webrtc jitterbuffer的理解

本文讲述一下音视频通话的缓冲区管理,按照我们正常的流程,对于采集的音视频到远端进行播放,要经过如下过程:

按照上述业务逻辑,我们可以实现从设备端采集的数据,通过网络发送到另外一端进行显示与播放,那么这样的过程如果某一模块发生了异常与抖动,则会造成音视频延迟和马赛克现象,比如说网络传输发送了延迟和丢包,远端视频的渲染卡顿和延时,对于音频和视频单独播放,如果保证每个环节理想状态,音画同步,若一处发生延时或者抖动,则音画不同步,同样的,这样单线程的处理,也没有充分利用到cpu的多核性能,那么,如何设计一套能够适应网络波动,编解码器抖动,平滑渲染同时能够降低延迟的缓冲区呢?webrtc设计了一套可以在QOS基础上的缓冲区控制原理:我用绘图描述后在用代码显示:


除去webrtc的QOS拥塞控制,我们来看如上的图:

对于发送端:采集的数据放入编码队列,然后编码线程取出队列中的数据进行编码,这里可以防止编码器抖动的异常,编码并打包后塞入发送队列,而不是直接发送到网络上,而是由PacerSender按照时间分片进行平滑发送,这样可以降低网络的压力,根据QOS的调控,平衡网络;

对于接受端:接收到的数据并不是直接解码渲染,而是首先经过rtp解包以及fec丢包补偿之后,对于顺序到达的数据包塞入decodedQueue,丢包数据塞入丢包缓冲区(rtcp结合调控),解码线程从解码队列中取数据进行解码,解码后塞入RenderQueue队列中,而不是直接渲染,因为由于decoder的解码后直接渲染可能导致视频迅速播放或者卡顿,同时RenderQueue还要进行音画同步,平滑渲染功能(根据帧率,也就是频率调控);

以上描述了webrtc jitterbuffer中buffer的构造,buffer主要对丢包、乱序、延时到达等异常情况做处理,还会和NACK、FEC、FIR等QOS相互配合,jitter主要根据当前帧的大小和延时评估出jitter delay,再结合decode delay、render delay以及音视频同步延时,得到render time,来控制平稳的渲染视频帧。,这篇博客不做描述,下面提供部分webrtc buffer代码流程:

发送端buffer流程代码:

intH264EncoderImpl::Encode() 编码开始

->intH264EncoderImpl::GetEncodedPartitions

->int32_tVCMEncodedFrameCallback::Encoded 编码返回

->int32_tViEEncoder::SendData

->boolPayloadRouter::RoutePayload

->int32_tModuleRtpRtcpImpl::SendOutgoingData

->int32_tRTPSender::SendOutgoingData

->int32_tRTPSenderVideo::SendVideo

->boolRTPSenderVideo::Send//视频数据进行打包(rtp,fec,padding)

->int32_tRTPSenderVideo::SendVideoPacket

->int32_tRTPSender::SendToNetwork

->void PacedSender::InserPacket() //packets->Push()//塞入数据到缓冲区

->boolPacedSender::SendPacket  //平滑发送


接收端buffer流程代码:

接收:

voidUdpTransportImpl::IncomingRTPCallback

->voidUdpTransportImpl::IncomingRTPFunction

->voidVideoChannelTransport::IncomingRTPPacket

->intViENetworkImpl::ReceivedRTPPacket

->int32_tViEChannel::ReceivedRTPPacket

->intViEReceiver::ReceivedRTPPacket

->intViEReceiver::InsertRTPPacket

->boolViEReceiver::ReceivePacket

->boolRtpReceiverImpl::IncomingRtpPacket//接受到rtp数据包

->int32_tRTPReceiverVideo::ParseRtpPacket//进行解包以及fec丢包恢复,统计丢包缓冲以及延时

->int32_tViEReceiver::OnReceivedPayloadData

->int32_tIncomingPacket

->int32_tVideoReceiver::IncomingPacket

->int32_tVCMReceiver::InsertPacket//塞入数据到缓冲区

->VCMFrameBufferEnum VCMJitterBuffer::InsertPacket

解码渲染:

boolViEChannel::ChannelDecodeThread

FunctionboolViEChannel::ChannelDecodeProcess()

int32_tDecode(uint16_tmaxWaitTimeMs)

int32_tVideoReceiver::Decode(uint16_tmaxWaitTimeMs)//解码

VCMEncodedFrame* VCMReceiver::FrameForDecoding//按照优先顺序,从相应队列取数据

VCMEncodedFrame* VCMJitterBuffer::ExtractAndSetDecode

VCMJitterBuffer::UpdateJitterEstimate//卡尔滤波计算延时,并基于延时估算码率,rtcp返回给发送端调控码率

VCMInterFrameDelay::CalculateDelay //计算两帧传输的延时,结合解码时间,渲染时间以及频率计算出渲染时间


注解:解码线程会一直从buffer中寻找期望的数据,这里说的期望的分为必须完整的和可以不完整的。如果期望的是完整的,那就要从decodableframes队列取出状态为complete的frame,如果期望的数据可以是不完整的,就要从decodableframes和incompleteframes队列取出数据。取数据之前,总是先去找到数据的时间戳,然后计算完jitterdelay和渲染时间,再经过一段时间的延时(这个延时为渲染时间减去当前时间、decode delay和render delay)之后再去取得数据,传递到解码,渲染。

以上是webrtc jitterbuffer大致流程,我们需要掌握其buffer的思想,后面在讲解jitterbuffer如何结合QOS对视频通话质量进行调控。

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