Esplorare il motore VoIP di Mediastreamer2. Parte 6

Il materiale dell'articolo è tratto dal mio canale zen.

Trasmissione di un segnale audio tramite flusso RTP

Nel passato Articolo Abbiamo assemblato un circuito di controllo remoto da un generatore di toni e un rilevatore di toni che operano all'interno dello stesso programma. In questo articolo impareremo come utilizzare il protocollo RTP (RFC 3550 - RTP: un protocollo di trasporto per applicazioni in tempo reale) per ricevere/trasmettere un segnale audio su una rete Ethernet.

Protocollo RTP (Protocollo in tempo reale) tradotto significa protocollo in tempo reale, viene utilizzato per trasmettere audio, video, dati, tutto ciò che richiede la trasmissione in tempo reale. Prendiamo come esempio un segnale audio. La flessibilità del protocollo è tale che permette di trasmettere un segnale audio con una qualità predeterminata.

La trasmissione viene effettuata utilizzando pacchetti UDP, il che significa che la perdita di pacchetti durante la trasmissione è abbastanza accettabile. Ogni pacchetto contiene una speciale intestazione RTP e un blocco dati del segnale trasmesso. L'intestazione contiene un identificatore della sorgente del segnale selezionato casualmente, informazioni sul tipo di segnale trasmesso e un numero di sequenza univoco dei pacchetti in modo che i pacchetti possano essere disposti nell'ordine corretto durante la decodifica, indipendentemente dall'ordine in cui sono stati consegnati dal rete. L'intestazione può contenere anche informazioni aggiuntive, la cosiddetta estensione, che consentono di adattare l'intestazione per l'utilizzo in uno specifico compito applicativo.

Il blocco dati contiene il carico utile del pacchetto. L'organizzazione interna del contenuto dipende dal tipo di carico, può essere campioni di un segnale mono, un segnale stereo, una linea di immagine video, ecc.

Il tipo di caricamento è indicato da un numero a sette bit. Raccomandazione RFC3551 (Profilo RTP per conferenze audio e video con controllo minimo) stabilisce diverse tipologie di carico; la tabella corrispondente fornisce la descrizione delle tipologie di carico e il significato dei codici con cui vengono designati. Alcuni codici non sono strettamente legati a nessun tipo di carico; possono essere utilizzati per designare un carico arbitrario.

La dimensione di un blocco dati è limitata innanzitutto dalla dimensione massima del pacchetto che può essere trasmesso su una determinata rete senza segmentazione (parametro MTU). In generale, non supera i 1500 byte. Pertanto, per aumentare la quantità di dati trasmessi al secondo, è possibile aumentare la dimensione del pacchetto fino a un certo punto, quindi sarà necessario aumentare la frequenza di invio dei pacchetti. In uno streamer multimediale, questa è un'impostazione configurabile. Per impostazione predefinita è 50 Hz, cioè 50 pacchetti al secondo. Chiameremo flusso RTP la sequenza dei pacchetti RTP trasmessi.

Per iniziare a trasmettere dati tra la sorgente e il ricevitore, è sufficiente che il trasmettitore conosca l'indirizzo IP del ricevitore e il numero di porta che utilizza per la ricezione. Quelli. senza alcuna procedura preliminare, la sorgente inizia a trasmettere i dati e il ricevitore, a sua volta, è pronto a riceverli ed elaborarli immediatamente. Secondo lo standard, il numero di porta utilizzato per trasmettere o ricevere un flusso RTP deve essere pari.

Nelle situazioni in cui è impossibile conoscere in anticipo l'indirizzo del destinatario, vengono utilizzati server in cui i destinatari lasciano il proprio indirizzo e il trasmettitore può richiederlo facendo riferimento a un nome univoco del destinatario.

Nei casi in cui la qualità del canale di comunicazione o le capacità del ricevitore sono sconosciute, viene organizzato un canale di feedback attraverso il quale il ricevitore può informare il trasmettitore sulle sue capacità, sul numero di pacchetti mancati, ecc. Questo canale utilizza il protocollo RTCP. Il formato dei pacchetti trasmessi in questo canale è definito nella RFC 3605. Su questo canale vengono trasmessi relativamente pochi dati, 200..300 byte al secondo, quindi in generale la sua presenza non è gravosa. Il numero di porta a cui vengono inviati i pacchetti RTCP deve essere dispari e maggiore di uno rispetto al numero di porta da cui proviene il flusso RTP. Nel nostro esempio, non utilizzeremo questo canale, poiché le capacità del ricevitore e del canale ovviamente superano le nostre esigenze, finora modeste.

Nel nostro programma il circuito di trasmissione dati, a differenza dell'esempio precedente, sarà diviso in due parti: un percorso di trasmissione ed un percorso di ricezione. Per ogni parte creeremo la nostra sorgente di clock, come mostrato nell'immagine del titolo.

La comunicazione unidirezionale tra loro verrà effettuata utilizzando il protocollo RTP. In questo esempio, non abbiamo bisogno di una rete esterna, poiché sia ​​il trasmettitore che il ricevitore si troveranno sullo stesso computer: i pacchetti viaggeranno al suo interno.

Per stabilire un flusso RTP, lo streamer multimediale utilizza due filtri: MS_RTP_SEND e MS_RTP_RECV. Il primo trasmette il secondo e riceve il flusso RTP. Affinché questi filtri funzionino, devono passare un puntatore a un oggetto di sessione RTP, che può convertire un flusso di blocchi di dati in un flusso di pacchetti RTP o fare il contrario. Poiché il formato dati interno dello streamer multimediale non corrisponde al formato dati del pacchetto RTP, prima di trasferire i dati a MS_RTP_SEND, è necessario utilizzare un filtro codificatore che converta i campioni di segnale audio a 16 bit in codificati a otto bit secondo il formato u-legge (mu-legge). Sul lato ricevente il filtro del decoder svolge la funzione opposta.

Di seguito il testo del programma che implementa lo schema mostrato in figura (i simboli # prima delle direttive include sono stati rimossi, non dimenticate di includerli):

/* 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);
}
}

Compiliamo ed eseguiamo. Il programma funzionerà come nell'esempio precedente, ma i dati verranno trasmessi tramite un flusso RTP.

Nel prossimo articolo divideremo questo programma in due applicazioni indipendenti: un ricevitore e un trasmettitore e li lanceremo su terminali diversi. Allo stesso tempo impareremo come analizzare i pacchetti RTP utilizzando il programma TShark.

Fonte: habr.com