谈谈RTP传输中的负载类型和时间戳

 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.youkuaiyun.com/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（本文用的是ortp-0.9.1）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，注：新版本已经添加了对h.264的支持）、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。

 

      【补充】：最近思考了一下，又有了新的体会和解释，可能对大家更容易地去理解这个时间戳增量会有所帮助，补充在下面吧：

 

       其实，网络发送重点关注的是流量的平衡，即均匀地利用网络带宽，为了实现这一点，需要满足：数据采集的速率与数据网络传输的速率尽量保持一致。时间戳增量的设置影响的是RTP包的网络传输的速率，时间戳增量越小，发送速度越快。

 

      下面再进一步解释一下时间戳增量是怎么计算出来的：

 

      对于PAL制式的视频而言，每秒摄像头会采集 25 帧 数据，那么，每采集到 1帧 耗时 1/25 s ，如果我们设计为1个RTP包只包含1帧数据，并且一次发送1帧，那么，要想网络流量均匀，则时间戳增量应该设计为 1/25 s .  而在一般的RTP协议的实现中，时间戳单位不是 秒（s），而约定为采样频率的倒数，由于一般视频的采样频率是 90000，故时间戳单位为 1/90000 s，因此，实际的时间戳增量 = 时间戳增量 ( 1/25 s ) / 时间戳单位(1/90000 s) = 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：lujun.hust@gmail.com
 

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