视与反馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，各参与者可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。类型缩写表示用途200SR（SenderReport）发送端报告201RR（ReceiverReport）接收端报告202SDES（SourceDescriptionItems）源点描述203BYE结束传输204APP特定应用从图1可以看到，RTCP也是用UDP来传送的，但RTCP封装的仅仅是一些控制信息，因而分组很短，所以可以将多个RTCP分组封装在一个UDP包中。RTCP有如下五种分组类型。3.1.3.4.RTCP工作机制（可略去）RTCP报文不封装音视频数据，而是封装发送端或者接收端的统计报表信息；在RTP会话期间，每个参与者周期性的向其它参与者发送RTCP控制信息包，如下图1-2所示：因为网络的情况很不稳定，如果网络情况好我们可以减少语音的延迟时间，也可以增大视频的发送帧率或质量。若网络状况不好我们可以增大语音延迟时间以保证语音连续，也可减少视频的发送帧率或质量，以减少网络的阻塞。RTCP包的发送率根据与会者的数量来调整。3.1.4.RTP协议关键技术指标3.1.4.1.时间戳时间戳字段是RTP首部中说明数据包时间的同步信息，是数据能以正确的时间顺序恢复的关键。时间戳的值给出了分组中数据的第一个字节的采样时间(SamplingInstant)，要求发送方时间戳的时钟是连续、单调增长的，即使在没有数据输入或发送数据时也是如此。在静默时，发送方不必发送数据，保持时间戳的增长，在接收端，由于接收到的数据分组的序号没有丢失，就知道没有发生数据丢失，而且只要比较前后分组的时间戳的差异，就可以确定输出的时间间隔。RTP规定一次会话的初始时间戳必须随机选择，但协议没有规定时间戳的单位，也没有规定该值的精确解释，而是由负载类型来确定时钟的颗粒，这样各种应用类型可以根据需要选择合适的输出计时精度。在RTP传输音频数据时，一般选定逻辑时间戳速率与采样速率相同，但是在传输视频数据时，必须使时间戳速率大于每帧的一个滴答。如果数据是在同一时刻采样的，协议标准还允许多个分组具有相同的时间戳值，如多个分组属于同一画像。3.1.4.2.时延影响时延的因素有多个方面：编解码、网络、防抖动缓冲、报文队列等都影响时延，其中有些是固定时延，如编解码网络速率等；有些是变化的，如防抖动缓冲和队列调度等，固定的时延可以通过改变编解码方式和提高网络速率来改变，而变化的时延通常采用提高转发效率来提高。3.1.4.3.抖动在视频电话中，语音、视频数据都是使用UDP协议传送的，但这种协议传输的数据包在网络层不能保证其发送顺序，需要应用层进行排序。在网络的传输中都会有延时，且随着网络负载的变化，延时的长短也不相同，对于语音数据，如果接收方收到后立即播放，很容易造成语音的抖动。RTP数据包到达时刻统计方差的估计值,以时间标志为单位测量,用无符号整数表达到达时刻抖动J定义为一对包中接收机相对发射机的时间跨度差值的平均偏差(平滑后的绝对值).如以下等式所示,该值等于两个包相对传输时间的差值,相对传输时间是指包的RTP时间标志和到达时刻接收机时钟,以同一单位的差值.若Si是包i的RTP时间标志,Ri是包i以RTP时间标志单位的到达时刻值,对于两个包i和j,D可以表达为D(i,j)=(Rj-Ri)-(Sj-Si)=(Rj-Sj)-(Ri-Si)3.1.5.SJPHONE与RTP/RTCP当进行一次通话时，并不是强制所有VoIP终端发送RTCP包。在我们的实验中，SJPHONE似乎并不发送他们（ItisquitealimitationinSJPHONE）。因此也就不能依靠RTCP包中的网络信息来进行实验数据的分析。3.1.5.1.SJPHONE中的RTP时间戳基本概念：时间戳单位：时间戳计算的单位不是秒之类的单位，而是由采样频率所代替的单位，这样做的目的就是为了是时间戳单位更为精准。比如说一个音频的采样频率为8000Hz，那么我们可以把时间戳单位设为1/8000。时间戳增量：相邻两个RTP包之间的时间差（以时间戳单位为基准）。采样频率：每秒钟抽取样本的次数，例如音频的采样率一般为8000Hz帧率：每秒传输或者显示帧数，例如25f/s详细解释：首先，时间戳就是一个值，用来反映某个数据块的产生（采集）时间点的，后采集的数据块的时间戳肯定是大于先采集的数据块的。有了这样一个时间戳，就可以标记数据块的先后顺序。第二，在实时流传输中，数据采集后立刻传递到RTP模块进行发送，那么，其实，数据块的采集时间戳就直接作为RTP包的时间戳。第三，如果用RTP来传输固定的文件，则这个时间戳就是读文件的时间点，依次递增。第四，时间戳的单位采用的是采样频率的倒数，例如采样频率为8000Hz时，时间戳的单位为1/8000，在Jrtplib库中，有设置时间戳单位的函数接口，而ORTP库中根据负载类型直接给定了时间戳的单位（音频负载1/8000，视频负载1/90000）第五，时间戳增量是指两个RTP包之间的时间间隔，详细点说，就是发送第二个RTP包相距发送第一个RTP包时的时间间隔（单位是时间戳单位）。如果采样频率为90000Hz，则由上面讨论可知，时间戳单位为1/90000，我们就假设1s钟被划分了90000个时间块，那么，如果每秒发送25帧，那么，每一个帧的发送占90000/25=3600个时间块。因此，我们根据定义“时间戳增量是发送第二个RTP包相距发送第一个RTP包时的时间间隔”，故时间戳增量应该为3600。