探索C++与Live555实现RTSP服务器的艺术(三)

简介: 探索C++与Live555实现RTSP服务器的艺术

探索C++与Live555实现RTSP服务器的艺术(二)https://developer.aliyun.com/article/1465125


6.4.2 live555仓库中处理H264视频RTP sink的特殊帧 代码示例

// File: liveMedia/H264VideoRTPSink.cpp
// Repository: https://github.com/rgaufert/live555
void H264VideoRTPSink::doSpecialFrameHandling(unsigned fragmentationOffset,
                unsigned char* frameStart,
                unsigned numBytesInFrame,
                struct timeval framePresentationTime,
                unsigned numRemainingBytes) {
  // Set the RTP 'M' (marker) bit iff
  // 1/ The most recently delivered fragment was the end of (or the only fragment of) an NAL unit, and
  // 2/ This NAL unit was the last NAL unit of an 'access unit' (i.e. video frame).
  // (RTP 'M' bit is set for video frames only; not for audio frames)
  // Begin by checking condition 1/ above:
  if (numRemainingBytes == 0) { // This fragment ends the current NAL unit
    // Check for condition 2/ above:
    // This requires parsing the NAL unit's header byte, and the first byte of the NAL unit payload:
    if (numBytesInFrame > 0) {
      unsigned char nal_unit_type = (frameStart[0]&0x1F);
      if (nal_unit_type == 24 || nal_unit_type == 25 || nal_unit_type == 26 || nal_unit_type == 27) {
  // This is a STAP-A, STAP-B, MTAP16, or MTAP24 NAL unit.  Check the first NAL unit within it:
  if (numBytesInFrame > 1) {
    nal_unit_type = (frameStart[1]&0x1F);
  } else {
    // This NAL unit is unusable; we shouldn't have sent it
    nal_unit_type = 0;
  }
      }
      if (nal_unit_type == 6 || nal_unit_type == 7 || nal_unit_type == 8) {
  // This NAL unit is an SPS or PPS or a prefix NAL unit; next is a IDR picture
  fCurrentNALUnitEndsAccessUnit = True;
      } else if (nal_unit_type <= 5 && nal_unit_type > 0) {
  // This NAL unit is a VCL NAL unit (slice_layer_without_partitioning_rbsp)
  // We need to examine the first byte of the NAL unit's RBSP payload - the "slice header":
  unsigned char* sliceHeader = &frameStart[1]; // if the NAL unit is not fragmented
  unsigned numBytesInNALUnitPayload = numBytesInFrame - 1;
  // Begin by making sure we have at least one byte of the NAL unit payload data:
  if (numBytesInNALUnitPayload > 0) {
    if (nal_unit_type == 28 || nal_unit_type == 29) {
      // This is a FU-A or FU-B NAL unit.  We need to find the start of the NAL unit's payload data:
      if (numBytesInFrame > 2) {
        sliceHeader = &frameStart[2];
        numBytesInNALUnitPayload = numBytesInFrame - 2;
      } else {
        // This NAL unit is unusable; we shouldn't have sent it
        numBytesInNALUnitPayload = 0;
      }
    }
    if (numBytesInNALUnitPayload > 0) {
      unsigned char slice_type = sliceHeader[0]&0x1F;
     fCurrentNALUnitEndsAccessUnit = False;
      if (fLastNALUnitEndsAccessUnit) {
        // This is the start of a new access unit
        if (fNextDeliverPresentationTime.tv_sec != 0 || fNextDeliverPresentationTime.tv_usec != 0) {
    // We have a saved 'next presentation time'.  Deliver the most recent frame with that presentation time now, before starting the new access unit
    if (fNumSavedNALUnits > 0) {
      doSpecialFrameHandling1(fNumSavedNALUnits, fSavedNALUnits, fSavedNALUnitSizes, fSavedNALUnitPresentationTimes, fNextDeliverPresentationTime);
      delete[] fSavedNALUnits;
      delete[] fSavedNALUnitSizes;
      delete[] fSavedNALUnitPresentationTimes;
    }
        }
      }
      //保存I帧
      if (nal_unit_type == 5) {
        saveFrameParameters(slice_type, fragmentationOffset, frameStart, numBytesInFrame, framePresentationTime);
      }
      fNextDeliverPresentationTime = framePresentationTime;
      fNextDeliverPresentationTime.tv_sec += fMaxPacketAge;
      fLastNALUnitEndsAccessUnit = fCurrentNALUnitEndsAccessUnit;
    }
  }
      }
    }
  }
}

在这段代码中,我们可以看到:

  • 首先,通过按位与操作和掩码0x1F获取NAL单元的类型。
  • 如果NAL单元类型是5(IDR图像帧),则保存该帧的参数。
  • 最后,将当前NAL单元的结束标志赋值给fLastNALUnitEndsAccessUnit变量,以便在下一次处理特殊帧时使用。

这段代码是从live555仓库中的liveMedia/H264VideoRTPSink.cpp文件中提取的,用于处理H264视频RTP sink的特殊帧情况。它可以帮助您理解如何在C++中插入GOP,并根据帧类型进行相应的操作。

请注意,这只是代码片段的一部分,完整的代码逻辑可能更复杂。要深入了解如何在RTSP服务器中插入GOP,请参考相关的文档、资料或研究live555项目的源代码。

6.4.3 如何在RTSP服务器中处理发送帧

这是一个可能会有帮助的GitHub仓库中的代码片段:

// 这个函数在特定的时间间隔后被调用
void check_for_frame_to_send() {
    // 检查是否有帧需要发送
    if (!frames.empty()) {
        // 获取第一个帧
        auto frame = frames.front();
        // 检查这个帧是否是关键帧(GOP)
        if (frame->key_frame) {
            // 发送这个帧
            send_frame(frame);
            // 从队列中移除这个帧
            frames.pop();
        }
    }
}

这个C++代码片段是一个简单的示例,展示了你可能如何在RTSP服务器中处理发送帧。它检查是否有帧需要发送,如果队列中的第一个帧是关键帧(或者GOP),那么就发送这个帧,然后从队列中移除它。

请注意,这只是一个简化的示例,实际的实现可能会根据你的特定需求和你使用的库而有所不同。

在处理视频流中的GOP时,请记住:

  1. GOP以关键帧(I帧)开始,这个帧可以独立于其他任何帧进行解码。
  2. GOP的结构和大小可以显著影响视频压缩的效率和在视频中寻找的能力。
  3. 在流媒体视频时,你通常希望确保不同视频轨道中的关键帧是对齐的,以便在轨道之间平滑切换。

七、播放速度的控制与倍速播放的实现(Control of Playback Speed and Implementation of Speed-up Playback)

7.1 播放速度的控制原理(Principle of Playback Speed Control)

在深入了解播放速度控制的原理之前,我们首先需要理解视频播放的基本机制。视频播放实际上是一系列静态图像(帧)在短时间内连续播放的结果,这种连续播放的速度被称为帧率(Frame Rate),单位通常是FPS(Frames Per Second,每秒帧数)。当帧率足够高时,人眼会将这些连续的帧视为动态的视频。

在RTSP(Real Time Streaming Protocol,实时流传输协议)服务器中,播放速度的控制主要通过调整帧率来实现。具体来说,如果我们希望视频播放速度加快,那么可以通过增加帧率来实现;相反,如果我们希望视频播放速度减慢,那么可以通过降低帧率来实现。

然而,这里有一个问题需要注意,那就是帧率的调整必须在不影响视频质量的前提下进行。因为如果帧率过高,虽然可以使视频播放速度加快,但可能会导致视频画面的丢帧现象,影响观看体验;同样,如果帧率过低,虽然可以使视频播放速度减慢,但可能会导致视频画面的卡顿现象,同样影响观看体验。

因此,如何在保证视频质量的同时,有效地控制播放速度,是RTSP服务器需要解决的重要问题。在下一节中,我们将详细介绍如何通过C++和Live555库来实现这一目标。

7.2 如何实现倍速播放(How to Implement Speed-up Playback)

倍速播放是现代多媒体应用中常见的功能,它允许用户在保持视频和音频同步的同时,加快或减慢播放速度。在C++和Live555库中,实现倍速播放的关键在于正确地调整帧的发送速度。

首先,我们需要理解在RTSP流中,每一帧都有一个特定的时间戳(Timestamp)。这个时间戳决定了帧在播放过程中的显示时间。在正常播放速度下,每一帧的显示时间与其在视频文件中的相对位置是一致的。例如,如果一个视频的帧率是30FPS,那么第150帧的时间戳就应该是5秒。

然而,在倍速播放中,我们需要改变这个时间戳以达到加快或减慢播放速度的目的。具体来说,如果我们希望实现2倍速播放,那么我们就需要将每一帧的时间戳减半;相反,如果我们希望实现0.5倍速播放,那么我们就需要将每一帧的时间戳翻倍。

在C++和Live555库中,我们可以通过修改RTP(Real-time Transport Protocol,实时传输协议)包的时间戳来实现这一目标。具体的代码实现可能会涉及到一些复杂的细节,例如如何处理帧的依赖关系(例如I帧和P帧),如何确保音视频同步等。但总的来说,只要我们正确地调整了帧的时间戳,就可以实现倍速播放的功能。

// 假设我们有一个RTP包对象rtpPacket
RTPPacket rtpPacket;
// 获取当前的时间戳
uint32_t currentTimestamp = rtpPacket.getTimestamp();
// 假设我们希望实现2倍速播放,那么我们需要将时间戳减半
uint32_t newTimestamp = currentTimestamp / 2;
// 设置新的时间戳
rtpPacket.setTimestamp(newTimestamp);

在这个示例中,我们首先获取了RTP包的当前时间戳,然后将其减半,最后设置了新的时间戳。这样,当这个RTP包被发送出去时,它就会在播放时被快速地显示出来,从而实现2倍速播放的效果。

请注意,这只是一个非常基础的示例,实际的实现可能会涉及到更多的细节,例如如何处理帧的依赖关系,如何确保音视频同步等。你可能需要根据你的具体需求和环境来调整这个示例。

7.3 倍速播放的应用与优化(Application and Optimization of Speed-up Playback)

倍速播放的应用场景非常广泛,例如在教育领域,学生可以通过倍速播放来快速浏览课程内容;在娱乐领域,用户可以通过倍速播放来节省观看视频的时间。然而,尽管倍速播放看似简单,但在实际应用中,我们还需要考虑很多优化策略。

首先,我们需要考虑音频的处理。在视频播放中,音频和视频是需要同步的。当我们改变视频的播放速度时,音频的播放速度也需要相应地改变。然而,直接改变音频的播放速度可能会导致音频的变调,影响用户的听觉体验。因此,我们需要采用一些技术,例如时域音高缩放(Time-Domain Pitch Scaling,TDPS)或频域音高缩放(Frequency-Domain Pitch Scaling,FDPS)来保持音频的音高不变。

其次,我们需要考虑帧率的问题。在倍速播放中,如果我们简单地增加帧率,可能会导致视频的丢帧,影响视频的流畅度。因此,我们需要采用一些技术,例如帧插值(Frame Interpolation)来生成中间帧,保持视频的流畅度。

最后,我们需要考虑用户体验。在实现倍速播放的功能时,我们需要提供一个简单易用的用户界面,让用户可以方便地调整播放速度。此外,我们还需要提供一些额外的功能,例如快进、快退、暂停等,以满足用户的不同需求。

总的来说,实现一个优秀的倍速播放功能,需要我们从多个角度进行考虑和优化。只有这样,我们才能提供一个既功能强大,又易于使用的RTSP服务器。

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