基于RTPRTCP和RTSP协议的流媒体快速流间同步机制

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1、http://www.paper.edu.cn基于RTP/RTCP和RTSP协议的流媒体快速流间同步机制卢日北京邮电大学电信工程学院，北京（100876）E-mail：luri_149@tom.com摘要：多媒体同步技术是流媒体技术中一项关键的技术，在通常的流媒体客户端设计中，同步信息的建立依赖于典型地承载在UDP协议之上RTCP包，导致媒体对象的第一回放时间具有不可预测性。为了缩短回放前的等待时间，本文基于RTP/RTCP协议和RTSP协议，提出了一种快速确定媒体流间同步关系的机制。关键词：RTP，RTSP，流媒体，流间同步1.引言流媒体技术是近几年Internet飞

2、速发展的产物，它融合了媒体数据的采集、编解码、存储以及网络传输等多项技术，它的出现有效地解决了音频、视频等媒体数据在计算机网络中的实时传输的问题，被广泛应用于远程教育、视频点播、视频会议、IPTV等业务中。[1]多媒体同步技术是流媒体技术中一项关键的技术，已经引起了国内外的广泛关注。多媒体同步技术的目的就是向用户展示多媒体信息时，保持多媒体对象内和对象间固有的时域约束关系。多媒体同步包含两类同步：一类是流内同步，其主要任务是保证媒体流内部的相对时态关系，也就是按一定的时间要求传送每一个多媒体对象，并在客户端能够进行连续的展现。另一类是流间同步，主要任务是维护媒体对象间的

3、时间关系，如音频和视频之间的时间关系（即唇同步）、音视频与文字之间的时间关系等等。[2][3]RTP/RTCP协议是流媒体协议栈中一个重要的组成部分，它承担了媒体数据的传送[4]任务，RTSP协议则在流媒体协议栈中负责控制媒体数据的有效传输，RTSP和RTP/RTCP协议是整个流媒体协议栈的核心部分。本文主要针对IP网络环境，并基于RTP/RTCP协议和RTSP协议，利用RTP时间戳、RTCP包中RTP时间戳和NTP（NetworkTimeProtocol）时间戳的映射关系以及RTSP中RTP时间戳和NPT（NormalPlayTime）时间戳的映射关系，快速地确定媒体

4、流间的同步关系，同时还可以消除各媒体流间的同步依赖关系，使得流间同步的复杂度与媒体流的数目无关。2.RTP/RTCP协议简介实时传输协议RTP（RealtimeTransportProtocol）为具有实时特征的数据流提供端到端的传输服务，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP的典型应用建立在UDP之上，并且提供了部分传输层协议的功能，但RTP也可以在其它的网络或传输层协议（如TCP）上工作。RTP本身并不监控和传输会话的服务质量（QoS）和会话的相关信息，它依靠实时传输控制协议RTCP（RealtimeTransportControlProtocol）来完成，在RT

5、P会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包，包中含有RTP时间戳与NTP时间戳的映射关系、已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等信息，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型，客户端则可以利用这些信息实现媒体间的同步。RTP和RTCP的配合使用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化。图1给出了RTP/RTCP协议的典型应用在流媒体协议栈中的位置。-1-http://www.paper.edu.cn图1流媒体协议栈3.RTSP协议在同步控制中的作用实时流协议RTSP（RealTimeStreamingProtocol）是一种用于控制实时数据

6、流有效传输的应用层协议，同时也提供对实时数据流的远程VCR（VideoCassetteRecorder）功能，如播放、暂停、快进、快退等，也就是说通过RTSP协议，流媒体客户端可以实现对多媒体服务器的网络远程控制，其中实时数据流的传输则可以借助于RTP。在RTSP协议中，所有的操作都是通过服务器和客户端的消息应答机制完成的，其中消息包括请求和应答两种，消息的格式由一个起始行（请求行或状态行）、若干个头域，以及一个可选的消息体组成。RTSP协议的请求和应答消息主要通过起始行中的请求方法（method）字段和状态码（statuscode）字段完成，其中常用的请求方法有OPT

7、IONS、DESCRIBE、SETUP、PAUSE、PLAY、TEARDOWN等，状态码是一个三位数字，用于反馈请求的执行情况。RTSP协议在流媒体协议栈中的位置如图1所示。下面介绍RTSP协议在多媒体同步控制中起重要作用的两个头域Range和RTP-Info：Range：本文所提到的Range头域特指出现在RTSP的PLAY方法应答消息中的Range头域，该头域给出待传输节目的播放时间范围，所支持的格式有smpte、npt和clock，而且npt格式是必须支持的，因此本文选用npt格式进行讨论。如“Range:npt=10-30”表示待