【开源项目】基于RTP协议的H264码流发送器和接收器

news2024/9/24 3:26:21

RTP协议

  • 1. 概述
    • 1.1 RTP协议
    • 1.2 RTP和UDP的关系
  • 2. RTP打包H264码流
    • 2.1 RTP单一传输
    • 2.2 RTP分片传输
    • 2.3 RTP多片合入传输
  • 3.工程
    • 3.1 头文件
      • 3.1.1 rtp.h
      • 3.1.2 utils.h
    • 3.2 cpp文件
      • 3.2.1 rtp.cpp
      • 3.2.2 utils.cpp
  • 4.测试
  • 5.小结

参考：
视音频数据处理入门：UDP-RTP协议解析
从零开始写一个RTSP服务器（三）RTP传输H.264

1. 概述

1.1 RTP协议

RTP（Real-time Transport Protocol，实时传输协议）是一种网络协议，用于在IP网络上传输实时数据，如音频、视频等。它的主要目的是提供一种可靠的、面向数据包的传输机制，以支持实时多媒体应用。

RTP协议的特点包括：

  1. 无连接
    RTP协议本身不保证数据的可靠传输，它只是负责将数据包从发送端发送到接收端，而不关心数据包是否按顺序到达或者是丢失
  2. 面向数据包
    RTP协议适用于传输数据包，而不是连续的数据流。这意味着它可以处理任意大小的数据包，而不需要预先建立连接
  3. 时间戳
    每个RTP数据包都包含一个时间戳字段，表示该数据包的发送时间。这有助于接收端重新组装和播放数据包，以保持正确的播放顺序
  4. 序列号
    每个RTP数据包都有一个序列号，用于标识数据包的顺序。接收端可以根据序列号对数据包进行排序，以确保它们按照正确的顺序被处理
  5. 同步源（SSRC）
    每个RTP会话有唯一的同步源标识符（SSRC），用于区分不同的发送者。这有助于接收端识别并处理来自不同发送者的数据包
  6. 扩展头
    RTP协议支持扩展头，允许在数据包中添加额外的信息，如编解码器信息、载荷类型等

RTP头的格式为
在这里插入图片描述

名称表示内容占用比特备注
V版本号2表示RTP的版本
P填充标志1如果设置，表示在数据包尾部具有一定的填充字节
X扩展标志1如果设置，表示在固定数据头部之后还有一个扩展头部
CCCSRC计数4表示CSRC（贡献源）标识符的数量
M标记1用于特定的标识符，为1时表示一帧的结束
PT有效载荷类型（payload type）7表示数据包中的负载类型，例如H264格式，JPEG格式
Sequence number序列号16标识数据包的计数，可用于检测是否存在丢失或错序
timestamp时间戳321.时间同步：接收端要知道每个数据包的发送时间，以便正确地播放音频或视频。通过使用时间戳，接收端可以准确地将数据包按照到达的顺序进行排序和播放
2.抖动控制：如果收到乱序的数据包，时间戳能够帮助接收端识别并处理这些乱序的数据包，从而减少播放时的延时
SSRC同步源标识符32用于唯一地表示一个RTP会话中的发送端。每个RTP流都有一个唯一的SSRC值，从而区分不同的发送端，防止冲突
CSRC贡献源标识符列表(0~15)*32用于标识参与多传播的源。一个数据包可能由多个源发送，CSRC字段允许接收端知道有哪些源参与了该数据包的生成，也能够统计相关的信息，检查这个数据包的来源是否是合法的

RTP协议通常与RTCP（Real-time Transport Control Protocol，实时传输控制协议）一起使用。RTCP用于监控RTP会话的质量，收集统计信息，并提供反馈给发送端。RTCP报告包括发送方报告（SR）、接收方报告（RR）、源描述（SDES）和应用程序特定功能（APP）

1.2 RTP和UDP的关系

RTP和UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是两个不同的网络协议，但它们之间存在密切的关系。RTP负责定义音视频数据包的格式、顺序、时间戳等参数，以保证音视频数据在网络中的实时传输。RTP本身不提供任何传输可靠性，只负责数据的封装和传输。UDP是一种无连接的传输层协议，它提供了一种简单地、不可靠的数据传输服务。UDP协议将数据打包成数据报，通过IP网络进行传输。由于UDP没有建立连接的过程，所以它的传输速度比较快，但同时也无法保证数据传输的可靠性

RTP和UDP之间的关系在于，RTP通常使用UDP作为其底层传输协议。RTP数据包被封装在UDP数据报中进行传输，以利用UDP的高效传输特性。同时，RTP本身不关心数据传输的可靠性和顺序，这些由下层的UDP和IP协议来处理。借用一下其他文中的图片，流媒体协议栈如下所示

在这里插入图片描述

RTP之所以会使用UDP而不是TCP，是因为RTP主要用于实时音视频传输，这种应用场景对传输延迟非常敏感。TCP是一种面向连接的可靠性传输，它通过重传机制来保证数据的完整性和可靠性，但这也引入了额外的延迟，相对比而言，UDP速度更快，更适合音视频传输的需求。所以，RTP和UDP之间是互相配合的关系。

综上所述，RTP负责音视频数据的封装和传输，而UDP则提供了一种高效的传输服务。通过将RTP数据包封装在UDP数据包中，可以实现音视频数据在网络中的实时传输

2. RTP打包H264码流

在进行RTP打包H264码流时，因为是传输协议，需要考虑每个数据包的大小。在网络传输中，一般的最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）的大小是1500字节，TCP/IP协议栈（如IP头）占20字节，UDP头占8字节，RTP头占12字节，所以RTP数据包最大为1460字节，但是为了适应网络条件或避免分片，可能也会使用相对较小的数据包，例如1400字节。概括来说，RTP打包的格式如下

// 使用最大的RTP Payload情况，即RTP Payload=1460 Bytes
+------------+------------+------------+-------------+
|  IP Header | UDP Header | RTP Header | RTP Payload |
+------------+------------+------------+-------------+
|   20 Bytes |   8 Bytes  |  12 Bytes  |  1460 Bytes |
+------------+------------+------------+-------------+

这里不记录IP Header和UDP Header的信息，仅考虑RTP的处理。其中，RTP Header就是前面记录的Header，RTP Payload就是具体的信息。这里会引入一个新的问题，传输的数据量（pkt_size）和载荷大小（rtp_payload）之间的关系：
（1）如果pkt_size等于设置的rtp_payload大小，则一个RTP包携带一份数据
（2）如果pkt_size大于了rtp_payload，需要将pkt分成片段来进行传输
（3）如果pkt_size小于了rtp_payload，可以将若干个pkt合并到一个RTP当中

2.1 RTP单一传输

RTP单一传输最为简单，其传输的格式为

+------------+------------+------------+--------------+
|  IP Header | UDP Header | RTP Header | RTP Payload  |
+------------+------------+------------+--------------+
|   20 Bytes |   8 Bytes  |  12 Bytes  | payload_size |
+------------+------------+------------+--------------+

对于将H264码流打包的情况，这里的RTP Payload就是H264码流的NALU。其中，RTP Payload的格式为

   0                   1                   2                   3
   0 1 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
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |F|NRI|  type   |                                               |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+                                               |
  |                                                               |
  |               Bytes 2..n of a Single NAL unit                 |
  |                                                               |
  |                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                               :...OPTIONAL RTP padding        |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

第一个字节描述了这个NALU的总体信息：
（1）F：forbidden_zero_bit，默认为0
（2）NRI： 表示NALU的重要程度，越大则越重要，最大为3
（3）type：表示NALU的类型
这里的type的描述类型包括

#define NAL_UNIT_TYPE_UNSPECIFIED                    0    // Unspecified
#define NAL_UNIT_TYPE_CODED_SLICE_NON_IDR            1    // Coded slice of a non-IDR picture
#define NAL_UNIT_TYPE_CODED_SLICE_DATA_PARTITION_A   2    // Coded slice data partition A
#define NAL_UNIT_TYPE_CODED_SLICE_DATA_PARTITION_B   3    // Coded slice data partition B
#define NAL_UNIT_TYPE_CODED_SLICE_DATA_PARTITION_C   4    // Coded slice data partition C
#define NAL_UNIT_TYPE_CODED_SLICE_IDR                5    // Coded slice of an IDR picture
#define NAL_UNIT_TYPE_SEI                            6    // Supplemental enhancement information (SEI)
#define NAL_UNIT_TYPE_SPS                            7    // Sequence parameter set
#define NAL_UNIT_TYPE_PPS                            8    // Picture parameter set
#define NAL_UNIT_TYPE_AUD                            9    // Access unit delimiter
#define NAL_UNIT_TYPE_END_OF_SEQUENCE               10    // End of sequence
#define NAL_UNIT_TYPE_END_OF_STREAM                 11    // End of stream
#define NAL_UNIT_TYPE_FILLER                        12    // Filler data
#define NAL_UNIT_TYPE_SPS_EXT                       13    // Sequence parameter set extension
											 // 14..18    // Reserved
#define NAL_UNIT_TYPE_CODED_SLICE_AUX               19    // Coded slice of an auxiliary coded picture without partitioning
											 // 20..23    // Reserved
											 // 24..31    // Unspecified

2.2 RTP分片传输

如果需要将pkt分成若干个片段进行传输，需要在RTP Header之后增加两个标识字段，分别是FU Indicator（Fragment Unit）和FU Header，其位置表示为

// 使用最大的RTP Payload情况，即RTP Payload=1460 Bytes
+------------+------------+------------+--------------+-----------+--------------+
|  IP Header | UDP Header | RTP Header | FU Indicator | FU Header | RTP Payload  |
+------------+------------+------------+--------------+-----------+--------------+
|   20 Bytes |   8 Bytes  |  12 Bytes  |    1 Bytes   |   1 Bytes | payload_size |
+------------+------------+------------+--------------+-----------+--------------+

FU Indicator的字段为

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

其中F和NRI与前面的一样：
（1）F：forbidden_zero_bit，默认为0
（2）NRI： 表示NALU的重要程度，越大则越重要，最大为3
（3）Type：NALU的类型，如果是H264格式，则为28，表示H264的第一个分片
FU Header的字段为

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

其中：
（1）S：如果为1，则标识为第一个分片；否则，不是第一个分片
（2）E：如果为1，则表示为最后一个分片；否则，不是最后一个分片
（3）R：保留位，必须为0
（4）Type：NALU的类型，如果是H264格式，就是H264的NALU类型

2.3 RTP多片合入传输

这种情况比较少见，暂时不做记录

3.工程

基于前面对于RTP协议的理解，写一个简易的发送器和接收器，执行的大约流程是：
（1）发送端：将本地已有的h264码流文件，按照RTP格式进行打包，推送到本机地址127.0.0.1，端口号为8880
（2）接收端：接收传输过来的数据包，进行解析并且存储，要求可以正常进行解析（播放功能后续再做）
工程中的代码结构为：
在这里插入图片描述
发送端的核心函数是udp_send_packet()，其中调用了rtp_send_packet，最后会调用Winsock函数sendto将数据包传输到对应的IP和端口；接收端的核心函数是recvfrom()和check_fragment()，recvfrom获取远端传输过来的数据包，check_fragment()检查获取到的数据包是否是分片的，如果是分片的，还会进行拼接。在接收端，通过控制宏来决定是否要存储传输过来的数据包

3.1 头文件

3.1.1 rtp.h

rtp.h定义了RTP协议的Header，packet和上下文

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <WinSock2.h>

extern "C"
{
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswscale/swscale.h"
#include "libavutil/imgutils.h"
};

#define RECV_DATA_SIZE			10000
#define MAX_BUFF_SIZE			32 * 1024 * 1024

#define RTP_MAX_PKT_SIZE        1400	// RTP数据包最大尺寸，一般1400左右
#define RTP_HEADER_SIZE			12
#define RTP_PADDING_SIZE		64

#define RTP_PACKET_START		1
#define RTP_PACKET_FRAGMENT		2
#define RTP_PACKET_END			3

#define STREAM_DOWNLOAD			0
#define YUV_DOWNLOAD			0

// 0                   1                   2                   3
// 0 1 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             |
//|                             ....							  |
//+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
typedef struct rtp_header
{
	// 存储时高位存储的是version
	/* byte 0 */
	uint8_t csrc_len : 4;		/* expect 0 */
	uint8_t extension : 1;		/* expect 1 */
	uint8_t padding : 1;        /* expect 0 */
	uint8_t version : 2;        /* expect 2 */
	/* byte 1 */
	uint8_t payload_type : 7;
	uint8_t marker : 1;        /* expect 1 */
	/* bytes 2, 3 */
	uint16_t seq_num;
	/* bytes 4-7 */
	uint32_t timestamp;
	/* bytes 8-11 */
	uint32_t ssrc;            /* stream number is used here. */
}rtp_header_t;

typedef struct rtp_packet
{
	rtp_header_t rtp_h;
	uint8_t rtp_data[RTP_MAX_PKT_SIZE + RTP_PADDING_SIZE];
}rtp_packet_t;

typedef struct rtp_context
{
	int rtp_packet_cnt;			// 一共接收到多少个packet
	int rtp_buffer_size;		// 当前buffer中的size
	int rtp_frame_cnt;			// 这些packet一共是多少帧
	int packet_loc;				// 当前packet所在位置，是否为一帧的起始packet或者最终packet
	uint8_t* rtp_buffer_data;	// 这个data会将之前接收到的数据存储起来
}rtp_context_t;

int udp_parser(const char* in_url, int port);

3.1.2 utils.h

utils.h中定义了一些辅助性检查的工具，以及一个用于分开NALU的函数find_nal_unit

#pragma once
#include "rtp.h"

int find_nal_unit(uint8_t* buf, int size, int* nal_start, int* nal_end);

void debug_byte(uint8_t* p, int size);
void debug_rtp_header(rtp_header_t* rtp_h);
void debug_rtp(rtp_packet_t* rtp_pkt, int pkt_size);
void debug_fragment_header(uint8_t* data, int size);

3.2 cpp文件

3.2.1 rtp.cpp

rtp.cpp文件中定义了RTP协议的实现方式，包括发送和接收，实现细节用注释表明，代码结构上可能还有不足的地方，不过功能正常

#pragma warning(disable : 4996)
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") 

#include "./include/rtp.h"
#include "./include/parse.h"
#include "./include/utils.h"

FILE* fp_in;

void set_default_rtp_context(rtp_context_t* rtp_ctx)
{
	memset(rtp_ctx->rtp_buffer_data, 0, sizeof(rtp_ctx->rtp_buffer_size));
	rtp_ctx->rtp_packet_cnt = 0;
	rtp_ctx->rtp_buffer_size = 0;
	rtp_ctx->packet_loc = 0;
}

int check_nalu_header(uint8_t data0)
{
	int forbidden_zero_bit = data0 & 0x80; // 1bit
	int nal_ref_idc = data0 & 0x60; // 2 bit
	int nal_unit_type = data0 & 0x1F; // 5bit
	if ((data0 & 0x80) == 1)
	{
		printf("forbidden zero bit should be 0\n");
		return -1;
	}
	return nal_unit_type;
}

int check_fragment_nalu_header(rtp_context_t* rtp_ctx, uint8_t data0, uint8_t data1)
{
	int nal_unit_type = check_nalu_header(data0);
	int s, e, type;
	int pos;
	if (nal_unit_type == 28) // H264
	{
		s = data1 & 0x80; // S
		e = data1 & 0x40; // E
		type = data1 & 0x1F; // type

		pos = data1 & 0xC0; // 1100 0000
		switch (pos)
		{
		case 0x80:
			rtp_ctx->packet_loc = RTP_PACKET_START;
			break;
		case 0x40:
			rtp_ctx->packet_loc = RTP_PACKET_END;
			break;
		case 0x00:
			rtp_ctx->packet_loc = RTP_PACKET_FRAGMENT;
			break;
		default: // error
			printf("invalid packet loc\n");
			return -1;
			break;
		}
	}
	return 0;
}

// Check the data is fragment or not, if fragment, try to concate
int check_fragment(rtp_context_t* rtp_ctx, rtp_packet_t* rtp_pkt, uint8_t* data, int size)
{
	int nal_start, nal_end;
	int ret = 0;
	int data_size = size - RTP_HEADER_SIZE;
	find_nal_unit(data, data_size, &nal_start, &nal_end); // check NALU split pos

	uint8_t data0 = data[nal_start];
	uint8_t data1 = data[nal_start + 1];
	uint8_t fu_indicator, fu_header;

	if (nal_start > 0 && nal_start < 5) // single-fragment, maybe SPS, PPS or small size frame
	{
		fu_indicator = 0;
		fu_header = 0;
		ret = check_nalu_header(data0); // update nalu_type
		rtp_ctx->rtp_buffer_data = (uint8_t*)realloc(rtp_ctx->rtp_buffer_data, (rtp_ctx->rtp_buffer_size + data_size) * sizeof(uint8_t));
		memcpy(rtp_ctx->rtp_buffer_data + rtp_ctx->rtp_buffer_size, data, data_size);

#if STREAM_DOWNLOAD
		fwrite(rtp_ctx->rtp_buffer_data + rtp_ctx->rtp_buffer_size, 1, data_size, fp_in);
#endif

		fprintf(stdout, "rtp_ctx frame cnt:%d, frame_size:%d\n", rtp_ctx->rtp_frame_cnt, data_size);
		rtp_ctx->rtp_frame_cnt++;
		rtp_ctx->rtp_buffer_size += data_size;
	}
	else // multi-fragment
	{
		fu_indicator = data[0];
		fu_header = data[1];
		ret = check_fragment_nalu_header(rtp_ctx, fu_indicator, fu_header);
		if (ret < 0)
		{
			printf("invalid nalu header\n");
			return -1;
		}
		int real_data_size = data_size - 2;
		rtp_ctx->rtp_buffer_data = (uint8_t*)realloc(rtp_ctx->rtp_buffer_data, (rtp_ctx->rtp_buffer_size + real_data_size) * sizeof(uint8_t));
		if (!rtp_ctx->rtp_buffer_data)
		{
			printf("realloc rtp_buffer_data failed\n");
			return -1;
		}
		memcpy(rtp_ctx->rtp_buffer_data + rtp_ctx->rtp_buffer_size, data + 2, real_data_size); // plus 2 to skip fu_indicator and fu_header
#if STREAM_DOWNLOAD
		fwrite(rtp_ctx->rtp_buffer_data + rtp_ctx->rtp_buffer_size, 1, real_data_size, fp_in);
		fflush(fp_in);
#endif
		rtp_ctx->rtp_packet_cnt++;
		rtp_ctx->rtp_buffer_size += real_data_size;

		if (rtp_ctx->packet_loc == RTP_PACKET_END) // end of packet
		{
			fprintf(stdout, "rtp_ctx frame cnt:%d, frame_size:%d\n", rtp_ctx->rtp_frame_cnt, rtp_ctx->rtp_buffer_size);
			rtp_ctx->rtp_frame_cnt++;
		}
	}
	return 0;
}

int udp_parser(const char* in_url, int port)
{
	WSADATA wsaData;
	// 指定应用程序希望使用的Windows sockets规范版本，最高有效字节指定了主版本号，最低有效字节指定了次版本号
	// 如果是 MAKEWORD(2, 2)，则对应于 Winsock 2.2
	WORD sockVersion = MAKEWORD(2, 2);
	int cnt = 0;

	// 初始化Windows Sockets DLL
	// wsaData用于接收关于Winsock DLL的详细信息，包括实际的Windows Sockets版本号
	if (WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
	{
		return 0;
	}
	// 创建套接字，就像是网络通信的一条通道
	// 类似于对普通文件的fopen操作，这个SOCKET描述符唯一标识了一个socket，后续的网络操作都围绕着这个socket描述符进行
	SOCKET ser_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
	if (ser_socket == INVALID_SOCKET)
	{
		ERROR("Invalid socket");
		return -1;
	}
	int on = 1;
	setsockopt(ser_socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)& on, sizeof(on));

	sockaddr_in ser_addr;
	// 地址簇标识符，用于指明地址的类型，以便系统能够正确地处理该地址
	ser_addr.sin_family = AF_INET;
	// 表示端口号（16位无符号整数），端口号在网络中以网络字节序（big-endian）存储
	// 通常需要使用htons()函数，即Host to Network Short将其从主机字节序转换为网络字节序
	ser_addr.sin_port = htons(port);
	// sin_addr之中存储IPv4地址（32位无符号整数），按照网络字节序存储，通常会使用inet_addr()函数将
	// 点分十进制的IP地址字符串9（如192.168.1.1）转换为这个整数，
	// ser_addr.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
	ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(in_url);

	// 将一个本地地址（包括主机地址和端口号）与一个未连接的socket相关联，从而建立起套接字的本地连接
	if (bind(ser_socket, (sockaddr*)& ser_addr, sizeof(ser_addr)) == SOCKET_ERROR)
	{
		printf("Bind socket addr error\n");
		closesocket(ser_socket);
		return -1;
	}
	sockaddr_in remote_addr;
	int addr_len = sizeof(remote_addr);

	int parse_rtp = 1;
	int parse_mpegts = 1;
	fprintf(stdout, "Listening on port:%d\n", port);

	char recv_data[RECV_DATA_SIZE];
	rtp_context_t* rtp_ctx = (rtp_context_t*)calloc(1, sizeof(rtp_context_t));
	if (!rtp_ctx)
	{
		printf("alloc rtp_ctx failed\n");
		return -1;
	}
	rtp_packet_t* rtp_pkt = (rtp_packet_t*)calloc(1, sizeof(rtp_packet_t));
	if (!rtp_pkt)
	{
		printf("alloc rtp_pkt failed\n");
		return -1;
	}

	int nal_start, nal_end;
	int data_size = 0;
	while (1)
	{
		int pkt_size = recvfrom(ser_socket, recv_data, RECV_DATA_SIZE, 0, (sockaddr*)& remote_addr, &addr_len);
		if (pkt_size > 0)
		{
			if (parse_rtp != 0)
			{
				char payload_str[10] = { 0 };
				memcpy(rtp_pkt, recv_data, pkt_size);
				check_fragment(rtp_ctx, rtp_pkt, rtp_pkt->rtp_data, pkt_size);  // check pkt data is fragment or not

				// RFC3551
				rtp_header_t rtp_h = rtp_pkt->rtp_h;
				unsigned int timestamp = ntohl(rtp_h.timestamp);
				unsigned int seq_num = ntohs(rtp_h.seq_num);
				char payload = rtp_h.payload_type;

				if (rtp_ctx->packet_loc == RTP_PACKET_END) // parse data
				{
					switch (payload)
					{
					case 33: // mpegts
						// mpegts_packet_parse((uint8_t*)rtp_data, parse_mpegts, payload, rtp_data_size); // TODO: add mpegts parser
						printf("MPEGTS type\n");
						break;
					case 96: // h264
						sprintf(payload_str, "H264");
						//h264_packet_parse(rtp_ctx); // TODO : add h264 parse and SDL play
						break;
					default:
						printf("Unknown type\n");
						break;
					}
					// printf("[RTP PKT] %5d| %5s | %10u| %5d| %5d\n", cnt, payload_str, timestamp, seq_num, pkt_size);
					set_default_rtp_context(rtp_ctx); // set default rtp ctx value
				}
			}
			cnt++;
		}
	}

	free(rtp_ctx->rtp_buffer_data);
	free(rtp_ctx);
	free(rtp_pkt);
	closesocket(ser_socket);
	WSACleanup();
	return 0;
}

int rtp_send_packet(SOCKET * socket, rtp_packet_t * rtp_pkt, int port, const char* out_url, int size)
{
	int ret;
	sockaddr_in ser_addr;
	ser_addr.sin_family = AF_INET;
	ser_addr.sin_port = htons(port);
	ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(out_url);

	rtp_pkt->rtp_h.seq_num = htons(rtp_pkt->rtp_h.seq_num);
	rtp_pkt->rtp_h.timestamp = htonl(rtp_pkt->rtp_h.timestamp);
	rtp_pkt->rtp_h.ssrc = htonl(rtp_pkt->rtp_h.ssrc);
	// send packet to specified IP and port
	ret = sendto(*socket, (const char*)rtp_pkt, size, 0, (struct sockaddr*) & ser_addr, sizeof(ser_addr));

	rtp_pkt->rtp_h.seq_num = ntohs(rtp_pkt->rtp_h.seq_num);
	rtp_pkt->rtp_h.timestamp = ntohl(rtp_pkt->rtp_h.timestamp);
	rtp_pkt->rtp_h.ssrc = ntohl(rtp_pkt->rtp_h.ssrc);
	return ret;
}

int udp_send_packet(rtp_packet_t * rtp_pkt, uint8_t * buf, int start_pos, int size, SOCKET * socket, int port, const char* out_url)
{
	int ret = 0;
	int send_bytes = 0;
	int fps = 25;
	int nal_type = buf[0];

	if (size <= RTP_MAX_PKT_SIZE) // single fragment
	{
		memcpy(rtp_pkt->rtp_data, buf, size);
		ret = rtp_send_packet(socket, rtp_pkt, port, out_url, size + RTP_HEADER_SIZE);

		if (ret < 0)
		{
			printf("rtp send packet failed\n");
			return -1;
		}
		send_bytes += ret;
	}
	else // multi-fragment
	{
		/*
		 *  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   |
		 *   +---------------+
		 */
		// 一共需要传输几个数据包
		int pkt_num = size / RTP_MAX_PKT_SIZE;  // RTP_MAX_PKT_SIZE=1400
		// 最后一个数据包的大小
		int pkt_left = size % RTP_MAX_PKT_SIZE;
		int i, pos = 0;

		// 发送完整的包
		for (int i = 0; i < pkt_num; i++)
		{
			// 0x60 : 0110 0000, F=0, NRI=11, Type=0000
			// 28 : Type=28，H264标准的定义
			rtp_pkt->rtp_data[0] = (nal_type & 0x60) | 28;
			// 0x1F : 0001 1111, S=0, E=0, R=0, Type & 11111
			// 去掉前面3位，只保留NALU_TYPE
			rtp_pkt->rtp_data[1] = nal_type & 0x1F;

			if (i == 0) // 第一个包数据
			{
				// 0x80 : 1000 0000, S=1, 表示第一个包
				rtp_pkt->rtp_data[1] |= 0x80;	// start
			}
			else if (pkt_left == 0 && i == pkt_num - 1)
			{
				// 0x40 : 0100 0000, S=0, E=1,表示最后一个包
				rtp_pkt->rtp_data[1] |= 0x40;	// end
			}
			rtp_pkt->rtp_data[1] |= buf[start_pos] & 0x1F; // NALU type

			// 从第三个字节开始，将数据填充到rtp_data中，填充1400个字节
			memcpy(rtp_pkt->rtp_data + 2, buf + pos, RTP_MAX_PKT_SIZE);
			// 发送数据包，一共是1400（data） + 2（FU Indicator + FU Header） + 12（RTP Header）= 1414
			ret = rtp_send_packet(socket, rtp_pkt, port, out_url, RTP_MAX_PKT_SIZE + 2 + RTP_HEADER_SIZE);
			if (ret < 0)
			{
				printf("rtp send packet failed\n");
				return -1;
			}
			send_bytes += ret;
			rtp_pkt->rtp_h.seq_num++;
			pos += RTP_MAX_PKT_SIZE;
		}

		// 发送最后剩余的数据
		if (pkt_left > 0)
		{
			rtp_pkt->rtp_data[0] = (nal_type & 0x60) | 28;
			rtp_pkt->rtp_data[1] = nal_type & 0x1F;
			rtp_pkt->rtp_data[1] |= 0x40; // end
			rtp_pkt->rtp_data[1] |= buf[start_pos] & 0x1F; // NALU type

			memcpy(rtp_pkt->rtp_data + 2, buf + pos, pkt_left);
			ret = rtp_send_packet(socket, rtp_pkt, port, out_url, pkt_left + 2 + RTP_HEADER_SIZE);
			if (ret < 0)
			{
				printf("rtp send packet failed\n");
				return -1;
			}
			send_bytes += ret;
			rtp_pkt->rtp_h.seq_num++;
		}
	}
	rtp_pkt->rtp_h.timestamp += 90000 / fps;
	return send_bytes;
}

int udp_send(const char* output_url, const char* output_file, int port)
{
	FILE* out_file = fopen(output_file, "rb");
	WSADATA wsaData;
	WORD sockVersion = MAKEWORD(2, 2);
	if (WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
	{
		return 0;
	}

	SOCKET ser_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); // UDP protocol
	if (ser_socket == INVALID_SOCKET)
	{
		printf("Invalid socket\n");
		return -1;
	}
	int on = 1;
	setsockopt(ser_socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)& on, sizeof(on));

	rtp_packet_t* rtp_pkt = (rtp_packet_t*)malloc(sizeof(rtp_packet_t));
	if (!rtp_pkt)
	{
		printf("calloc rtp pkt failed\n");
		return -1;
	}
	memset(rtp_pkt, 0, sizeof(rtp_pkt));
	rtp_pkt->rtp_h.payload_type = 96; // H264
	rtp_pkt->rtp_h.version = 2;
	rtp_pkt->rtp_h.ssrc = 0x88923423;

	int frame_size = 0;
	int ret = 0;
	int send_bytes = 0;
	int nal_type = 0;
	int fps = 25;
	static int cnt = 0;

	uint8_t* buf = (uint8_t*)malloc(MAX_BUFF_SIZE);
	if (!buf)
	{
		printf("malloc buf failed\n");
		return -1;
	}

	size_t rsz = 0;
	size_t sz = 0;
	int64_t off = 0;
	uint8_t* p = buf;
	size_t send_byte_total = 0;
	size_t read_byte_total = 0;
	int nal_start = 0;
	int nal_end = 0;

	while (1)
	{
		rsz = fread(buf + sz, 1, MAX_BUFF_SIZE - sz, out_file);
		read_byte_total += rsz;
		if (rsz == 0)
		{
			if (ferror(out_file)) { fprintf(stderr, "!! Error: read failed: %s \n", strerror(errno)); break; }
			printf("end of file, flush buffer if necessary \n");
			int diff = read_byte_total - send_byte_total;
			if (diff > 0 && diff == nal_end) // flush remaining data
			{
				ret = udp_send_packet(rtp_pkt, p, nal_start, nal_end, &ser_socket, port, output_url);
				printf("flush remaining data, data size:%d, send_bytes:%d", nal_end, ret);
			}
			break;  // if (feof(infile)) 
		}

		sz += rsz;
		while (find_nal_unit(p, sz, &nal_start, &nal_end) > 0) // find nal unit pos
		{
			// send udp packet
			ret = udp_send_packet(rtp_pkt, p, nal_start, nal_end, &ser_socket, port, output_url);
			printf("start_size:%d, pkt_num:%d, size=%d, send_bytes=%d\n", nal_start, cnt++, nal_end, ret);
			if (ret < 0)
			{
				printf("send pkt failed\n");
				break;
			}

			p += nal_end;
			sz -= nal_end;

			send_byte_total += nal_end;
			Sleep(1000 / fps);
		}

		// if no NALs found in buffer, discard it
		if (p == buf)
		{
			fprintf(stderr, "!! Did not find any NALs between offset %lld (0x%04llX), size %lld (0x%04llX), discarding \n",
				(long long int)off,
				(long long int)off,
				(long long int)off + sz,
				(long long int)off + sz);

			p = buf + sz;
			sz = 0;
		}

		memmove(buf, p, sz);
		off += p - buf;
		p = buf;
	}

	free(rtp_pkt);
	fclose(out_file);
	free(p);
	closesocket(ser_socket);
	WSACleanup();
	return 0;
}

int main()
{
#if STREAM_DOWNLOAD
	fp_in = fopen("rtp_receive.h264", "wb");
#endif
	// 1.parse udp data
	udp_parser("127.0.0.1", 8880);

	// 2.send udp data
	//udp_send("127.0.0.1", "output.h264", 8880);

#if STREAM_DOWNLOAD
	fclose(fp_in);
#endif
	return 0;
}

3.2.2 utils.cpp

utils.cpp中定义了一些用于检查数据的工具，比较简单

#include "utils.h"

void debug_byte(uint8_t* p, int size)
{
	int i;
	for (i = 0; i < size; i++)
	{
		printf("data[%d]=%x ", i, p[i]);
		if (i != 0 && (i % 10 == 0 || i == size - 1))
		{
			printf("\n");
		}
	}
	printf("\n");
}

void debug_rtp_header(rtp_header_t* rtp_h)
{
	printf("rtp_header->version:%d\n", rtp_h->version);
	printf("rtp_header->padding:%d\n", rtp_h->padding);
	printf("rtp_header->extension:%d\n", rtp_h->extension);
	printf("rtp_header->csrc_len:%d\n", rtp_h->csrc_len);

	printf("rtp_header->payload_type:%d\n", rtp_h->payload_type);
	printf("rtp_header->marker:%d\n", rtp_h->marker);
	printf("rtp_header->seq_num:%d\n", rtp_h->seq_num);
	printf("rtp_header->timestamp:%d\n", rtp_h->timestamp);
	printf("rtp_header->ssrc:%x\n", rtp_h->ssrc);
}

void debug_rtp(rtp_packet_t* rtp_pkt, int pkt_size)
{
	debug_rtp_header(&rtp_pkt->rtp_h);
	debug_byte(rtp_pkt->rtp_data, pkt_size);
}

int find_nal_unit(uint8_t* buf, int size, int* nal_start, int* nal_end)
{
	int i;
	// find start
	*nal_start = 0;
	*nal_end = 0;

	i = 0;
	while (   //( next_bits( 24 ) != 0x000001 && next_bits( 32 ) != 0x00000001 )
		(buf[i] != 0 || buf[i + 1] != 0 || buf[i + 2] != 0x01) &&
		(buf[i] != 0 || buf[i + 1] != 0 || buf[i + 2] != 0 || buf[i + 3] != 0x01)
		)
	{
		i++; // skip leading zero
		if (i + 4 >= size) { return 0; } // did not find nal start
	}

	if (buf[i] != 0 || buf[i + 1] != 0 || buf[i + 2] != 0x01) // ( next_bits( 24 ) != 0x000001 )
	{
		i++;
	}

	if (buf[i] != 0 || buf[i + 1] != 0 || buf[i + 2] != 0x01) { /* error, should never happen */ return 0; }
	i += 3;
	*nal_start = i;

	while (   //( next_bits( 24 ) != 0x000000 && next_bits( 24 ) != 0x000001 )
		(buf[i] != 0 || buf[i + 1] != 0 || buf[i + 2] != 0) &&
		(buf[i] != 0 || buf[i + 1] != 0 || buf[i + 2] != 0x01)
		)
	{
		i++;
		// FIXME the next line fails when reading a nal that ends exactly at the end of the data
		if (i + 3 >= size) { *nal_end = size; return -1; } // did not find nal end, stream ended first
	}

	*nal_end = i;
	return (*nal_end - *nal_start);
}

4.测试

传输使用的文件为output.h264，这是一个Crew_1280x720.yuv编码而来的码流文件，一共有600帧
在这里插入图片描述
在使用的时候，可以先将发送端打包成exe，在cmd中执行send.exe，然后进行码流的接收receive.exe，这样就可以实现测试

发送端：
由于find_nal_unit无法分析出来最后一帧的nal_start和nal_end，所以还需要额外flush一次
在这里插入图片描述
接收端：
在这里插入图片描述
也可以用码流分析器正常打开，粗略的对比了一下，没有发现有误差，并且ffplay也可以正常播放
在这里插入图片描述

5.小结

在做这样一些工作的时候，其实还思考了如何从摄像头获取数据送入到发送端，以及如何在解码端进行解码和SDL播放，不过这里的代码结构修改起来比较麻烦，后续会继续做解码和SDL播放的工作。另外，在这些处理这些数据的时候，需要进行良好的内存管理，否则非常容易出现内存崩溃的问题，这一点应该多参考FFmpeg当中的内存管理机制，尤其是AVRefBuf这个变量的定义，比较重要

CSDN : https://blog.csdn.net/weixin_42877471
Github : https://github.com/DoFulangChen

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