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Doubango ims 框架 分析之 多媒体部分

简介: 序言 RTP提供带有实时特性的端对端数据传输服务,传输的数据如:交互式的音频和视频。那些服务包括有效载荷类型定义,序列号,时间戳和传输监测控制。应用程序在UDP上运行RTP来使用它的多路技术和checksum服务。

序言

RTP提供带有实时特性的端对端数据传输服务,传输的数据如:交互式的音频和视频。那些服务包括有效载荷类型定义,序列号,时间戳和传输监测控制。应用程序在UDP上运行RTP来使用它的多路技术和checksum服务。2种协议都提供传输协议的部分功能。

RTP本身没有提供任何的机制来确保实时的传输或其他的服务质量保证,而是由低层的服务来完成。它不保证传输或防止乱序传输,它不假定下层网络是否可靠,是否按顺序传送数据包。RTP包含的序列号允许接受方重构发送方的数据包顺序,但序列号也用来确定一个数据包的正确位置,例如,在视频解码的时候不用按顺序的对数据包进行解码。

 

  1. 介绍

doubango框架中tinyRTP文件夹实现RTP/RTCP/RTSP协议栈,目前只实现了

RTP,RTCP;RTSP还没实现。Rtp用来在网络上传输音频视频,协议栈实现时主要在音视频包的封装,拆包。

 

  1. rtp包由消息头及消息体组成,消息头的结构封装

typedefstruct trtp_rtp_header_s 文件trtp_rtp_header.h

 

{

 

TSK_DECLARE_OBJECT;

 

/*RFC 3550 section 5.1 - RTP Fixed Header Fields

 

0 1 2 3

 

01 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 |

 

| .... |

 

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 

*/

 

unsignedversion:2;

 

//版本(V):2比特 此域定义了RTP的版本。此协议定义的版本是2。(值1被RTP草案版本使用,值0用在最初"vat"语音工具使用的协议中。) 

 

unsignedpadding:1;

 

//填充(P):1比特 若填料比特被设置,则此包包含一到多个附加在末端的填充比特,填充比特不算作负载的一部分。填充的最后一个字节指明可以忽略多少个填充比特。填充可能用于某些具有固定长度的加密算法,或者用于在底层数据单元中传输多个RTP包。

 

unsignedextension:1;

//扩展

//扩展(X):1比特 若设置扩展比特,固定头(仅)后面跟随一个头扩展。 

unsignedcsrc_count:4;

 

 

unsignedmarker:1;

//标志位

unsignedpayload_type:7;

//负载类型,即承载的语音编码类型

//负载类型(PT):7比特 此域定义了负载的格式,由具体应用决定其解释。协议可以规定负载类型码和负载格式之间一个默认的匹配。其他的负载类型码可以通过非RTP方法动态定义。RTP发送端在任意给定时间发出一个单独的RTP负载类型;此域不用来复用不同的媒体流。

uint16_tseq_num;

//序列号,重新组包

//序列号(sequencenumber):16比特 每发送一个RTP数据包,序列号加1,接收端可以据此检测丢包和重建包序列。序列号的初始值是随机的(不可预测),以使即便在源本身不加密时(有时包要通过翻译器,它会这样做),对加密算法泛知的普通文本攻击也会更加困难。 

uint32_ttimestamp;

//时间戳,负责流同步

uint32_tssrc;

//同步源标识,32比特 用以识别同步源。标识符被随机生成,以使在同一个RTP会话期中没有任何两个同步源有相同的SSRC识别符。尽管多个源选择同一个SSRC识别符的概率很低,所有RTP实现工具都必须准备检测和解决冲突。若一个源改变本身的源传输地址,必须选择新的SSRC识别符,以避免被当作一个环路源。

uint32_tcsrc[15];

//贡献源标识

}

trtp_rtp_header_t;

 

 

  1. rtp包结构,文件trtp_rtp_packet.h

typedefstruct trtp_rtp_packet_s

  1. {

  2. TSK_DECLARE_OBJECT;

  3.  

  4. trtp_rtp_header_t*header; //包头

  5.  

  6. struct{

  7. void*data;

  8. constvoid* data_const;

  9. tsk_size_tsize;

  10. }payload; //负载,即承载内容

  11.  

  12. /*extension header as per RFC 3550 section 5.3.1 */

  13. struct{

  14. void*data;

  15. tsk_size_tsize; /* contains the first two 16-bit fields */

  16. }extension;

  17. }

  18. trtp_rtp_packet_t;

 

  1. rtp包的控制

 

上面两个结构用来标示一个rtp包,同时提供了包的解析,创建等函数。

结构trtp_manager_s负责rtp.rtcp包的管理,是更高层的抽象,上层应用直接通过trtp_manager_s提供的api控制

rtp包,比如在网络上发送音频数据,在音频session结构中包含trtp_manager_s用来管理经过封装的rtp包。

/**RTP/RTCP manager */

typedefstruct trtp_manager_s

{

TSK_DECLARE_OBJECT;

 

struct{

uint16_tseq_num;

uint32_ttimestamp;

uint32_tssrc;

uint8_tpayload_type;

 

char*remote_ip;

tnet_port_tremote_port;

structsockaddr_storage remote_addr;

 

char*public_ip;

tnet_port_tpublic_port;

 

constvoid* callback_data;

trtp_manager_rtp_cb_fcallback;

}rtp;

 

struct{

char*remote_ip;

tnet_port_tremote_port;

structsockaddr_storage remote_addr;

tnet_socket_t*local_socket;

 

char*public_ip;

tnet_port_tpublic_port;

 

constvoid* callback_data;

trtp_manager_rtcp_cb_fcallback;

}rtcp;

 

char*local_ip;

tsk_bool_tipv6;

tsk_bool_tstarted;

tsk_bool_tenable_rtcp;

tsk_bool_tsocket_disabled;

tnet_transport_t*transport;

}

trtp_manager_t;

 

  1. tdav是音视频会话的抽象层,负责传输层的启动,音频会话,视频会话,各种编码的注册。

 

 

 

 

对于音频/视频会话(session)被tmedia_session_mgr_t管理,而tmedia_session_mgr_t则具体由sip信令控制会话的状态。比如sip客户端请求时通过tmedia_session_mgr_t构造自己的sdp信息要借助此结构,当客户端对invite作ACK应答时同样要指定自己的媒体信息。整个rtp流的启动入口都由tmedia_session_mgr_t控制。

各种媒体会话以插件的形式注册,如音频会话在启动时注册到tmedia_session_mgr_t的插件链表,并绑定start,stop,prepare回调。tmedia_session_mgr_t为sip信令控制媒体流的接口。

 

tmedia_session_plugin_def_t为音频视频抽象接口,指定回调。如音频会话,内部会实现相应的回调函数。

/**Virtual table used to define a session plugin */

typedefstruct tmedia_session_plugin_def_s

{

//!object definition used to create an instance of the session

consttsk_object_def_t* objdef;

 

//!the type of the session

tmedia_type_ttype;

//!the media name. e.g. "audio", "video", "message","image" etc.

constchar* media;

 

int(*set) (tmedia_session_t* , const tmedia_param_t*);

int(* prepare) (tmedia_session_t* );

int(* start) (tmedia_session_t* );

int(* pause) (tmedia_session_t* );

int(* stop) (tmedia_session_t* );

 

struct{/* Special case */

int(* send_dtmf) (tmedia_session_t*, uint8_t );

}audio;

 

consttsdp_header_M_t* (* get_local_offer) (tmedia_session_t* );

/*return zero if can handle the ro and non-zero otherwise */

int(* set_remote_offer) (tmedia_session_t* , const tsdp_header_M_t* );

}

tmedia_session_plugin_def_t;

 

tmedia_session_t为会话的抽象层,包含tmedia_session_plugin_def_t,

/**Base objct used for all media sessions */

typedefstruct tmedia_session_s

{

TSK_DECLARE_OBJECT;

 

//!unique id. If you want to modifiy this field then you must use @reftmedia_session_get_unique_id()

uint64_tid;

//!session type

tmedia_type_ttype;

//!list of codecs managed by this session

tmedia_codecs_L_t*codecs;

//!negociated codec

tmedia_codecs_L_t*neg_codecs;

//!whether the ro have been prepared (up to the manager to update thevalue)

tsk_bool_tro_changed;

//!whether the session have been initialized (up to the manager toupdate the value)

tsk_bool_tinitialized;

//!whether the session have been prepared (up to the manager to updatethe value)

tsk_bool_tprepared;

//!QoS

tmedia_qos_tline_t*qos;

//!bandwidth level

tmedia_bandwidth_level_tbl;

 

struct{

tsdp_header_M_t*lo;

tsdp_header_M_t*ro;

}M;

 

//!plugin used to create the session

conststruct tmedia_session_plugin_def_s* plugin;

}

tmedia_session_t;

 

 

 

 

sipsession

 

 

 

 

trtp_manager_t

 

 

 

tmedia_session_t tmedia_session_plugin_def_s

 

 

 

 

 

 

 

 

使用过程:

tdav_init注册音频,视频,多媒体session;注册支持的编码类型,注册支持的媒体信息承载类型(文本,流等)。

tdav_init-> register sessions, codecs.

 

 

tmedia_session_mgr_create-> tmedia_session_mgr_ctor ,sessions,qos,sdp.

 

_tmedia_session_mgr_load_sessions,创建音视频会话。

 

tmedia_session_create,创建具体会话插件类型,tdav_session_video/audio_ctor

 

tmedia_session_init,初始化

 

tmedia_session_load_codecs,此会话支持的编码类型

 

tmedia_codec_create ,穿件具体编码类型。

 

创建过程

 

 

 

 

 

 

 

准备阶段

trtp_manager_prepare,指定传输层接收数据回调trtp_transport_layer_cb

tdav_session_audio_prepare,trtp_manager_create,trtp_manager_set_rtp_callback

tnet_transport_create

tnet_transport_set_callback

 

启动

 

tmedia_session_mgr_start(),启动所有上面创建的会话类型,启动之前一定要设置sdp信息

(Startsthe session manager by

startingall underlying sessions.You should set

bothremote and local offers before calling this

session->plugin->start(),如视频会话启动 ,tdav_session_video/audio.c

 

trtp_manager_set_rtp_remote, 设置对端ip,port,后续发送rtp包时构造包头用

 

trtp_manager_set_payload_type,设置此次会话用什么编码类型,编码类型通过协商后选择最佳

trtp_manager_start,启动rtp,rtcp包管理,

tnet_transport_start,启动传输层线程,绑定socket地址,开始接收udp数据, tnet_transport_mainthread

 

 

 

 

请求或响应中sdp与codec匹配过程

tmedia_session_match_codec->tmedia_codec_match_fmtp->tdav_codec_h264_fmtp_match->

tdav_codec_h264_get_profile(根据fmt获取对方的profile版本),

 

当发起外乎请求时codec与sdp处理关系,

发起invite或对方更改媒体信息时要把codec信息加载到sdp消息体中,

对于video,audio过程是一样的。

 

(videosession from codecs to sdp)

tdav_session_video_get_lo

|

tsdp_header_M_create(创建sdp媒体头)

 

|

tmedia_session_match_codec(此函数最终会返回一个协商成功的编码类型)

 

对于h264编码格式,此函数内部调用过程,遍历协议栈初始化时指定的编码链表,用此次请求的sdp消息体中的编码与自己的编码链表比较。->tmedia_codec_match_fmtp->tdav_codec_h264_fmtp_match->

tdav_codec_h264_get_profile

 

tmedia_session_match_codec返回协商成功的编码列表(即双方都支持的编码类型列表)后复制给协议栈,

self->neg_codecs= tmedia_session_match_codec

然后调用tmedia_codec_video_set_callback设置此编码类型对应的回调函数,当想发送rtp包时直接触发此回调函数即可完成发送rtp包的任务。

tmedia_codec_video_set_callback((tmedia_codec_video_t*)TSK_LIST_FIRST_DATA(self->neg_codecs),tdav_session_video_raw_cb, self);

 

tdav_session_video_raw_cb为具体的毁掉函数,内部为调用trtp_manager_send_rtp,发送rtp包。

 

值得注意的是传给函数的tdav_session_video_raw_cb数据只是未经过加工成rtp包的裸数据,tdav_session_video_raw_cb内部调用trtp_manager_send_rt,由trtp_manager_send_rt来把数据加工成rtp包,

然后调用传输层发送到网络上。

 

/*Encapsulate raw data into RTP packet and send it over the network

*Very IMPORTANT: For voice packets, the marker bits indicates thebeginning of a talkspurt */

inttrtp_manager_send_rtp(trtp_manager_t* self, const void* data,tsk_size_t size, uint32_t duration, tsk_bool_t marker, tsk_bool_tlast_packet)

 

trtp_manager_send_rtp内部又具体调用trtp_rtp_packet_create,创建rtp格式的数据包,包括rtp消息头的创建,初始化默认参数(version,marker,payload_type,seq_num等)。然后调用trtp_rtp_packet_serialize把rtp包序列化到一个buffer中。

trtp_manager_send_rtp最后调用tnet_sockfd_sendto传输层函数完成实际发送到网络上。

 

 

 

回到设置tmedia_codec_video_set_callback完毕后,tdav_session_video_get_lo调用tmedia_codec_to_sdp

把协商后的编码类型的信息转换成sdp格式的信息。

tmedia_codec_to_sdp(self->neg_codecs,self->M.lo); 保存到M.lo属性,即本地的媒体信息。

tmedia_codec_to_sdp分析:

此函数的功能即把协商后的编码链表放到协议栈的sdp属性中,这样以后发送invite请求时就可以直接用。

/**@ingrouptmedia_codec_group

*Serialize a list of codecs to sdp (m= line) message.<br>

*Will add: fmt, rtpmap and fmtp.

*@param codecs The list of codecs to convert

*@param m The destination

*@retval Zero if succeed and non-zero error code otherwise

*/

inttmedia_codec_to_sdp(const tmedia_codecs_L_t* codecs, tsdp_header_M_t*m)

 

TSK_DEBUG_INFO("Serializea list of codecs to sdp (m= line) message/n");

tsk_list_foreach(item,codecs){

遍历每个编码类型,添加fmt,rtpmap属性,fmtp属性(tmedia_codec_get_fmtp,对于h264格式即调用tmedia_codec_h264_get_fmtp)

 

最后,tdav_session_video_get_lo内部在属性M.ro(即已经有请求的sdp信息)非空时考虑此请求是否为

保持还是接回,通过设置spd属性,sendrecv,sendonly来提示类型。最后,设置Qos信息。

 

 

流程tdav_session_video_get_lo

|

tsdp_header_M_create(创建sdp媒体头)

 

|

tmedia_session_match_codec

|

tmedia_codec_video_set_callback

|

tmedia_codec_to_sdp

 

 

但是

tdav_session_video_get_lo又是由谁触发的呢?tdav_session_video_get_lo为某一具体session的回调,

比如视频的session回调,音频的回调,视频,音频的session以plugin的方式挂在到session中。

 

/**Virtual table used to define a session plugin */

typedefstruct tmedia_session_plugin_def_s

{

//!object definition used to create an instance of the session

consttsk_object_def_t* objdef;

 

//!the type of the session

tmedia_type_ttype;

//!the media name. e.g. "audio", "video", "message","image" etc.

constchar* media;

 

int(*set) (tmedia_session_t* , const tmedia_param_t*);

int(* prepare) (tmedia_session_t* );

int(* start) (tmedia_session_t* );

int(* pause) (tmedia_session_t* );

int(* stop) (tmedia_session_t* );

 

struct{/* Special case */

int(* send_dtmf) (tmedia_session_t*, uint8_t );

}audio;

 

consttsdp_header_M_t* (* get_local_offer) (tmedia_session_t* );

/*return zero if can handle the ro and non-zero otherwise */

int(* set_remote_offer) (tmedia_session_t* , const tsdp_header_M_t* );

}

tmedia_session_plugin_def_t;

 

 

tdav_session_video_get_lo即为get_local_offer的具体回调。

get_local_offer被tmedia_session_get_lo调用。tmedia_session_get_lo又被tmedia_session_mgr_get_lo】

调用,正是上面提到的tmedia_session_mgr为管理session的抽象接口,用来与sip信令交互。

整个流程为:

tmedia_session_mgr

|

tmedia_session_get_lo

|

tdav_session_video_get_lo

|

tsdp_header_M_create(创建sdp媒体头)

|

tmedia_session_match_codec

|

tmedia_codec_video_set_callback

|

tmedia_codec_to_sdp

 

 

 

tmedia_session_mgr_get_lo又被谁触发呢?

 

刚才说了,是由sip协议栈调用的,具体有这样几个与sdp协商有关的sip点,我们知道,invite请求以及200ok应答,183响应,100响应的确认(prack)中有sdp信息:

 

 

(1)发送或者更新请求(invite)

 

send_INVITEorUPDATE

//send INVITE/UPDATE request

intsend_INVITEorUPDATE(tsip_dialog_invite_t *self, tsk_bool_t is_INVITE,tsk_bool_t force_sdp)

  1. prack响应

//Send PRACK

intsend_PRACK(tsip_dialog_invite_t *self, const tsip_response_t* r1xx)

  1. //Send ACK

intsend_ACK(tsip_dialog_invite_t *self, const tsip_response_t*r2xxINVITE)

初始请求中没有sdp信息,在ack中需要携带sdp信息

 

(4)发送响应时

/Send any response

intsend_RESPONSE(tsip_dialog_invite_t *self, const tsip_request_t*request, short code, const char* phrase, tsk_bool_t force_sdp)

 

 

2.处理请求中的sdp信息过程

tsip_dialog_invite_process_ro

|

tmedia_session_mgr_set_ro

 

tsip_dialog_invite_process_ro为sip信令中处理sdp信息的入口,在状态机的回调中适时调用

。比如在保持状态转到接回状态。

 

tsip_dialog_invite_process_ro会初始化mgr,启动,

tmedia_session_mgr_create,tmedia_session_mgr_set_ro,tmedia_session_mgr_set_natt_ctx,

tmedia_session_mgr_start

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