live555学习笔记11－h264 RTP传输详解(3)

十一 h264 RTP传输详解(3)

书接上回：H264FUAFragmenter又对数据做了什么呢？

void H264FUAFragmenter::doGetNextFrame()
{
	if (fNumValidDataBytes == 1) {
		// We have no NAL unit data currently in the buffer.  Read a new one:
		fInputSource->getNextFrame(&fInputBuffer[1], fInputBufferSize - 1,
				afterGettingFrame, this, FramedSource::handleClosure, this);
	} else {
		// We have NAL unit data in the buffer.  There are three cases to consider:
		// 1. There is a new NAL unit in the buffer, and it's small enough to deliver
		//    to the RTP sink (as is).
		// 2. There is a new NAL unit in the buffer, but it's too large to deliver to
		//    the RTP sink in its entirety.  Deliver the first fragment of this data,
		//    as a FU-A packet, with one extra preceding header byte.
		// 3. There is a NAL unit in the buffer, and we've already delivered some
		//    fragment(s) of this.  Deliver the next fragment of this data,
		//    as a FU-A packet, with two extra preceding header bytes.

		if (fMaxSize < fMaxOutputPacketSize) { // shouldn't happen
			envir() << "H264FUAFragmenter::doGetNextFrame(): fMaxSize ("
					<< fMaxSize << ") is smaller than expected\n";
		} else {
			fMaxSize = fMaxOutputPacketSize;
		}

		fLastFragmentCompletedNALUnit = True; // by default
		if (fCurDataOffset == 1) { // case 1 or 2
			if (fNumValidDataBytes - 1 <= fMaxSize) { // case 1
				memmove(fTo, &fInputBuffer[1], fNumValidDataBytes - 1);
				fFrameSize = fNumValidDataBytes - 1;
				fCurDataOffset = fNumValidDataBytes;
			} else { // case 2
				// We need to send the NAL unit data as FU-A packets.  Deliver the first
				// packet now.  Note that we add FU indicator and FU header bytes to the front
				// of the packet (reusing the existing NAL header byte for the FU header).
				fInputBuffer[0] = (fInputBuffer[1] & 0xE0) | 28; // FU indicator
				fInputBuffer[1] = 0x80 | (fInputBuffer[1] & 0x1F); // FU header (with S bit)
				memmove(fTo, fInputBuffer, fMaxSize);
				fFrameSize = fMaxSize;
				fCurDataOffset += fMaxSize - 1;
				fLastFragmentCompletedNALUnit = False;
			}
		} else { // case 3
			// We are sending this NAL unit data as FU-A packets.  We've already sent the
			// first packet (fragment).  Now, send the next fragment.  Note that we add
			// FU indicator and FU header bytes to the front.  (We reuse these bytes that
			// we already sent for the first fragment, but clear the S bit, and add the E
			// bit if this is the last fragment.)
			fInputBuffer[fCurDataOffset - 2] = fInputBuffer[0]; // FU indicator
			fInputBuffer[fCurDataOffset - 1] = fInputBuffer[1] & ~0x80; // FU header (no S bit)
			unsigned numBytesToSend = 2 + fNumValidDataBytes - fCurDataOffset;
			if (numBytesToSend > fMaxSize) {
				// We can't send all of the remaining data this time:
				numBytesToSend = fMaxSize;
				fLastFragmentCompletedNALUnit = False;
			} else {
				// This is the last fragment:
				fInputBuffer[fCurDataOffset - 1] |= 0x40; // set the E bit in the FU header
				fNumTruncatedBytes = fSaveNumTruncatedBytes;
			}
			memmove(fTo, &fInputBuffer[fCurDataOffset - 2], numBytesToSend);
			fFrameSize = numBytesToSend;
			fCurDataOffset += numBytesToSend - 2;
		}

		if (fCurDataOffset >= fNumValidDataBytes) {
			// We're done with this data.  Reset the pointers for receiving new data:
			fNumValidDataBytes = fCurDataOffset = 1;
		}

		// Complete delivery to the client:
		FramedSource::afterGetting(this);
	}
}

当fNumValidDataBytes等于１时，表明buffer(fInputBuffer)中没有Nal Unit数据，那么就读入一个新的．从哪里读呢？还记得前面讲过的吗？H264FUAFragmenter在第一次读数据时代替了H264VideoStreamFramer，同时也与H264VideoStreamFramer还有ByteStreamFileSource手牵着脚，脚牵着手形成了链结构．文件数据从ByteStreamFileSource读入，经H264VideoStreamFramer处理传给H264FUAFragmenter．ByteStreamFileSource返回给H264VideoStreamFramer一段数据，H264VideoStreamFramer返回一个H264FUAFragmenter一个Nal unit ．
H264FUAFragmenter对Nal Unit做了什么呢？先看注释：
当我们有了nal unit，要处理３种情况：
１有一个完整的nal unit，并且它小到能够被打包进rtp包中．
２有一个完整的nal unit，但是它很大，那么就得为它分片传送了，把第一片打入一个FU-A包，此时利用了缓冲中前面的一个字节的头部．
３一个nal unit的已被发送了一部分，那么我们继续按FU-A包发送．此时利用了缓冲中前面的处理中已使用的两个字节的头部．
fNumValidDataBytes是H264FUAFragmenter缓冲fInputBuffer中有效数据的字节数．可以看到fNumValidDataBytes重置时被置为１，为什么不是０呢？因为fInputBuffer的第一个字节一直被留用作AU-A包的头部．如果是single nal打包，则从fInputBuffer的第二字节开始把nal unit复制到输出缓冲fTo，如果是FU-A包，则从fInputBuffer的第一字节开始复制．


结合下文，可以很容易地把此段函数看明白（转自http://blog.csdn.net/perfectpdl/article/details/6633841）
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

H.264 视频 RTP 负载格式

1. 网络抽象层单元类型 (NALU)

NALU 头由一个字节组成, 它的语法如下:

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

F: 1 个比特.
forbidden_zero_bit. 在 H.264 规范中规定了这一位必须为 0.

NRI: 2 个比特.
nal_ref_idc. 取 00 ~ 11, 似乎指示这个 NALU 的重要性, 如 00 的 NALU 解码器可以丢弃它而不影响图像的回放. 不过一般情况下不太关心

这个属性.

Type: 5 个比特.
nal_unit_type. 这个 NALU 单元的类型. 简述如下:

0 没有定义
1-23 NAL单元 单个 NAL 单元包.
24 STAP-A 单一时间的组合包
25 STAP-B 单一时间的组合包
26 MTAP16 多个时间的组合包
27 MTAP24 多个时间的组合包
28 FU-A 分片的单元
29 FU-B 分片的单元
30-31 没有定义

2. 打包模式

下面是 RFC 3550 中规定的 RTP 头的结构.

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 |
| .... |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

负载类型 Payload type (PT): 7 bits
序列号 Sequence number (SN): 16 bits
时间戳 Timestamp: 32 bits

H.264 Payload 格式定义了三种不同的基本的负载(Payload)结构. 接收端可能通过 RTP Payload
的第一个字节来识别它们. 这一个字节类似 NALU 头的格式, 而这个头结构的 NAL 单元类型字段
则指出了代表的是哪一种结构,

这个字节的结构如下, 可以看出它和 H.264 的 NALU 头结构是一样的.
+---------------+
|0|1|2|3|4|5|6|7|
+-+-+-+-+-+-+-+-+
|F|NRI| Type |
+---------------+
字段 Type: 这个 RTP payload 中 NAL 单元的类型. 这个字段和 H.264 中类型字段的区别是, 当 type
的值为 24 ~ 31 表示这是一个特别格式的 NAL 单元, 而 H.264 中, 只取 1~23 是有效的值.

24 STAP-A 单一时间的组合包
25 STAP-B 单一时间的组合包
26 MTAP16 多个时间的组合包
27 MTAP24 多个时间的组合包
28 FU-A 分片的单元
29 FU-B 分片的单元
30-31 没有定义

可能的结构类型分别有:

1. 单一 NAL 单元模式
即一个 RTP 包仅由一个完整的 NALU 组成. 这种情况下 RTP NAL 头类型字段和原始的 H.264的
NALU 头类型字段是一样的.

2. 组合封包模式
即可能是由多个 NAL 单元组成一个 RTP 包. 分别有4种组合方式: STAP-A, STAP-B, MTAP16, MTAP24.
那么这里的类型值分别是 24, 25, 26 以及 27.

3. 分片封包模式
用于把一个 NALU 单元封装成多个 RTP 包. 存在两种类型 FU-A 和 FU-B. 类型值分别是 28 和 29.

2.1 单一 NAL 单元模式

对于 NALU 的长度小于 MTU 大小的包, 一般采用单一 NAL 单元模式.
对于一个原始的 H.264 NALU 单元常由 [Start Code] [NALU Header] [NALU Payload] 三部分组成, 其中 Start Code 用于标示这是一个

NALU 单元的开始, 必须是 "00 00 00 01" 或 "00 00 01", NALU 头仅一个字节, 其后都是 NALU 单元内容.
打包时去除 "00 00 01" 或 "00 00 00 01" 的开始码, 把其他数据封包的 RTP 包即可.

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 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

如有一个 H.264 的 NALU 是这样的:

[00 00 00 01 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ... ]

这是一个序列参数集 NAL 单元. [00 00 00 01] 是四个字节的开始码, 67 是 NALU 头, 42 开始的数据是 NALU 内容.

封装成 RTP 包将如下:

[ RTP Header ] [ 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ]

即只要去掉 4 个字节的开始码就可以了.

2.2 组合封包模式

其次, 当 NALU 的长度特别小时, 可以把几个 NALU 单元封在一个 RTP 包中.

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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| RTP Header |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|STAP-A NAL HDR | NALU 1 Size | NALU 1 HDR |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| NALU 1 Data |
: :
+ +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| | NALU 2 Size | NALU 2 HDR |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| NALU 2 Data |
: :
| +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| :...OPTIONAL RTP padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

2.3 Fragmentation Units (FUs).

而当 NALU 的长度超过 MTU 时, 就必须对 NALU 单元进行分片封包. 也称为 Fragmentation Units (FUs).

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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| FU indicator | FU header | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
| |
| FU payload |
| |
| +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| :...OPTIONAL RTP padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Figure 14. RTP payload format for FU-A

The FU indicator octet has the following format:

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

The FU header has the following format:

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

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H264FUAFragmenter中只支持single和FU-A模式，不支持其它模式．

我们现在还得出一个结论，我们可以看出RTPSink与Source怎样分工：RTPSink只做形成通用RTP包头的工作，各种媒体格式的Source才是实现媒体数据RTP封包的地方，其实按习惯感觉XXXRTPSink才是进行封包的地方．但是，从文件的安排上，H264FUAFragmenter被隐藏在H264VideoRTPSink中，并在程序中暗渡陈仓地把H264VideoStreamFramer替换掉，其实还是按习惯的架构（设计模式）来做的，所以如果把H264FUAFragmenter的工作移到H264VideoRTPSink中也是没问题的．