NALU数据打RTP包流程详解
最近在看RTP发送H264数据的文章,感觉很乱,没有比较清晰易懂的教程,自己整理了一下各种资料,备忘!
--------Part A ----
先说说H264数据,H264在网络传输的是NALU(NAL单元),NALU的结构是:NAL头+RBSP,实际传输中的数据流如图所示:
NALU头用来标识后面的RBSP是什么类型的数据,他是否会被其他帧参考以及网络传输是否有错误。
NALU头结构为1个字节,既 forbidden_bit(1bit) + nal_reference_bit(2bit) + nal_unit_type(5bit),如下
1.forbidden_bit: 禁止位,初始为0,当网络发现NAL单元有比特错误时可设置为1,以便接收方纠错或丢掉该单元。
2.nal_reference_bit:nal重要性指示,标志该NAL单元的重要性,值越大,越重要,解码器在解码处理不过来的时候,可以丢掉重要性为0的NALU
3.nal_unit_type:NALU类型取值如下表所示:
H264的NALU头里面.nal_unit_type的有效值只会是1~23,在打RTP包时,在某些情况下我们会填24-31,后面我们会解释,如下:
图3(打RTP包时会用到的扩展类型)
对H264数据打RTP包而言,我们了解这些基础知识就ok了,深入了解H264,请查阅其它资料.
--------Part B ----
发送RTP数据报时,需要设置头部(Header)和负载(Payload)两部分,也就是“数据头+数据”这样的形式。先来看下Header。
V版版号(2bit),
P填充位(1bit),
X扩展位(1bit),
CC是CSRC的计数位(4bits);
M标记位(1bit);
PT有效载荷的类型(7bits),比如h264视频对应的值就是PT= 96;
sequence number(2Bytes),RTP包的发送序号;
timestamp时间戳位(4Bytes);
SSRC同步标识位(4Bytes);
CSRC不是RTP必须的(4Bytes)。
这样的话,用一个结构体来存储RTP的Header数据,如下,
typedef struct
{
/**//* 1byte (0) */
unsigned char csrc_len:4; /* expect 0, csrc计数器,没啥用*/
unsigned char extension:1; /* expect 1, see RTP_OP below ,扩展位,不用关心*/
unsigned char padding:1; /*expect 0 , 填充位,不用关心*/
unsigned char version:2; /* expect 2,版本号,固定为2 */
/**//* 1byte (1) */
unsigned char payload:7; /* RTP_PAYLOAD_RTSP , 负载类型*/
unsigned char marker:1; /* expect 1,是否是尾包,后面解释 */
/**//* 2bytes (2, 3) */
unsigned short seq_no; /* RTP包序号,比如100,101,102,类推 */
/**//* 4bytes (4-7) */
unsigned long timestamp; /* 时间戳位 */
/**//* 4bytes (8-11) */
unsigned long ssrc; /* stream number is used here. 在本RTP会话中全局唯一就行*/
// CSRC(4Bytes)不是RTP必须的,因此不定义它
} RTP_FIXED_HEADER;
在讲负载(Payload)前,我们先看看RTP以UDP发送h264数据时的3种打包情况。
由于UDP数据报长度超过1500字节时(俗称MTU),会自动拆分发送,增大了丢包概率,那么去除UDP数据报头以及RTP的Header部分,一般设置Payload部分最大长度为1400字节即可,那么对H264的NALU单元打RTP就意味着3种情况.
第一:RTP包里只包含一个NALU,(它的数据小于1400字节)
第二:RTP包里只包含N个NALU,(N个NALU的数据累加小于1400字节)
第三:NALU数据大于1400字节, (比如5400字节,5400/1400>3.8,要拆分分4个RTP包)
但是我们处理H264数据时,一般是对NALU逐一进行处理的,因此我们只考虑第一和第三种情况。
我们来看第一种情况,RTP包里只包含一个NALU的情况,这时的RTP负载(Payload)部分如下图
从内存分布上可以理解为 RTP PlayLoad = [PlayLoad_head] + [RBSP]
我们知道一个 NALU = [NAL_head] + [RBSP]
我们还发现,PlayLoad_head 和 NAL_head 都是一个字节,结构相同,如下
在这种情况下,PlayLoad_head 和 NAL_head的结构和值都是一样的,因此
RTP PlayLoad = NALU= [NAL_head] + [RBSP]
假如一个H264的NALU是这样的:[00 00 00 01 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ... ]
这是一个序列参数集NAL单元。[00 00 00 01]是四个字节的开始码,67是NALU头,42开始的数据是NALU内容(RBSP),封装成RTP包将如下: [RTP HEADER] + [67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ...]
发送单一NALU单元的伪代码如下:
{
RTP_FIXED_HEADER *rtp_hdr;
rtp_hdr =(RTP_FIXED_HEADER*)&sendBuf[0];
rtp_hdr->payload = H264; //也就是96
rtp_hdr->version = 2;
rtp_hdr->marker = 0;
rtp_hdr->ssrc = htonl(10); //全局唯一就行
if(nalu_t->len<=MAX_RTP_PKT_LENGTH)
{
rtp_hdr->marker = 1; //一个Nalu单元只用了一个RTP包,当然也算尾包
rtp_hdr->seq_no = htons(seq_num ++); //序号+1
nalu_payload = &sendBuf[12]; //RTP头就12字节
// nalu_t->buf第一个字节就是NALU_head
memcpy(nalu_payload, nalu_t->buf, nalu_t->len);
ts_current=ts_current+timestamp_increse; //时间戳
rtp_hdr->timestamp = htonl(ts_current);
bytes = nalu_t->len + 12 ;
::send(socketFd, sendBuf, bytes, 0);
}
我们来看第三种情况,一个NALU拆分为N个RTP包的情况,这时的RTP负载(Payload)部分如下图
这种模式叫分片封包模式,其中 FU Indicator和FU header都是1个字节,结构如下:
我们发现FU Indicator的结构和NALU头结构是一样的,不过值不完全一样
U Indicator->F = NALU头结构-> F
FU Indicator->NRI = NALU头结构->NRI
FU Indicator->Type = 28 (也就是扩展类型,FU-A)
另外
FU header->Type = NALU头结构->Tpye
FU header->S = 开始位,设置成1,指示分片NAL单元的开始,也就是开始包
FU header->D = 结束位,设置成1,指示分片NAL单元的结束,也就是尾包
FU header->R = 保留位必须设置为0
分包模式下的RTP包如下:
[RTP HEADER] + [FU Indicator] + [FU header] + [RBSP]
分包模式的伪代码如下:
RTP_FIXED_HEADER *rtp_hdr;
rtp_hdr =(RTP_FIXED_HEADER*)&sendBuf[0];
rtp_hdr->payload = H264; //
rtp_hdr->version = 2;
rtp_hdr->marker = 0;
rtp_hdr->ssrc = htonl(10);
int k=0,l=0;
k = nalu_t->len/MAX_RTP_PKT_LENGTH; // 比如k为7,表示有7个完整RTP包+1个尾包
l = nalu_t->len%MAX_RTP_PKT_LENGTH; // 比如l为126,表示尾包的RBSP为126个字节
int t=0;
ts_current = ts_current+timestamp_increse; //时间戳
rtp_hdr->timestamp = htonl(ts_current);
while(t<=k)
{
rtp_hdr->seq_no = htons(seq_num ++); //序列号累加
if(!t) //第一包
{
rtp_hdr->marker=0; // 不是尾包
fu_ind =(FU_INDICATOR*)&sendBuf[12];
fu_ind->F=nalu_t->forbidden_bit;
fu_ind->NRI=nalu_t->nal_reference_idc>>5;
fu_ind->TYPE=28;
fu_hdr =(FU_HEADER*)&sendBuf[13];
fu_hdr->E=0;
fu_hdr->R=0;
fu_hdr->S=1;
fu_hdr->TYPE=nalu_t->nal_unit_type;
nalu_payload=&sendBuf[14];
memcpy(nalu_payload,nalu_t->buf+1,MAX_RTP_PKT_LENGTH);
bytes=MAX_RTP_PKT_LENGTH+14;
::send( socketFd, sendBuf, bytes, 0 );
t++;
}
else if(k==t) // 尾包的情况
{
rtp_hdr->marker=1; // 尾包
fu_ind =(FU_INDICATOR*)&sendBuf[12];
fu_ind->F=nalu_t->forbidden_bit;
fu_ind->NRI=nalu_t->nal_reference_idc>>5;
fu_ind->TYPE=28;
fu_hdr =(FU_HEADER*)&sendBuf[13];
fu_hdr->R=0;
fu_hdr->S=0;
fu_hdr->TYPE=nalu_t->nal_unit_type;
fu_hdr->E=1;
nalu_payload=&sendBuf[14];
memcpy(nalu_payload,nalu_t->buf+t*MAX_RTP_PKT_LENGTH+1,l-1);
bytes=l-1+14;
::send( socketFd, sendBuf, bytes, 0 );
t++;
}
else if(t<k&&0!=t) // 注意,头包,中间包,尾包,fu_hdr->R,fu_hdr->S,fu_hdr->E 的值不一样
{
rtp_hdr->marker=0;
fu_ind =(FU_INDICATOR*)&sendBuf[12];
fu_ind->F=nalu_t->forbidden_bit;
fu_ind->NRI=nalu_t->nal_reference_idc>>5;
fu_ind->TYPE=28;
fu_hdr =(FU_HEADER*)&sendBuf[13];
fu_hdr->R=0;
fu_hdr->S=0;
fu_hdr->E=0;
fu_hdr->TYPE=nalu_t->nal_unit_type;
nalu_payload=&sendBuf[14];
memcpy(nalu_payload,nalu_t->buf+t*MAX_RTP_PKT_LENGTH+1,MAX_RTP_PKT_LENGTH);
bytes=MAX_RTP_PKT_LENGTH+14;
::send( socketFd, sendBuf, bytes, 0 );
t++;
}
}
这里只列出了FU-A(Type = 28)的分包模式,FU-B的分包模式没测试过,应该差不多
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