影片直播原始碼開發中的流媒體協議:rtmp協議

雲豹kj的晨曦發表於2020-09-03

一、概念與摘要

影片直播原始碼的RTMP協議從屬於應用層,被設計用來在適合的傳輸協議(如TCP)上覆用和打包多媒體傳輸流(如音訊、影片和互動內容)。RTMP提供了一套全雙工的可靠的多路複用訊息服務,類似於TCP協議[RFC0793],用來在一對結點之間並行傳輸帶時間戳的音訊流,影片流,資料流。通常情況下,不同型別的訊息會被分配不同的優先順序,當網路傳輸能力受限時,優先順序用來控制訊息在網路底層的排隊順序。

二、RTMP塊流

影片直播原始碼的實時訊息傳遞協議塊流(RTMP塊流)。它作為一款高階多媒體流協議提供了流的多路複用和打包服務。RTMP塊流被設計用來傳輸實時訊息協議,它可以使用任何協議來傳送訊息流。每個訊息都包含時間戳和有效型別標識。RTMP塊流和RTMP適用於各種視聽傳播的應用程式,包括一對一的,和一對多的影片直播、點播服務、互動會議應用程式。

當使用一個可靠的傳輸協議如TCP[RFC0793]時,RTMP塊流提供了一種可以在多個流中,基於時間戳的端到端交付所有訊息的方法。RTMP塊流不提供任何優先順序或類似形式的控制,但可以使用更高階別的協議來提供這樣的優先順序。例如,一個影片伺服器可以根據傳送的時間或確認每個訊息的時間,來決定為一個網路差的使用者丟棄影片資訊,以確保音訊資訊的及時接收。

RTMP塊流不僅包含了自己的協議控制資訊,同時也提供了一個更高階別的協議機制,用來嵌入使用者控制資訊。

訊息格式

影片直播原始碼的訊息格式可以被分割成多個塊,用來在更高的協議中支援多路複用。在建立塊訊息格式時,應該包含以下欄位:

時間戳
訊息的時間戳。這個欄位佔用4位元組。

長度
訊息的有效長度。如果訊息頭不能被忽略,它應該包括長度。這個欄位在塊頭中佔用3位元組。

型別ID
各種型別的協議控制訊息的ID。這些訊息使用RTMP塊流協議和更高階別的協議來傳輸資訊。所有其他型別的ID可以用在高階協議,這對於RTMP塊流來說,是不透明的。事實上,RTMP塊流中沒有要求使用這些值作為型別;所有(無協議的)訊息可能是相同的型別,或者應用程式使用這個欄位來區分多個連線,而不是型別。這個欄位在塊頭中佔用1位元組。

訊息流ID
訊息流ID可以是任意值。當同一個塊流被複用到不同的訊息流中時,可以透過訊息流ID來區分它們。另外,對於RTMP塊流而言,這是一個不透明值。該欄位佔用4位元組,使用小端序。

握手

RTMP連線從握手開始。它包含三個固定大小的塊,不像其他的協議,是由頭部大小可變的塊組成的。

客戶端(初始化連線的一端)和服務端傳送同樣的三個塊。為了方便描述,客戶端傳送的三個塊命名為C0,C1,C2;服務端傳送的三個塊命名為S0,S1,S2。  

握手序列

客戶端透過傳送C0和C1訊息來啟動握手過程。客戶端必須接收到S1訊息,然後傳送C2訊息。客戶端必須接收到S2訊息,然後傳送其他資料。

服務端必須接收到C0或者C1訊息,然後傳送S0和S1訊息。服務端必須接收到C1訊息,然後傳送S2訊息。服務端必須接收到C2訊息,然後傳送其他資料。

C0和S0格式

C0和S0包由一個位元組組成,下面是C0/S0包內的欄位:

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7

+-+-+-+-+-+-+-+-+

|   version     |

+-+-+-+-+-+-+-+-+

  C0 and S0 bits

版本(8位元)
在C0包內,這個欄位代表客戶端請求的RTMP版本號。在S0包內,這個欄位代表服務端選擇的RTMP版本號。此文件使用的版本是3。版本0-2用在早期的產品中,現在已經被棄用;版本4-31被預留用於後續產品;版本32-255(為了區分RTMP協議和文字協議,文字協議通常以可列印字元開始)不允許使用。如果伺服器無法識別客戶端的版本號,應該回復版本3。客戶端可以選擇降低到版本3,或者中止握手過程。

C1和S1格式

C1和S1包長度為1536位元組,包含以下欄位:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

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

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                         time  (4 bytes)                         |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                        zero (4 bytes)                         |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                        random bytes                           |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                         random bytes                          |

|                            (cont)                             |

|                             ....                              |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

                          C1 and S1 bits

時間(4位元組)
本欄位包含一個時間戳,客戶端應該使用此欄位來標識所有流塊的時刻。時間戳取值可以為零或其他任意值。為了同步多個塊流,客戶端可能希望多個塊流使用相同的時間戳。

零(4位元組)
本欄位必須為零。

隨機資料(1528位元組)
本欄位可以包含任意資料。由於握手的雙方需要區分另一端,此欄位填充的資料必須足夠隨機(以防止與其他握手端混淆)。不過沒必要為此使用加密資料或動態資料。

C2和S2格式

C2和S2包長度為1536位元組,作為C1和S1的回應,包含以下欄位:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

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

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                         time  (4 bytes)                         |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                       time2 (4 bytes)                         |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                        random echo                            |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|                         random echo                           |

|                            (cont)                             |

|                             ....                              |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

                          C2 and S2 bits

時間(4位元組)
本欄位必須包含對端傳送的時間戳。

時間(4位元組)
本欄位必須包含時間戳,取值為接收對端傳送過來的握手包的時刻。

隨機資料(1528位元組)
本欄位必須包含對端傳送過來的隨機資料。握手的雙方可以使用時間1和時間2欄位來估算網路連線的頻寬和/或延遲,但是不一定有用。

三、RMTP握手

握手過程示意圖

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

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13

14

15

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18

19

20

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22

23

24

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26

27

28

29

30

31

+-------------+                           +-------------+

|    Client   |       TCP/IP Network      |    Server   |

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

       |                    |                     |

Uninitialized              |               Uninitialized

       |          C0        |                     |

       |------------------->|         C0          |

       |                    |-------------------->|

       |          C1        |                     |

       |------------------->|         S0          |

       |                    |<--------------------|

       |                    |         S1          |

  Version sent              |<--------------------|

       |          S0        |                     |

       |<-------------------|                     |

       |          S1        |                     |

       |<-------------------|                Version sent

       |                    |         C1          |

       |                    |-------------------->|

       |          C2        |                     |

       |------------------->|         S2          |

       |                    |<--------------------|

    Ack sent                |                  Ack Sent

       |          S2        |                     |

       |<-------------------|                     |

       |                    |         C2          |

       |                    |-------------------->|

  Handshake Done            |               Handshake Done

       |                    |                     |

           Pictorial Representation of Handshake

                      握手示意圖

下面是握手示意圖中提到的狀態:

未初始化
協議版本號在此階段傳送。客戶端和伺服器均處於未初始化狀態。客戶端傳送攜帶協議版本號的C0包。如果伺服器支援此版本,回覆S0和S1包。如果伺服器不支援此版本,使用適當的動作回覆。在RTMP協議中,此動作是中止連線。
注: 在”C0和S0格式”章節中提及,如果伺服器不支援客戶端的版本號,可以選擇降到版本3或中止。

傳送版本
影片直播原始碼客戶端和伺服器雙方在未初始化狀態後,會進入傳送版本狀態。之後,影片直播原始碼客戶端等待S1包,伺服器等待C1包。待接收到資料包,影片直播原始碼客戶端傳送C2包,伺服器傳送S2包。然後,雙方都進入答覆狀態。客戶端等待C2的答覆,伺服器等待S2的答覆。

握手完成
影片直播原始碼客戶端和伺服器交換訊息。


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