RTP 时间戳

转自：http://blog.csdn.net/yangzhongxuan/article/details/8048218

最近被RTP的负载类型和时间戳搞郁闷了，一个问题调试了近一周，终于圆满解决，回头看看，发现其实主要原因还是自己没有真正地搞清楚RTP协议中负载类型和时间戳的含义。虽然做RTP传输，有着Jrtplib和Ortp这两个强大的库支持，一个是c++接口，一个是c语言接口，各有各的特点，各有各的应用环境，但是仅仅有库就能解决一切问题吗？可能仿照着一些例子程序，你能够完成主要的功能，但一旦问题发生了，不清楚原理你是很难定位和解决问题的，所以在此，用我的经验劝劝大家，磨刀不误砍柴工，做应用还是先把原理搞清楚再动手吧……
    看这篇文章之前，首先你应该知道什么是RTP协议，可以去看RTP协议原文（RFC3550协议），也可以看一些网友对RTP协议的讲解的文章，很多，这里我提供一篇我个人觉得写得还不错的：http://blog.csdn.net/bripengandre/archive/2008/04/01/2238818.aspx 。

   好，下面言归正传，首先谈谈RTP传输中的负载类型吧。

    首先，看RTP协议包头的格式：
          

    10~16 Bit为PT域，指的就是负载类型（PayLoad），负载类型定义了RTP负载的格式，协议原文说该域由具体应用决定其解释。
    目前，负载类型主要用来告诉接收端（或者播放器）传输的是哪种类型的媒体（例如G.729，H.264，MPEG-4等），这样接收端（或者播放器）才知道了数据流的格式，才会调用适当的编解码器去解码或者播放，这就是负载类型的主要作用。
    就ORTP库而言，负载类型定义如下：
        

    每一种负载类型都有着其独特的参数，这里基本上涵盖了当前主流的一些媒体类型，例如pcmu 、g.729、h.263（很奇怪，竟然没有定义h.264）、mpeg-4等等。Jrtplib库应该也有相类似的定义，你可以去找找源码，在此我就不再赘述了。

    在ORTP库和JRTplib库中，都提供了设置RTP负载类型的函数，千万要记得根据实际的应用进行设置，我就是当时没有注意，使用ORTP默认的pcmu音频的负载类型，传输H.264编码的视频数据，结果传输中一直有问题，困扰我好久好久。

    好了，再说说RTP的时间戳吧。

    首先，了解几个基本概念：

    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
   

    再看看RTP时间戳课本中的定义：

    RTP包头的第2个32Bit即为RTP包的时间戳，Time Stamp ，占32位。
    时间戳反映了RTP分组中的数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开始时的时间戳初值也是随机选择的。即使是没有信号发送时，时间戳的数值也要随时间不断的增加。接收端使用时间戳可准确知道应当在什么时间还原哪一个数据块，从而消除传输中的抖动。时间戳还可用来使视频应用中声音和图像同步。
    在RTP协议中并没有规定时间戳的粒度，这取决于有效载荷的类型。因此RTP的时间戳又称为媒体时间戳，以强调这种时间戳的粒度取决于信号的类型。例如，对于8kHz采样的话音信号，若每隔20ms构成一个数据块，则一个数据块中包含有160个样本（0.02×8000=160）。因此每发送一个RTP分组，其时间戳的值就增加160。

    官方的解释看懂没？没看懂？没关系，我刚开始也没看懂，那就听我的解释吧。

    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。这个不再我们当前的讨论范围内，暂时不考虑。
    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，每一个帧的发送占多少个时间块呢？当然是 90000/25 = 3600。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。
    在Jrtplib中好像不需要自己管理时间戳的递增，由库内部管理。但在ORTP中每次数据的发送都需要自己传入时间戳的值，即自己需要每次发完一个RTP包后，累加时间戳增量，不是很方便，这就需要自己对RTP的时间戳有比较深刻地理解，我刚开始就是因为没搞清楚，随时设置时间戳增量导致传输一直有问题，困扰我好久。

    好了，关于RTP的负载类型和时间戳的介绍就到这里了，这次通过解决RTP传输中的问题学到了不少知识，在此分享希望对大家有用。有说得不正确的地方欢迎高手指教，也可以来信交流：

在使用JRTPLIB的发送数据的时候需要设置时间戳单位（timestamp）和时间戳增量（timestamp increment）。看了网上一些文章，细细想来现在才想通这个问题。   

          RFC3550对时间戳的描述是：

        时间戳（timestamp） 32比特 时间戳反映了RTP数据包中第一个字节的采样时间。（采样时钟必须来源于一个及时的单调、线性递增时钟，以便允许同步和去除网络引起的数据包抖动（见章节6.4.1）。该时钟的分辨率必须满足理想的同步精度和测量数据包到来时的抖动的需要（一种典型的时钟分辨率不满足情况是每个视频帧仅一个时钟周期）时钟频率依赖于负载数据的格式，并在描述文件（profile）中或者是在负载格式描述中（payload format speci_cation）进行静态描述。也可以通过非RTP方法（non-RTP means）对负载格式动态描述。

       如果RTP包是周期性产生的，那么将使用由采样时钟决定的名义上的采样时刻，而不是读取系统时间。例如，对一个固定速率的音频，采样时钟（时间戳时钟）将在每个周期内增加1。如果一个音频从输入设备中读取含有160个采样周期的块，那么对每个块，时间戳的值增加160，而不考虑该块是否用一个包传递或是被丢弃。

        时间戳的初始值应当是随机的，就像序号一样。几个连续的RTP包如果（逻辑上）是同时产生的，如：属于同一个视频帧的RTP包，将有相同的序列号。如果数据并不是以它采样的顺序进行传输，那么连续的RTP包可以包含不是单调递增（或递减）的时间戳（RTP包的序列号仍然是单调变化的）。

  
根据一些文章我自己推敲了一下几个概念如下：   
       时间戳单位：时间戳计算的单位不为秒之类的单位，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）。

       如何设定时间戳之间的增量呢？
       按照刚才时间戳单位来看，1秒钟按照时间戳单位就是8000，那么一秒钟如果可以播放20帧，也就是发送30帧（帧率），那么可以求出相邻两帧之间的时间差，也就是时间戳增量，那么显而易见是用8000/20，那么这个时间戳增量就为400.
       网上大多数列举的一个例子是： 例如MPEG，每帧20ms，采样频率8000Hz，设定时间戳单位1/8000，而每个包之间就是160的增量
    这里又该如何理解呢？可以轻易地看出增量是直接8000与20ms相乘的结果，我们可以知道这里两帧之间的时间为20ms，也就是0.02s，这个单位是以秒来衡量的，那么我们要用时间戳单位来表示那么就是8000*0.02=160.所以时间戳增量为160.

        还有一点为什么一般都用90000作为视频采样频率呢？

        90k是用于视频同步的时间尺度(TimeScale),就是每秒90k个时钟tick。为什么采用90k呢？目前视频的帧速率主要有25fps、29.97fps、30fps等，而90k刚好是它们的倍数，所以就采用了90k。