webrtc video jitter详解(一)

webrtc jitter中缓存最近一段时间内的视频数据包,供解码线程取出解码显示。

本文以h264视频为例讲解缓存机制,webrtc先将接收到的rtp包组装成帧数据(vcmframe)

1,h264 rtp传输格式

h264在rtp包中的封装格式如下,以下为借用网络图片

上图的左边的打包流程对应的场景是“NALU的长度 <= MTU”,直接将NALU的header拷贝到H264 RTP Payload Header上,将NALU的RBSP拷贝到H264 RTP Payload Content上。

上图右边的打包流程对应的场景是“NALU的长度 > MTU”,要将NALU的RBSP进行分片,以保证打包后的RTP报文长度不大于MTU,H264 RTP Payload Header由FU-identity + FU Header组成;FU-identity字段和NALU header字段的格式一样(如果不一样的话,接收端就搞不清这是一个NALU分片还是一整个NALU了),其最低的5bits表示payload的类型;FU payload就是NALU的RBSP(一部分);另外,属于同一H264帧的所有RTP头的时间戳都要打成相同的,接收端根据时间戳来判断哪些包是属于同一个H264帧的。

webrtc中在RtpDepacketizerH264::Parse中解析rtp包

将fua格式的第一个包解析成single包组织方式,其他包去掉2byte头

对于single和stap格式,每个rtp包的marker设置为1。 fua格式,一帧最后一个包的marker设置为1,其他为0

if (is_first_packet_in_frame() && markerBit) { //single

    completeNALU = kNaluComplete;

  } else if (is_first_packet_in_frame()) { //fua第一个包

    completeNALU = kNaluStart;

  } else if (markerBit) { //fua最后一个包

    completeNALU = kNaluEnd;

  } else {  //fua中间包

    completeNALU = kNaluIncomplete;

2,jitterbuffer存储格式

webrtc中VideoCodingModuleImpl是jitter总的接口

vcmpacket对应rtp包,vcmframe对应一个完整的帧(fua格式需要将多个rtppacket合并,这通过sessioninfo完成)

VCMSessionInfo 将rtp packet组装成可解码的frame

VCMFrameBuffer  封装VCMSessionInfo方法

VCMDecodingState 记录当前已经解码帧的最后seq和tiemstamp等信息

frame在jitter中的存储分为decodable_frames_、incomplete_frames_、free_frames_。下面为借用网络上图片

详细可参阅文章//www.greatytc.com/p/bd10d60cebcd

其中decodable_frames_存储可以解码的帧(比如关键帧或者前序完整的P帧);

incomplete_frames_存储暂时不能解码的帧:(1)本身rtp包不完整的帧(2)依赖的参考帧不完整的帧

为了更便于理解jitter的存储机制,用以下的逻辑存储格式来描述

每个方格为一帧数据vcmframe。

绿色表示可解码帧(图中1、2),存储在decodable_frames_

红渐变色表示rtp包不完整的帧(图中3、4),存储在incomplete_frames_

红色表示rtp包完整,但是依赖的参考帧不完整(图中5、6),存储在incomplete_frames_

白色表示还未接收到的包(图中7),存储在missing_sequence_numbers_

每个gop都是以关键帧起始,如果关键帧不完整,那整个gop都不可解吗,必然都是存储在incomplete_frames_中

在一个gop中,可解码帧都是以关键帧起始,然后连续存储在一起的。中间只要有间隔的不完整包或者丢失包,后面都是存储在incomplete_frames_中。如图中的5本身rtp包是完整的,但因为依赖参照帧3、4不完整,本身也不能解码,连锁导致6也不能解码。同样图中12由于依赖参考帧未接收到,暂时也不能解码

decode_state记录当前解码到哪一帧,如图中已解码到9,那之前未解码的帧(3~7)都丢弃,未接收到的rtp也不再发送nack请求。

从图中可以看出,未接收到包的重要程度是不同的,11的重要程度大于14,11的不完整影响了12和13的解码。因此在网络拥塞时,可以根据未接收到包的重要程度来优先发送nack请求,尽可能使靠近关键帧的包接收完整。必要情况下可以丢弃重要程度低的nack请求。

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