多媒体通信协议RTP和RTCP

多媒体通信协议 与
会话控制技术
by
通信1502 黄奕锋
CONTENTS
01. 多媒体通信协议简介 02. RTP协议和RTCP协议 03. RTP协议应用方案
01. 多媒体通信协议简介
01
概念：
多媒体通信技术是计算机技术、电视技术和通信技术
相互渗透、相互影响的结果。因此，它具有计算机的交互
性、声音和视频的实时性以及通信系统的分布性。
02
用来使接收端周期性地向所有的点用多播方式进行报告。接收端每收到一 个RTP流(一次会话包含有许多的RTP流)就产生一个接收端报告分组RR。
RR分组的内容有：所收到的RTP流的SSRC；该RTP流的分组丢失率(若 分组丢失率太高，发送端就应当适当降低发送分组的速率)；在该RTP流中 的最后一个RTP分组的序号;分组到达时间间隔的抖动等。
(6)参与源数 占4位
这个字段给出后面的参与源标识符的数目。
(7)版本
占2位
当前使用的是版本2。
02
(8)填充P 占1位
在某些特殊情况下需要对应用数据块加密，这往往要求每一个数据块有 确定的长度。如不满足这种长度要求，就需要进行填充。这时就把P位置1， 表示这个RTP分组的数据有若干填充字节。在数据部分的最后一个字节用来 表示所填充的字节数。
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➢ 实时运输控制协议RTCP (RTP Control Protocol)是与RTP配合使用 的协议，实际上，RTCP协议也是RTP协议不可分割的部分。
➢ RTCP分组也使用UDP来传送，但RTCP并不对音频/视频分组进行 封装。由于RTCP分组很短，因此可把多个RTCP分组封装在一个 UDP用户数据报中。
RTP支持的有效载荷类型有：
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(2)序号 占16位
对每一个发送出的RTP分组，其序号加1。在一次RTP会话开始时 的初始序号是随机选择的。序号使接收端能够发现丢失的分组，同时也 能将失序的RTP分组重新按序排列好。
例如，在收到序号为60的RTP分组后又收到了序号为65的RTP分组。 那么就可推断出，中间还缺少序号为61至64的4个RTP分组。
02
RTCP协议的主要功能
➢ （1）用反馈信息的方法来提供分配数据的传送质量，这种反馈可以用来 进行流量的拥塞控制，也可以用来监视网络和用来诊断网络中的问题；
➢ （2）为RTP源提供一个永久性的CNAME（规范性名字）的传送层标志， 因为在发现冲突或者程序更新重启时SSRC (同步源标识)会变，需要一 个运作痕迹，在一组相关的会话中接收方也要用CNAME来从一个指定的 与会者得到相联系的数据流（如音频和视频）；
➢ 在RTP的会话之间周期的发放一些RTCP包以用来传监听服务质量和 交换会话用户信息等功能。
➢ RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计 资料。因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变 有效载荷类型。
➢ RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效 率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。根据用户间的数据传输 反馈信息，可以制定流量控制的策略，而会话用户信息的交互，可以制 定会话控制的策略。
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➢ RTP分组只包含RTP数据，而实现会话控制的是其配套的协议， RTCP协议
02
在RTP分组的首部中，前12个字节是必需的，而12字 节以后的部分则是可选的。
下面按照各字段重要性的顺序来进行介绍。
02
(1)有效载荷类型(payload type) 占7位
这个字段指出后面的RTP数据属于何种格式的应用。 收到RTP分组的应用层就根据此字段指出的类型进行 处理。
(9)扩展X 占1位
X置1表示在此RTP首部后面还有扩展首部。扩展首部很少使用。
(10)标记M 占1位
M置1表示这个RTP分组具有特殊意义。 例如，在传送视频流时用来表示每一帧的开始。
02
RTCP协议原理：
➢ 当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一 个给RTCP。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制， 也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。
两个RTP流恰好都选择同一个SSRC的概率是极小的。若发生这种情况， 这两个源就都重新选择另一个SSRC。
02
(5)参与源标识符(可选)，最多可有15个
参与源标识符CSRC (ContributingSouRCe identifier)也是一个32位数， 用来标志来源于不同地点的RTP流在多播环境中，可以用中间的一个站(叫 做混合站mixer)把发往同一个地点的多个RTP流混合成一个流(可节省通信资 源)，在目的站再根据CSRC的数值把不同的RTP流分开。
➢ （3）根据与会者的数量来调整RTCP包的发送率；
➢ （4）传送会话控制信息，如可在用户接口显示与会者的标识，这是可选 功能。
02
结束分组 BYE
表示关闭一个数据流。
特定应用分组 APP 使应用程序能够定义新的分组类型。
源点描述分组 SDES
给出会话中参加者的描述， 它包含参加者的规范名CNAME， 规范名是参加者的电子邮件地址的字符串。
02
(3)时间戳 占32位
时间戳反映了RTP分组中数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开 始时时间戳的初始值也是随机选择的。即使在没有信号发送时，时间戳的数 值也要随时间而不断地增加。
接收端使用时间戳可准确知道应当在什么时间还原哪一个数据块，从而 消除时延的抖动。
时间戳还可以用来使视频应用中声音和图像同步。在RTP协议中并没有 规定时间戳的粒度，这取决于有效载荷的类型。因此RTP的时间戳又称为媒 体时间戳，以强调这种时间戳的粒度取决于信号的类型。
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组播技术构建的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个 通道上。采用组播户端即可同时收到连续数据流而无延时。
优点：单播和广播的有利结合，网络利用率高。
缺点：当不同用户同时点播同一个节目时，由于点播有先后 顺序，后点播的用户依照网络中其它用户的播放进度进行播 放，难以做到个性化。
➢ 优点：便于控制和管理
➢ 缺点：每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而 媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。巨大 冗余使服务器负担沉重，响应时间长。
03
➢ 数据包的单独一个拷贝将发给网络的所有用户，用户只能被 动接收，不管用户是否需要。
➢ 优点：实现简单 ➢ 缺点：浪费网络带宽
02
用来使发送端周期性地向所有接收端用多播方式进行报告。发送端 每发送一个RTP流，就要发送一个发送端报告分组SR。
SR分组的主要内容有: 该RTP流的同步源标识符SSRC； 该RTP流中最新产生的RTP分组的时间戳和绝对时钟时间； 该RTP流包含的分组数;该RTP流包含的字节数。
特点：
应用：
实时性高
数据量大 交互性 对等性 分布性 同步性
音频/视频会议、
音频/视频广播、 交互式教学 IP电话
01
实时传输 对等传输 服务质量 音视频同步
01
通信协议是： 网络设备之间
通信规则的正式 描述
提供实时交互式音视频服务所需的应用层协议（上图）
信令协议： 用来在互联网上找到被叫用户 传送协议： 用来在互联网中传送音视频数据，具有时延敏感属性 服务质量协议： 用来提高服务质量
绝对时钟时间是必要的。因为RTP要求每一种媒体使用一个流。例 如，要传送视频图像和相应的声音就需要传送两个流。有了绝对时钟 时间就可进行图像和声音的同步。
03
➢ 单播 ➢ 广播 ➢ 组播
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➢ 在客户端与媒体服务器之间建立一个单独的数据通道，从一 台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户端，这种传 送方式称为单播，即点对点通信
例如，对于8 kHz采样的话音信号，若每隔20 ms构成一个数据块，则一 个数据块中包含有160个样本(0.02 x 8000 = 160 )。因此发送端每发送一个 RTP分组，其时间戳的值就增加1600。
02
(4)同步源标识符 占32位
同步源标识符SSRC (Synchronous SouRCe identifier)是一个数，用来 标志RTP流(stream)的来源。SSRC与IP地址无关，在新的RTP流开始时随 机地产生。由于RTP使用UDP传送，因此可以有多个RTP流(例如，使用几 个摄像机从不同角度拍摄同一个节目所产生的多个RTP流)复用到一个UDP 用户数据报中。SSRC可使接收端的UDP能够将收到的RTP流送到各自的终 点。
发送RR分组有两个目的： 第一，可以使所有的接收端和发送端了解当前网络的状态；
第二，可以使所有发送RTCP分组的站点自适应地调整自己发送RTCP 分组的速率，使得起控制作用的RTCP分组不要过多地影响传送应用 数据的RTP分组在网络中的传输。通常是使RTCP分组的通信量不超 过网络中数据分组的通信量的5%，而接收端报告分组的通信量又应小 于所有RTCP分组的通信量的75% 。
02
RTP协议原理：
➢ RTP为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的 保证。需要发送的多媒体数据块（音频/视频）经过压缩编码后，先 送给RTP封装成为RTP分组，RTP分组装入传输层的UDP用户数据 报后，再向下递交给IP层。
➢ RTP自己并不对多媒体数据块做任何处理，而只是向应用层提 供一些附加的信息，让应用层知道应当如何处理。
02. 实时协议RTP和RTCP
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实时协议RTP协议和RTCP协议是IETF音频视频工作组开 发的标准
相关的主要RFC文档 RFC1889：RTP/RTCP RFC1890: 音视频会议RTP Profile
实时协议的特点： 体系结构具有不完整性，能够通过修改和添加报文头 （即后面讲到的有效载荷类型）以适应符合新的音频和 视频标准的实时应用