Изучаваме VoIP мотора Mediastreamer2. Част 6

Материалът на статията е взет от моя дзен-канал.

Предаване на звуков сигнал чрез RTP поток

В предходната статията Събрахме схема за дистанционно управление от генератора и детектор на тонални сигнали, които работят в една и съща програма. В тази статия ще се научим как да използваме протокола RTP (RFC 3550 — RTP: Протокол за предаване на данни в реално време) за приемане/предаване на звуков сигнал през Ethernet мрежа.

Протоколът RTP (Протокол за реално време) на български означава протокол за реално време, той се използва за предаване на звук, видео, данни, всичко това, което изисква предаване в реално време. Например, вземете звуков сигнал. Гъвкавостта на протокола е такава, че позволява предаване на звуков сигнал с предварително зададено качество.

Предаването се извършва с помощта на UDP пакети, което означава, че при предаване е допусната загуба на пакети. Всеки пакет съдържа специален RTP заглавен блок и блок от данни на предавания сигнал. В заглавието има случайно избран идентификатор на източника на сигнала, информация за типа на предавания сигнал, уникален последователен номер на пакета, за да могат пакетите при декодиране да бъдат подредени в правилен ред, независимо от това в какъв ред са били доставени от мрежата. Заглавието може да съдържа и допълнителна информация, т.н. разширение, което позволява адаптиране на заглавието към конкретната приложение.

Блокът от данни съдържа полезния товар на пакета. Вътрешната организация на съдържанието зависи от типа на товара, това могат да бъдат проби от монофоничен сигнал, стереосигнал, ред от видео изображение и т.н.

Типът на товара е обозначен с седем битово число. Препоръката RFC3551 (RTP Профил за аудио и видео конференции с минимален контрол) установява няколко типа товар в съответната таблица, която дава описание на типовете товар и стойността на кодовете, с които те се обозначават. Част от кодовете нямат строга приврзаност към какъвто и да е тип товар - те могат да се използват за обозначаване на произволен товар.

Размерът на блока данни е ограничен от максималния размер на пакета, който може да бъде предаден в мрежата без сегментиране (параметър MTU). Обикновено това е не повече от 1500 байта. Следователно, за да се увеличи количеството данни, предавани в секунда, до определен момент може да се увеличава размерът на пакета, а след това ще е необходимо да се увеличи честотата на предаване на пакетите. За медиастриймера това е настройваем параметър. По подразбиране той е 50 Hz, т.е. 50 пакета в секунда. Последователността на предаваните RTP пакети ще наречем RTP поток.

За да започнете предаването на данни между източника и приемника, е достатъчно предавателят да знае IP адреса на приемника и номера на порта, който той използва за приемане. Т.е. без никакви предварителни процедури източникът започва да предава данни, а приемникът е готов незабавно да ги приеме и обработи. Според стандарта номерът на порта, използван за предаване или приемане на RTP потока, трябва да е четен.

В ситуации, когато не може предварително да се знае адресът на приемника, се използват сървъри, на които приемниците оставят адреса си, а предавателят може да го запита, позовавайки се на уникално име на приемника.

В случаите, когато качеството на канала за свързване или възможностите на приемника не са известни, се организира канал за обратна връзка, по който приемникът може да информира предавателя за своите възможности, количеството пакети, които не е получил и т.н. В такъв канал се използва RTCP протокол. Форматът на пакетите, предавани в този канал, е определен в RFC 3605. По този канал се предават сравнително малко данни - 200..300 байта в секунда, така че наличието му не е обременително. Номерът на порта, на който се изпращат RTCP пакетите, трябва да е нечетен и с единица повече от номера на порта, откъдето идва RTP потокът. В нашия пример няма да използваме този канал, тъй като възможностите на приемника и канала значително надхвърлят нашите, все още скромни, нужди.

В нашата програма схемата за предаване на данни, за разлика от схемата в предишния пример, ще бъде разделена на две части: предавателен тракт и приемен тракт. За всяка част ще направим свой източник на тактови сигнали, както е показано на заглавната картинка.

Едностранната връзка между тях ще се осъществява чрез RTP протокол. В този пример не ни е нужна външна мрежа, тъй като както предавателят, така и приемникът ще се намират на един и същ компютър — пакетите ще се движат вътре в него.

За установяване на RTP поток в медиастримера се използват два филтъра: MS_RTP_SEND и MS_RTP_RECV. Първият извършва предаване, вторият приема RTP потока. За да започнат работа тези филтри, трябва да им се предаде указател към обект RTP сесия, който може да извършва както преобразуването на потока от блокови данни в поток от RTP пакети, така и обратно. Понеже вътрешният формат на данни на медиастримера не съвпада с формата на RTP пакета, преди да предадем данни на MS_RTP_SEND, трябва да използваме конвертор (encoder), който преобразува 16-битови проби на звуковия сигнал в осембитови, кодирани по u-закона (мю-закона). На приемната страна обратната функция се изпълнява от декодера.

По-долу е текстът на програмата, реализираща схемата показана на изображението (символите # пред директивите include са премахнати, не забравяйте да ги поставите):

/* Файл mstest6.c Имитатор пульта управления и приемника. */

#include <mediastreamer2/msfilter.h>
#include <mediastreamer2/msticker.h>
#include <mediastreamer2/dtmfgen.h>
#include <mediastreamer2/mssndcard.h>
#include <mediastreamer2/msvolume.h>
#include <mediastreamer2/mstonedetector.h>
#include <mediastreamer2/msrtp.h>
#include <ortp/rtpsession.h>
#include <ortp/payloadtype.h>

/* Подключаем заголовочный файл с функциями управления событиями
* медиастримера.*/
include <mediastreamer2/mseventqueue.h>

#define PCMU 0

/* Функция обратного вызова, она будет вызвана фильтром, как только он
обнаружит совпадение характеристик входного сигнала с заданными. */
static void tone_detected_cb(void *data, MSFilter *f, unsigned int event_id,
MSToneDetectorEvent *ev)
{
printf("Принята команда: %sn", ev->tone_name);
}

/*----------------------------------------------------------------------------*/
/* Функция регистрации типов полезных нагрузок. */
void register_payloads(void)
{
/*Регистрируем типы нагрузок в таблице профилей. Позднее, по индексу
взятому из заголовка RTP-пакета из этой таблицы будут извлекаться
параметры нагрузки, необходимые для декодирования данных пакета. */
rtp_profile_set_payload (&av_profile, PCMU, &payload_type_pcm8000);
}

/*----------------------------------------------------------------------------*/
/* Эта функция создана из функции create_duplex_rtpsession() в audiostream.c
медиастримера2. */
static RtpSession *
create_rtpsession (int loc_rtp_port, int loc_rtcp_port,
bool_t ipv6, RtpSessionMode mode)
{
RtpSession *rtpr;
rtpr = rtp_session_new ((int) mode);
rtp_session_set_scheduling_mode (rtpr, 0);
rtp_session_set_blocking_mode (rtpr, 0);
rtp_session_enable_adaptive_jitter_compensation (rtpr, TRUE);
rtp_session_set_symmetric_rtp (rtpr, TRUE);
rtp_session_set_local_addr (rtpr, ipv6 ? "::" : "0.0.0.0", loc_rtp_port,
loc_rtcp_port);
rtp_session_signal_connect (rtpr, "timestamp_jump",
(RtpCallback) rtp_session_resync, 0);
rtp_session_signal_connect (rtpr, "ssrc_changed",
(RtpCallback) rtp_session_resync, 0);
rtp_session_set_ssrc_changed_threshold (rtpr, 0);
rtp_session_set_send_payload_type(rtpr, PCMU);

/* По умолчанию выключаем RTCP-сессию, так как наш пульт не будет использовать её. */
rtp_session_enable_rtcp (rtpr, FALSE);
return rtpr;
}

/*----------------------------------------------------------------------------*/
int main()
{
ms_init();

/* Создаем экземпляры фильтров. */
MSFilter *voidsource = ms_filter_new(MS_VOID_SOURCE_ID);
MSFilter *dtmfgen = ms_filter_new(MS_DTMF_GEN_ID);
MSFilter *volume = ms_filter_new(MS_VOLUME_ID);
MSSndCard *card_playback =
ms_snd_card_manager_get_default_card(ms_snd_card_manager_get());
MSFilter *snd_card_write = ms_snd_card_create_writer(card_playback);
MSFilter *detector = ms_filter_new(MS_TONE_DETECTOR_ID);

/* Очищаем массив находящийся внутри детектора тонов, он описывает
* особые приметы разыскиваемых сигналов.*/
ms_filter_call_method(detector, MS_TONE_DETECTOR_CLEAR_SCANS, 0);

/* Подключаем к фильтру функцию обратного вызова. */
ms_filter_set_notify_callback(detector,
(MSFilterNotifyFunc)tone_detected_cb, NULL);

/* Создаем массив, каждый элемент которого описывает характеристику
* одного из тонов, который требуется обнаруживать: Текстовое имя
* данного элемента, частота в герцах, длительность в миллисекундах,
* минимальный уровень относительно 0,775В. */
MSToneDetectorDef scan[6]=
{
{"V+",440, 100, 0.1}, /* Команда "Увеличить громкость". */
{"V-",540, 100, 0.1}, /* Команда "Уменьшить громкость". */
{"C+",640, 100, 0.1}, /* Команда "Увеличить номер канала". */
{"C-",740, 100, 0.1}, /* Команда "Уменьшить номер канала". */
{"ON",840, 100, 0.1}, /* Команда "Включить телевизор". */
{"OFF", 940, 100, 0.1}/* Команда "Выключить телевизор". */
};

/* Передаем "приметы" сигналов детектор тонов. */
int i;
for (i = 0; i < 6; i++)
{
ms_filter_call_method(detector, MS_TONE_DETECTOR_ADD_SCAN,
&scan[i]);
}

/* Создаем фильтры кодера и декодера */
MSFilter *encoder = ms_filter_create_encoder("PCMU");
MSFilter *decoder=ms_filter_create_decoder("PCMU");
/* Регистрируем типы нагрузки. */
register_payloads();

/* Создаем RTP-сессию передатчика. */
RtpSession *tx_rtp_session = create_rtpsession (8010, 8011, FALSE, RTP_SESSION_SENDONLY);
rtp_session_set_remote_addr_and_port(tx_rtp_session,"127.0.0.1", 7010, 7011);
rtp_session_set_send_payload_type(tx_rtp_session, PCMU);
MSFilter *rtpsend = ms_filter_new(MS_RTP_SEND_ID);
ms_filter_call_method(rtpsend, MS_RTP_SEND_SET_SESSION, tx_rtp_session);

/* Создаем RTP-сессию приемника. */
MSFilter *rtprecv = ms_filter_new(MS_RTP_RECV_ID);
RtpSession *rx_rtp_session = create_rtpsession (7010, 7011, FALSE, RTP_SESSION_RECVONLY);
ms_filter_call_method(rtprecv, MS_RTP_RECV_SET_SESSION, rx_rtp_session);

/* Создаем источники тактов - тикеры. */
MSTicker *ticker_tx = ms_ticker_new();
MSTicker *ticker_rx = ms_ticker_new();

/* Соединяем фильтры передатчика. */
ms_filter_link(voidsource, 0, dtmfgen, 0);
ms_filter_link(dtmfgen, 0, volume, 0);
ms_filter_link(volume, 0, encoder, 0);
ms_filter_link(encoder, 0, rtpsend, 0);

/* Соединяем фильтры приёмника. */
ms_filter_link(rtprecv, 0, decoder, 0);
ms_filter_link(decoder, 0, detector, 0);
ms_filter_link(detector, 0, snd_card_write, 0);

/* Подключаем источник тактов. */
ms_ticker_attach(ticker_tx, voidsource);
ms_ticker_attach(ticker_rx, rtprecv);

/* Настраиваем структуру, управляющую выходным сигналом генератора. */
MSDtmfGenCustomTone dtmf_cfg;
dtmf_cfg.tone_name[0] = 0;
dtmf_cfg.duration = 1000;
dtmf_cfg.frequencies[0] = 440;
/* Будем генерировать один тон, частоту второго тона установим в 0. */
dtmf_cfg.frequencies[1] = 0;
dtmf_cfg.amplitude = 1.0;
dtmf_cfg.interval = 0.;
dtmf_cfg.repeat_count = 0.;

/* Организуем цикл сканирования нажатых клавиш. Ввод нуля завершает
* цикл и работу программы. */
char key='9';
printf("Нажмите клавишу команды, затем ввод.n"
"Для завершения программы введите 0.n");
while(key != '0')
{
key = getchar();
if ((key >= 49) && (key <= 54))
{
printf("Отправлена команда: %cn", key);

/* Устанавливаем частоту генератора в соответствии с
 * кодом нажатой клавиши. */
dtmf_cfg.frequencies[0] = 440 + 100*(key-49);

/* Включаем звуковой генератор c обновленной частотой. */
ms_filter_call_method(dtmfgen, MS_DTMF_GEN_PLAY_CUSTOM,
(void*)&dtmf_cfg);
}

/* Укладываем тред в спячку на 20мс, чтобы другие треды
 * приложения получили время на работу. */
ms_usleep(20000);
}
}

Компилираме и стартираме. Програмата ще работи както в предишния пример, но данните ще се предават през RTP потока.

В следващата статия ще разделим тази програма на две независими приложения — приемник и предавател и ще ги стартираме в различни терминали. Паралелно ще научим как да анализираме RTP пакети с помощта на програмата TShark.

Източник: habr.com