从RTP到ORTP

最近使用RTP传语音,使用的是ortp协议栈,没想到在接收的时候收不到数据包,调了半天也没有结果,一怒之下索性废掉了ortp,直接实现rtp。

      老实说,自己实现rtp还是比较简单的。分为接收和发送,接收的时候直接去掉12个字节的报头,然后向下送。而发送的时候稍微麻烦点,我的实现手法如下:


初始化报头:
      char rtppacket[172] = {0x80, 0x08};//PCMA 0x08 PCMU 0x00
      srand((int)time(0));
      unsigned short seq = 0, tmp = 0;
      unsigned int timestamp = htonl(0);
      unsigned int ssrc = htonl(rand());
 
      memcpy(rtppacket+ 4, &timestamp, 4);
      memcpy(rtppacket+ 8, &ssrc, 4);

发送报文(在一个循环中):
     memcpy(rtppacket+ 2, &tmp, 2);
     seq++;
     tmp = htons(seq);
     memcpy(rtppacket+ 12, &voicedata, 160);
     直接UDP send报文。

      在这里面,timestamp是我全部赋值为0的,并且这个实现是只能承载G711A。但是在ZTE的网关上运行正常。实际测试的时候,使用ADSL上行的网络,从上海打到香港的VOIP电话,比在深圳用skype打过去还要清晰,效果让人振奋。(应该是网络的条件非常好,个人估计大部分路径都是走的电路交换)


      效果是基本实现了,但是又来了一个疑问,既然这么简单就可以实现rtp的功能,那么怎么会需要100多页的RFC3550,又何必需要ortp那么多的代码呢?

      仔细看了一下ortp的介绍,来自 linephone

  • Written in C, works under Linux (and probably any Unix) and Windows.
  • Implement the RFC3550 (RTP) with a easy to use API with high and low level access.
  • Includes support for multiples profiles, AV profile (RFC3551) being the one by default.
  • Includes a packet scheduler for to send and recv packet "on time", according to their timestamp. Scheduling is optionnal, rtp sessions can remain not scheduled.
  • Supports mutiplexing IO, so that hundreds of RTP sessions can be scheduled by a single thread.
  • Features an adaptive jitter algorithm for a receiver to adapt to the clockrate of the sender.
  • Supports part of RFC2833 for telephone events over RTP.
  • The API is well documented using gtk-doc.
  • Licensed under the Lesser Gnu Public License.
  • RTCP messages sent periodically since 0.7.0 (compound packet including sender report or receiver report + SDES)
  • Includes an API to parse incoming RTCP packets. 

          从以上介绍可以看出,ortp所标榜的是:多种RTP格式支持;发送接收的实时调度;单线程支持多路媒体流;自适应的缓冲区算法;实现了RTCP。

          既然是Opensource,那么我们就来一个个的看它的实现。

          首先是多种RTP格式支持

          ortp有一个RtpProfile的全局变量,该变量在ortp初始化的时候赋值,该变量中有一个PayloadType的数组,每个PayloadType对应一种媒体流,PayloadType中包含了媒体流的特性,包括名称,采样率,声音位数,静音格式,占用带宽等。这些定义都在avprofile.c中。

          其中的几个参数中,采样率用的比较多,主要用来计算实时性,还有就是计算jitter。

          发送接收的实时调度

          ortp中发送和接收主要是两个函数rtp_session_send_with_ts和rtp_session_recv_with_ts。以rtp_session_recv_with_ts为例:内部接收数据使用的是rtp_session_recvm_with_ts,首先,会接收所有scoket上的数据,然后将rtp包存放在一个队列之中,一系列处理之后,有一个pthread_mutex_lock的线程锁,将线程锁住。此时,由rtp_scheduler_schedule线程进行调度(该线程在协议栈初始化)时创建。rtp_scheduler_schedule会遍历所有的media session(媒体流),然后判断其中的timestamp(时间戳),如果计算的时间到达,则让rtp_session_recvm_with_ts继续处理。

          时间戳的算法是以第一个打到的rtp数据包为准,然后根据其中的时间,进行推算。假如第一个包是10点整来的,然后ptime又是20ms,那么下一个包的时间就是10点又20毫秒。

          media session是一个RtpSession对象,包含多种属性和方法。RtpScheduler中包含一个RtpSession的队列,用来支持多媒体流。

          值得一提的是,rtp_scheduler_schedule中有一个独特的"sleep",该sleep可以停顿10ms。并且这个时间是绝对的,如果中间因为处理或者其他原因延迟了2ms,那么这个sleep停顿的就是8ms。具体函数可以看一下posixtimer.c中的posix_timer_do实现。精确的计时使用select,精确时间的取得很多使用gettimeofday这个函数,该函数在精确计时的时候非常有用。

          单线程支持多路媒体流

          对外是有一个sessionset,完全模拟了select的做法,对外提供的接口,也和标准select几乎一样。主要的处理实现,还是在rtp_scheduler里面完成。模拟select的唤醒,使用了pthread_cond_wait。

          自适应的缓冲区算法

          主要的实现都在jitterctl.c里面,也不算很复杂,没有太仔细看。从注释中看到算法如下:
          The algorithm computes two values:
          slide: an average of difference between the expected and the socket-received timestamp
          jitter: an average of the absolute value of the difference between socket-received timestamp and slide.
          slide is used to make clock-slide detection and correction.

          RTCP的实现

          rtcp是不算很复杂的东西。ortp中,在RtpSession里面,即包含了rtcp的一些相关属性。需要的时候,直接取出然后组包发送就可以了。不过还要涉及到SDES,东西倒也是不少。


         后记

          大概读了一下ortp,一共大约14K的代码量,确实算是一款优秀的作品,作者对于线程,实时性的一些处理,都相当的深入。对于数据结构的组织,也非常不错,大部分数据,均适用了自己的封装。采用了链表的结构,声明在str_utils.h里面,这些数据结构的具体使用,就没有太仔细看了。

          读完以后,再回头看看自己的项目,确实没有必要用ortp这样的“庞然大物”了:多种rtp格式?我只需要G711A;实时性?我有底层硬件保证了;多路媒体流?不需要,我只要VOIP语音;自适应的jitter?也不用,底层硬件有保证;至于RTCP,不是必须项,也可以不要。在单用途的终端上,协议栈的实现可以简化非常多。

          最后感叹一下,老外的计算机水平确实比国内高出很多。我看的这份ortp的实现,设计,实现几近炉火纯青,方方面面考虑周详仔细,并且实现了Linux平台和Windows平台的通用。显示在程序结构,数据组织,操作系统,网络协议方面不凡的功力。国内程序员,写程序很多是为了混口饭,不会去精益求精,能实现功能,就已经很不错,是老板眼中的红人。国内写代码要达到ortp这样的艺术水准,还有非常长的路要走。



    附:ortp版本为0.13.1,下载地址为:http://download.savannah.gnu.org/releases/linphone/ortp/sources/


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