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RTP协议浅析

2022-08-11 11:32:00 【blackstar】

基础概念

全称： 实时传输协议，是一个网络协议；由IETF多媒体传输工作小组在 1996年中公布
作用： 详细说明了在互联网上传输音频和视频的标准数据包格式
协议栈： 位于传输层上，属于传输层的子层。主要使用传输层的多播和单播

使用场景

简单多播音频会议
音视频会议
混合器和转发器

数据包格式

RTP头格式

大小：固定最小12个字节
报文格式

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                           timestamp                           |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           synchronization source (SSRC) identifier            |
   +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
   |            contributing source (CSRC) identifiers             |
   |                             ....                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

报文字段说明
- version(V)：2bits， RTP版本号；当前版本号位2
- padding(P)：1bit，填充位；如果该为被设置，则RTP报文包尾包含一个或多个额外的非有效载荷的字节
- extension(X)：1bit，扩展位；如果该位被设置，则固定头后必须紧跟一个扩展头，格式如下：
```
  0                   1                   2                   3
  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |      defined by profile       |           length              |
 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 |                        header extension                       |
 |                             ....                              |
```
- CSRC count(CC)：4bits，CSRC计数器；记录了CSRC (贡献源标识符列表，与混合器有关) 标识符列表的长度
- marker(M)：1bit，标记位；由配置文件解释，它的目的是允许在包流中标记诸如帧边界之类的重要事件
- payload type(PT)：7bits，有效载荷类型；规范了RTP有效载荷数据 (音频或视频) 的格式，详情可参考 RFC 3551
- sequence number：16bits，包序列号，递增；接收器可以根据序列号进行数据包丢失检测和包顺序的恢复
- timestamp：32bits，包采集时间点；单独线性递增
- synchronization source identifier(SSRC)：32bits，同步源标识符；包来源标识符，随机生成；同一会话中的任意两个同步源标识符不可相同，必须做好冲突检测和解决冲突
- contributing source identifiers(CSRC)：每项32bits，共0~15项，贡献源标识符列表；如果超过15个贡献源，只使用15个；混合器使用贡献源的SSRC标识符插入到CSC表示中

RTP有效载荷

| 规范了音频或视频数据的标准格式

音频编码的有效载荷类型列表

               PT   encoding    media type  clock rate   channels
                    name                    (Hz)
               ___________________________________________________
               0    PCMU        A            8,000       1
               1    reserved    A
               2    reserved    A
               3    GSM         A            8,000       1
               4    G723        A            8,000       1
               5    DVI4        A            8,000       1
               6    DVI4        A           16,000       1
               7    LPC         A            8,000       1
               8    PCMA        A            8,000       1
               9    G722        A            8,000       1
               10   L16         A           44,100       2
               11   L16         A           44,100       1
               12   QCELP       A            8,000       1
               13   CN          A            8,000       1
               14   MPA         A           90,000       (see text)
               15   G728        A            8,000       1
               16   DVI4        A           11,025       1
               17   DVI4        A           22,050       1
               18   G729        A            8,000       1
               19   reserved    A
               20   unassigned  A
               21   unassigned  A
               22   unassigned  A
               23   unassigned  A
               dyn  G726-40     A            8,000       1
               dyn  G726-32     A            8,000       1
               dyn  G726-24     A            8,000       1
               dyn  G726-16     A            8,000       1
               dyn  G729D       A            8,000       1
               dyn  G729E       A            8,000       1
               dyn  GSM-EFR     A            8,000       1
               dyn  L8          A            var.        var.
               dyn  RED         A                        (see text)
               dyn  VDVI        A            var.        1

视频编码的有效载荷类型列表

               PT      encoding    media type  clock rate
                       name                    (Hz)
               _____________________________________________
               24      unassigned  V
               25      CelB        V           90,000
               26      JPEG        V           90,000
               27      unassigned  V
               28      nv          V           90,000
               29      unassigned  V
               30      unassigned  V
               31      H261        V           90,000
               32      MPV         V           90,000
               33      MP2T        AV          90,000
               34      H263        V           90,000
               35-71   unassigned  ?
               72-76   reserved    N/A         N/A
               77-95   unassigned  ?
               96-127  dynamic     ?
               dyn     H263-1998   V           90,000

关于 G.711.1 音频编码载荷类型的举例说明

有效载荷头

 0 1 2 3 4 5 6 7
 +-+-+-+-+-+-+-+-+
 |0 0 0 0 0|  MI |
 +-+-+-+-+-+-+-+-+

| mode index(MI)：模式索引，标识音频帧的模式；只能使用标准中指定的值，其他值作为保留值，备将来使用

音频数据

| 紧跟在有效载荷头后，连续的音频帧按时间顺序打包。所有帧必须具有相同的模式，由有效载荷头的 MI 指示

| 一帧的数据大小由模式给出：nb_frames = (size_of_audio_data) / (size_of_frame)

R1模式

+-------------------------------+
|              L0               |
+-------------------------------+

R2a模式

+-------------------------------+--------+
|              L0               |   L1   |
+-------------------------------+--------+

R2b模式

+-------------------------------+--------+
|              L0               |   L2   |
+-------------------------------+--------+

R3模式

+-------------------------------+--------+--------+
|              L0               |   L1   |   L2   |
+-------------------------------+--------+--------+

音频参数映射到SDP参数

| SDP协议相关知识，本文章不做详细赘述，只做用例说明

m=audio 54874 RTP/AVP 96 8
a=rtpmap:96 PCMA-WB/16000
a=rtpmap:8 PCMA/8000

RTP报文结构

完整的报文格式

0                   1                   2                   3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+<+
|V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
|                           timestamp                           | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
|           synchronization source (SSRC) identifier            | |
+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ |
|            contributing source (CSRC) identifiers             | |
|                               ....                            | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
|                   RTP extension (OPTIONAL)                    | |
+>+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
| |                          payload  ...                         | |
| |                               +-------------------------------+ |
| |                               | RTP padding   | RTP pad count | |
+>+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+<+

抽象的报文结构

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| header  | payload |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

协议栈

安全性

| SRTP: 安全实时传输协议，数据包格式如下：

      0                   1                   2                   3
      0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
     +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+<+
     |V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         | |
     +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
     |                           timestamp                           | |
     +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
     |           synchronization source (SSRC) identifier            | |
     +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ |
     |            contributing source (CSRC) identifiers             | |
     |                               ....                            | |
     +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
     |                   RTP extension (OPTIONAL)                    | |
   +>+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
   | |                          payload  ...                         | |
   | |                               +-------------------------------+ |
   | |                               | RTP padding   | RTP pad count | |
   +>+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+<+
   | ~                     SRTP MKI (OPTIONAL)                       ~ |
   | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
   | :                 authentication tag (RECOMMENDED)              : |
   | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
   |                                                                   |
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