webrtc QOS方法汇总

目前总结出webrtc用于提升QOS的方法有:

NACK、FEC、SVC、JitterBuffer、IDR Request、PACER、REMB、动态帧率调整。

这几种方法在webrtc架构分布如下:

webrtc QOS方法汇总

具体实现原理如下:

一、NACK

与NACK对应的是ACK,ACK是到达通知技术。以TCP为例,他可靠因为接收方在收到数据后会给发送方返回一个“已收到数据”的消息(ACK),告诉发送方“我已经收到了”,确保消息的可靠。NACK也是一种通知技术,只是触发通知的条件刚好的ACK相反,在未收到消息时,通知发送方“我未收到消息”,即通知未达。

NACK是在接收端检测到数据丢包后,发送NACK报文到发送端;发送端根据NACK报文中的***,在发送缓冲区找到对应的数据包,重新发送到接收端。NACK需要发送端发送缓冲区的支持,RFC5104定义NACK数据包的格式。若在JB缓冲时间内接收端收到发送端重传的报文,就可以解决丢包问题。对应上图发送端的RTCP RTPFB

二、FEC

FEC是发送端在发送报文的时候,将之前的旧包也打包到新包里面,若接收端有丢包,就用新包里面冗余的旧包恢复数据。说到这里大家可能认为这就是RFC2198冗余。但是在webrtc里面,这不是简单的RFC2198冗余。RFC2198冗余带宽占有量是倍增,简单冗余,对网络差的情况是恶化。

FEC可以有很多种算法实现,webrtc有两种算法:

1、根据接收端反馈回来的丢包信息,总结一些规律,把预判丢失概率比较大的包,冗余打包出去。用到的协议是:RFC5109。

2、根据仅将SVC编码的Level 0视频帧打包成FEC。其余层有丢包,就逐步将帧率,保证视频相对流畅。

三、SVC

webrtc的VPX用到的是时间可适性(Temporal Scalability)算法。通过改变一个GOP内帧的线性参考关系。防止网络丢包对视频传输造成的影响。详细介绍,请参见:https://blog.****.net/crystalshaw/article/details/81184531

webrtc使用NACK+FEC+SVC作为QOS的解决方案。参考链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/6738383/

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四、JitterBuffer

JitterBuffer实现原理是,在收到网络上的RTP报文后,不直接进行解码,需要缓存一定个数的RTP报文,按照时间戳或者seq的顺序进行重排,消除报文的乱序和抖动问题。JitterBuffer分动态JitterBuffer和静态JitterBuffer两种模式。静态JitterBuffer缓存报文个数固定。动态JitterBuffer是根据网络环路延时的情况,动态调整缓存报文个数。

五、IDR Request

关键帧也叫做即时刷新帧,简称IDR帧。对视频来说,IDR帧的解码无需参考之前的帧,因此在丢包严重时可以通过发送关键帧请求进行画面的恢复。关键帧的请求方式分为三种:RTCP FIR反馈(Full intra frame request)、RTCP PLI 反馈(Picture Loss Indictor)或SIP Info消息,具体使用哪种可通过协商确定。

六、PACER

PACER,是网络报文平滑策略。一个视频帧有可能分别封装在几个RTP报文,若这个视频帧的RTP报文一起发送到网络上,必然会导致网络瞬间拥塞。以25fps为例,若这帧视频的RTP报文,能够在40ms之内发送给接收端,接收端既可以正常工作,也缓冲了网络拥塞的压力。PACER就是实现把RTP同一时刻生产的若干包,周期性的发送,防止上行流量激增导致拥塞。

七、REMB(Receiver Estimated Maximum Bitrate)

这个算法的思路是在接收端根据丢包率或延时情况维护一个状态机。以根据丢包率为例,在判断为overuse时,就根据一定的系数减少当前remb值,当判断为underuse时又根据增加系数来增加remb值;然后将这个值通过rtcp包发送给发送端,发送端根据该值来动态的调整码率。

符合https://tools.ietf.org/html/draft-alvestrand-rmcat-remb-03协议。

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八、动态帧率调整策略

视频发送端根据REMB等参数调整出一组比较合适的码率值,当网络条件好的时候,码率值会比较大,当网络条件比较差的时候,码率值会比较低。但是若是发送端仅调整码率,不调整帧率,当网络条件比较好的时候,仅仅提升了视频质量,没有充分利用网络条件,提升实时性。当网络条件比较差的时候,码率降的比较低,若不降低帧率,视频质量会大幅度下降。所以这里需要一种算法,根据发送端的码率值,动态调整发送端的帧率值。

目前貌似只有VP8和OpenH264支持变帧率编码,X264不支持。

这个过程在webrtc\modules\video_coding\utility\frame_dropper.cc通过漏桶算法实现。

 

这五种方法实现的细节,待续。。。。。