本篇文章目标,使用vlc打开sdp文件后,可以观看到视频数据

一、RTP封装

1.1 RTP数据结构

RTP包格式前面已经比较详细的介绍过,参考从零开始写一个RTSP服务器(一)不一样的RTSP协议讲解

看一张RTP头的格式图回忆一下

从零开始写一个RTSP服务器(三)RTP传输H.264-LMLPHP
每个RTP包都包含这样一个RTP头部和RTP数据,为了方便,我将这个头部封装成一个结构体,还有发送包封装成一个函数,下面来看一看

RTP头结构体

/*
* 作者:_JT_
* 博客:https://blog.csdn.net/weixin_42462202
*/

 struct RtpHeader
 {
     /* byte 0 */
     uint8_t csrcLen:4;
     uint8_t extension:1;
     uint8_t padding:1;
     uint8_t version:2;
 
     /* byte 1 */
     uint8_t payloadType:7;
     uint8_t marker:1;
     
     /* bytes 2,3 */
     uint16_t seq;
     
     /* bytes 4-7 */
     uint32_t timestamp;
     
     /* bytes 8-11 */
     uint32_t ssrc;
 };

其中的:n是一种位表示法,这个结构体跟RTP的头部一一对应

RTP的发包函数
RTP包

struct RtpPacket
{
    struct RtpHeader rtpHeader;
    uint8_t payload[0];
};

这是我封装的一个RTP包,包含一个RTP头部和RTP载荷,uint8_t payload[0]并不占用空间,它表示rtp头部接下来紧跟着的地址,灵活数组成员 payload[0] 在结构体中的作用是为了实现动态长度的数组,动态长度的意思是数组的长度在运行时确定,而不是在编译时确定。

RTP的发包函数

/*
 * 函数功能:发送RTP包
 * 参数 socket:表示本机的udp套接字
 * 参数 ip:表示目的ip地址
 * 参数 port:表示目的的端口号
 * 参数 rtpPacket:表示rtp包
 * 参数 dataSize:表示rtp包中载荷的大小
 * 放回值:发送字节数
 */
int rtpSendPacket(int socket, char* ip, int16_t port, struct RtpPacket* rtpPacket, uint32_t dataSize)
{
    struct sockaddr_in addr;
    int ret;

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

    rtpPacket->rtpHeader.seq = htons(rtpPacket->rtpHeader.seq);
    rtpPacket->rtpHeader.timestamp = htonl(rtpPacket->rtpHeader.timestamp);
    rtpPacket->rtpHeader.ssrc = htonl(rtpPacket->rtpHeader.ssrc);

    ret = sendto(socket, (void*)rtpPacket, dataSize+RTP_HEADER_SIZE, 0,
                    (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

    rtpPacket->rtpHeader.seq = ntohs(rtpPacket->rtpHeader.seq);
    rtpPacket->rtpHeader.timestamp = ntohl(rtpPacket->rtpHeader.timestamp);
    rtpPacket->rtpHeader.ssrc = ntohl(rtpPacket->rtpHeader.ssrc);

    return ret;
}

仔细看这个函数你应该可以看懂

我们设置好一个包之后,就会调用这个函数发送指定目标

这个函数中多处使用htons等函数,是因为RTP是采用网络字节序(大端模式),所以要将主机字节字节序转换为网络字节序

下面给出源码,rtp.hrtp.c,这两个文件在后面讲经常使用

1.2 源码

rtp.h

/*
 * 作者:_JT_
 * 博客:https://blog.csdn.net/weixin_42462202
 */
 
#ifndef _RTP_H_
#define _RTP_H_
#include <stdint.h>

#define RTP_VESION              2

#define RTP_PAYLOAD_TYPE_H264   96
#define RTP_PAYLOAD_TYPE_AAC    97

#define RTP_HEADER_SIZE         12
#define RTP_MAX_PKT_SIZE        1400

/*
 *
 *    0                   1                   2                   3
 *    7 6 5 4 3 2 1 0|7 6 5 4 3 2 1 0|7 6 5 4 3 2 1 0|7 6 5 4 3 2 1 0
 *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 *   |V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         |
 *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 *   |                           timestamp                           |
 *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 *   |           synchronization source (SSRC) identifier            |
 *   +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
 *   |            contributing source (CSRC) identifiers             |
 *   :                             ....                              :
 *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 *
 */
struct RtpHeader
{
    /* byte 0 */
    uint8_t csrcLen:4;
    uint8_t extension:1;
    uint8_t padding:1;
    uint8_t version:2;

    /* byte 1 */
    uint8_t payloadType:7;
    uint8_t marker:1;
    
    /* bytes 2,3 */
    uint16_t seq;
    
    /* bytes 4-7 */
    uint32_t timestamp;
    
    /* bytes 8-11 */
    uint32_t ssrc;
};

struct RtpPacket
{
    struct RtpHeader rtpHeader;
    uint8_t payload[0];
};

void rtpHeaderInit(struct RtpPacket* rtpPacket, uint8_t csrcLen, uint8_t extension,
                    uint8_t padding, uint8_t version, uint8_t payloadType, uint8_t marker,
                   uint16_t seq, uint32_t timestamp, uint32_t ssrc);
int rtpSendPacket(int socket, char* ip, int16_t port, struct RtpPacket* rtpPacket, uint32_t dataSize);

#endif //_RTP_H_

rtp.c

/*
 * 作者:_JT_
 * 博客:https://blog.csdn.net/weixin_42462202
 */
 
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#include "rtp.h"

void rtpHeaderInit(struct RtpPacket* rtpPacket, uint8_t csrcLen, uint8_t extension,
                    uint8_t padding, uint8_t version, uint8_t payloadType, uint8_t marker,
                   uint16_t seq, uint32_t timestamp, uint32_t ssrc)
{
    rtpPacket->rtpHeader.csrcLen = csrcLen;
    rtpPacket->rtpHeader.extension = extension;
    rtpPacket->rtpHeader.padding = padding;
    rtpPacket->rtpHeader.version = version;
    rtpPacket->rtpHeader.payloadType =  payloadType;
    rtpPacket->rtpHeader.marker = marker;
    rtpPacket->rtpHeader.seq = seq;
    rtpPacket->rtpHeader.timestamp = timestamp;
    rtpPacket->rtpHeader.ssrc = ssrc;
}

int rtpSendPacket(int socket, char* ip, int16_t port, struct RtpPacket* rtpPacket, uint32_t dataSize)
{
    struct sockaddr_in addr;
    int ret;

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

    rtpPacket->rtpHeader.seq = htons(rtpPacket->rtpHeader.seq);
    rtpPacket->rtpHeader.timestamp = htonl(rtpPacket->rtpHeader.timestamp);
    rtpPacket->rtpHeader.ssrc = htonl(rtpPacket->rtpHeader.ssrc);

    ret = sendto(socket, (void*)rtpPacket, dataSize+RTP_HEADER_SIZE, 0,
                    (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

    rtpPacket->rtpHeader.seq = ntohs(rtpPacket->rtpHeader.seq);
    rtpPacket->rtpHeader.timestamp = ntohl(rtpPacket->rtpHeader.timestamp);
    rtpPacket->rtpHeader.ssrc = ntohl(rtpPacket->rtpHeader.ssrc);

    return ret;
}

二、H.264的RTP打包

2.1 H.264格式

H.264由一个一个的NALU组成,每个NALU之间使用00 00 00 0100 00 01分隔开

每个NALU的第一次字节都有特殊的含义,其内容如下

从零开始写一个RTSP服务器(三)RTP传输H.264-LMLPHP
好,对于H.264格式了解这么多就够了,我们的目的是想从一个H.264的文件中将一个一个的NALU提取出来,然后封装成RTP包,下面介绍如何将NALU封装成RTP包

2.2 H.264的RTP打包方式

H.264可以由三种RTP打包方式

单NALU打包

一个RTP包包含一个完整的NALU

聚合打包

对于较小的NALU,一个RTP包可包含多个完整的NALU

分片打包

对于较大的NALU,一个NALU可以分为多个RTP包发送

注意:这里要区分好概念,每一个RTP包都包含一个RTP头部和RTP荷载,这是固定的。而H.264发送数据可支持三种RTP打包方式

比较常用的是单NALU打包分片打包,本文也只介绍这两种

单NALU打包
所谓单NALU打包就是将一整个NALU的数据放入RTP包的载荷中

这是最简单的一种方式,无需过多的讲解

分片打包
每个RTP包都有大小限制的,因为RTP一般都是使用UDP发送,UDP没有流量控制,所以要限制每一次发送的大小,所以如果一个NALU的太大,就需要分成多个RTP包发送,如何分成多个RTP包,下面来好好讲一讲

首先要明确,RTP包的格式是绝不会变的,永远多是RTP头+RTP载荷
从零开始写一个RTSP服务器(三)RTP传输H.264-LMLPHP
RTP头部是固定的,那么只能在RTP载荷中去添加额外信息来说明这个RTP包是表示同一个NALU

如果是分片打包的话,那么在RTP载荷开始有两个字节的信息,然后再是NALU的内容

从零开始写一个RTSP服务器(三)RTP传输H.264-LMLPHP
第一个字节位FU Indicator,其格式如下
从零开始写一个RTSP服务器(三)RTP传输H.264-LMLPHP
高三位(0 1 2):与NALU第一个字节的高三位相同

Type:28,表示该RTP包一个分片,为什么是28?因为H.264的规范中定义的,此外还有许多其他Type,这里不详讲,代码表示方式如下:

 rtpPacket->payload[0] = (naluType & 0x60) | 28;

第二个字节位FU Header,其格式如下
从零开始写一个RTSP服务器(三)RTP传输H.264-LMLPHP
S:标记该分片打包的第一个RTP包,只有第一个包的最高位被置1

E:比较该分片打包的最后一个RTP包,最后一个包第二高位被置1

Type:NALU的Type

代码表示如下:

rtpPacket->payload[1] = naluType & 0x1F;
            
if (i == 0) //第一包数据
   rtpPacket->payload[1] |= 0x80; // start
else if (remainPktSize == 0 && i == pktNum - 1) //最后一包数据
   rtpPacket->payload[1] |= 0x40; // end

2.3 H.264 RTP包的时间戳计算

RTP包的时间戳起始值是随机的

RTP包的时间戳增量怎么计算?

假设时钟频率为90000,帧率为25

频率为90000表示一秒用90000点来表示

帧率为25,那么一帧就是1/25秒

所以一帧有90000*(1/25)=3600个点来表示

因此每一帧数据的时间增量为3600

2.4 源码

rtp_h264.c
这里给出rtp发送H.264的源码

/*
 * 作者:_JT_
 * 博客:https://blog.csdn.net/weixin_42462202
 * 注释添加:call_me_wangcheng
 */
 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#include "rtp.h"

#define H264_FILE_NAME  "test.h264"
#define CLIENT_IP       "127.0.0.1" //运行可执行程序设备的IP地址(可执行程序就是这个编译后的程序)
#define CLIENT_PORT     9832        //端口号

#define FPS             25

static inline int startCode3(char* buf)
{
    if(buf[0] == 0 && buf[1] == 0 && buf[2] == 1)
        return 1;
    else
        return 0;
}

static inline int startCode4(char* buf)
{
    if(buf[0] == 0 && buf[1] == 0 && buf[2] == 0 && buf[3] == 1)
        return 1;
    else
        return 0;
}

static char* findNextStartCode(char* buf, int len)
{
    int i;

    if(len < 3)
        return NULL;

    for(i = 0; i < len-3; ++i)
    {
        if(startCode3(buf) || startCode4(buf))
            return buf;
        
        ++buf;
    }

    if(startCode3(buf))
        return buf;

    return NULL;
}

static int getFrameFromH264File(int fd, char* frame, int size)
{
    int rSize, frameSize;
    char* nextStartCode;

    if(fd < 0)
        return fd;

    rSize = read(fd, frame, size);
    if(!startCode3(frame) && !startCode4(frame))
        return -1;
    
    nextStartCode = findNextStartCode(frame+3, rSize-3);
    if(!nextStartCode)
    {
        lseek(fd, 0, SEEK_SET);
        frameSize = rSize;
    }
    else
    {
        frameSize = (nextStartCode-frame);
        lseek(fd, frameSize-rSize, SEEK_CUR);
    }

    return frameSize;
}

static int createUdpSocket()
{
    int fd;
    int on = 1;

    fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd < 0)
        return -1;

    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&on, sizeof(on));

    return fd;
}

static int rtpSendH264Frame(int socket, char* ip, int16_t port,
                            struct RtpPacket* rtpPacket, uint8_t* frame, uint32_t frameSize)
{
    uint8_t naluType; // nalu第一个字节
    int sendBytes = 0;
    int ret;

    naluType = frame[0];

    if (frameSize <= RTP_MAX_PKT_SIZE) // nalu长度小于最大包场:单一NALU单元模式
    {
        /*
         *   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
         *  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         *  |F|NRI|  Type   | a single NAL unit ... |
         *  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         */
        memcpy(rtpPacket->payload, frame, frameSize);
        ret = rtpSendPacket(socket, ip, port, rtpPacket, frameSize);
        if(ret < 0)
            return -1;

        rtpPacket->rtpHeader.seq++;
        sendBytes += ret;
        if ((naluType & 0x1F) == 7 || (naluType & 0x1F) == 8) // 如果是SPS、PPS就不需要加时间戳
            goto out;
    }
    else // nalu长度小于最大包场:分片模式
    {
        /*
         *  0                   1                   2
         *  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3
         * +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         * | FU indicator  |   FU header   |   FU payload   ...  |
         * +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         */

        /*
         *     FU Indicator
         *    0 1 2 3 4 5 6 7
         *   +-+-+-+-+-+-+-+-+
         *   |F|NRI|  Type   |
         *   +---------------+
         */

        /*
         *      FU Header
         *    0 1 2 3 4 5 6 7
         *   +-+-+-+-+-+-+-+-+
         *   |S|E|R|  Type   |
         *   +---------------+
         */

        int pktNum = frameSize / RTP_MAX_PKT_SIZE;       // 有几个完整的包
        int remainPktSize = frameSize % RTP_MAX_PKT_SIZE; // 剩余不完整包的大小
        int i, pos = 1;

        /* 发送完整的包 */
        for (i = 0; i < pktNum; i++)
        {
            rtpPacket->payload[0] = (naluType & 0x60) | 28;
            rtpPacket->payload[1] = naluType & 0x1F;
            
            if (i == 0) //第一包数据
                rtpPacket->payload[1] |= 0x80; // start
            else if (remainPktSize == 0 && i == pktNum - 1) //最后一包数据
                rtpPacket->payload[1] |= 0x40; // end
            //因为payload[1]已经包含了nalu_type,所以frame的地址需要加一,因为分隔符后的第一个字节表示nalu_type
            memcpy(rtpPacket->payload+2, frame+pos, RTP_MAX_PKT_SIZE);
            ret = rtpSendPacket(socket, ip, port, rtpPacket, RTP_MAX_PKT_SIZE+2);
            if(ret < 0)
                return -1;

            rtpPacket->rtpHeader.seq++;
            sendBytes += ret;
            pos += RTP_MAX_PKT_SIZE;
        }

        /* 发送剩余的数据 */
        if (remainPktSize > 0)
        {
            rtpPacket->payload[0] = (naluType & 0x60) | 28;
            rtpPacket->payload[1] = naluType & 0x1F;
            rtpPacket->payload[1] |= 0x40; //end
            //原博主提供的代码这里进行了+2操作,按照我的理解-1都行,有懂得,在评论区教教我
            memcpy(rtpPacket->payload+2, frame+pos, remainPktSize+2);
            ret = rtpSendPacket(socket, ip, port, rtpPacket, remainPktSize+2);
            if(ret < 0)
                return -1;

            rtpPacket->rtpHeader.seq++;
            sendBytes += ret;
        }
    }

out:

    return sendBytes;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int socket;
    int fd;
    int fps = 25;
    int startCode;
    struct RtpPacket* rtpPacket;
    uint8_t* frame;
    uint32_t frameSize;

    fd = open(H264_FILE_NAME, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        printf("failed to open %s\n", H264_FILE_NAME);
        return -1;
    }

    socket = createUdpSocket();
    if(socket < 0)
    {
        printf("failed to create socket\n");
        return -1;
    }

    rtpPacket = (struct RtpPacket*)malloc(500000);
    frame = (uint8_t*)malloc(500000);

    rtpHeaderInit(rtpPacket, 0, 0, 0, RTP_VESION, RTP_PAYLOAD_TYPE_H264, 0,
                    0, 0, 0x88923423);

    while(1)
    {
        frameSize = getFrameFromH264File(fd, frame, 500000);
        if(frameSize < 0)
        {
            printf("read err\n");
            continue;
        }

        if(startCode3(frame))
            startCode = 3;
        else
            startCode = 4;

        frameSize -= startCode;
        rtpSendH264Frame(socket, CLIENT_IP, CLIENT_PORT,
                            rtpPacket, frame+startCode, frameSize);
        rtpPacket->rtpHeader.timestamp += 90000/FPS;

        usleep(1000*1000/fps);
    }

    free(rtpPacket);
    free(frame);

    return 0;
}

三、H.264 RTP打包的sdp描述

sdp文件有什么用?

sdp描述着媒体信息,当使用vlc打开这个sdp文件后,会根据这些信息做相应的操作(创建套接字…),然后等待接收RTP包

这里给出RTP打包H.264的sdp文件,并描述每一行是什么意思

m=video 9832 RTP/AVP 96 
a=rtpmap:96 H264/90000
a=framerate:25
c=IN IP4 127.0.0.1

这个一个媒体级的sdp描述,关于sdp文件描述详情可看从零开始写一个RTSP服务器(一)不一样的RTSP协议讲解

m=video 9832 RTP/AVP 96

格式为 m=<媒体类型> <端口号> <传输协议> <媒体格式 >
媒体类型:video,表示这是一个视频流

端口号:9832,表示UDP发送的目的端口为9832

传输协议:RTP/AVP,表示RTP OVER UDP,通过UDP发送RTP包

媒体格式:表示负载类型(payload type),一般使用96表示H.264

a=rtpmap:96 H264/90000

格式为a=rtpmap:<媒体格式><编码格式>/<时钟频率>

a=framerate:25

表示帧率

c=IN IP4 127.0.0.1

IN:表示internet

IP4:表示IPV4

127.0.0.1:表示UDP发送的目的地址为127.0.0.1

特别注意:这段sdp文件描述的udp发送的目的IP为127.0.0.1,目的端口为9832

四、测试

讲上面给出的源码rtp.c、rtp.h、rtp_h264.c保存下来,然后编译运行

注意:该程序默认打开的是test.h264,如果你没有视频源,可以从RtspServer的example目录下获取

gcc rtp.c rtp_h264.c
./a.out

讲上面的sdp文件保存为rtp_h264.sdp,使用vlc打开,即可观看到视频

运行效果
从零开始写一个RTSP服务器(三)RTP传输H.264-LMLPHP
至此,我们已经完成了RTSP协议交互和RTP打包H.264,下一篇文章就可以来实现一个播放H.264的RTSP服务器了

原文链接:http://t.csdnimg.cn/svr1b

04-16 08:56