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我们在对接RTSP直播播放器相关技术诉求的时候#xff0c;好多开发者#xff0c;除了选用成熟的RTSP播放器外#xff0c;还想知其然知其所以然#xff0c;对RTSP播放器的整体开发有个基础的了解#xff0c;方便方案之作和技术延伸。本文抛砖引玉#xff0c;做个…技术背景
我们在对接RTSP直播播放器相关技术诉求的时候好多开发者除了选用成熟的RTSP播放器外还想知其然知其所以然对RTSP播放器的整体开发有个基础的了解方便方案之作和技术延伸。本文抛砖引玉做个大概的介绍。
技术实现
技术难点
在探讨RTSP直播播放器技术实现之前我们先来看为什么RTSP播放器的开发看似简单实则复杂或者说做播放器容易做个好的播放器为什么就那么难
协议复杂性
理解 RTSP 协议规范 RTSP 协议本身比较复杂包含多种请求方法如 OPTIONS、DESCRIBE、SETUP、PLAY、PAUSE、TEARDOWN 等、状态码和头部字段。开发者需要深入理解这些规范以便正确地与服务器进行交互。例如在处理 DESCRIBE 请求时需要解析服务器返回的媒体描述信息其中可能包含复杂的 SDPSession Description Protocol格式包括媒体类型、编码方式、帧率、分辨率等参数的描述。理解和解析这些信息需要对协议规范有深入的了解。处理不同的协议变种和扩展 在实际应用中可能会遇到不同的 RTSP 服务器实现它们可能会有一些协议变种或自定义的扩展。开发者需要能够处理这些差异确保播放器能够与各种服务器兼容。例如某些服务器可能会在 RTSP 响应中添加自定义的头部字段或者对标准的请求方法有不同的处理方式。开发者需要能够识别这些差异并进行相应的处理以保证播放器的兼容性。
网络环境的不确定性
适应不同的网络条件 RTSP 播放器需要在各种网络环境下工作包括不同的带宽、延迟、丢包率等。开发者需要考虑如何适应这些不同的网络条件以确保视频的流畅播放。例如在低带宽环境下可能需要采用自适应比特率技术根据网络状况动态调整视频的码率以避免卡顿和缓冲。在高延迟网络中需要优化播放控制算法减少播放延迟提高用户体验。处理网络错误和异常情况 网络环境中可能会出现各种错误和异常情况如连接中断、服务器故障、丢包等。开发者需要能够处理这些情况进行适当的错误恢复和重试机制以保证播放器的稳定性。例如当连接中断时播放器需要能够自动尝试重新连接服务器并在重新连接成功后继续播放。当出现丢包情况时需要采用适当的错误隐藏技术如帧间插值或重复上一帧以减少视频的卡顿和花屏现象。
视频解码和播放的复杂性
支持多种视频编码格式 RTSP 流可以使用多种视频编码格式如 H.264、H.265、MPEG-4 等。开发者需要选择合适的视频解码器并确保播放器能够支持各种常见的编码格式。不同的编码格式具有不同的特点和复杂性需要对其进行深入了解和处理。例如H.265 编码具有更高的压缩率但解码复杂度也更高。开发者需要选择高效的解码器并进行优化以确保在不同设备上的性能表现。处理视频同步问题 在播放视频时需要确保音频和视频的同步播放。这涉及到处理视频和音频的时间戳、帧率、采样率等参数以及进行适当的同步调整。视频和音频的同步是一个复杂的问题需要考虑多种因素如网络延迟、解码时间、播放设备的性能等。开发者需要采用适当的同步算法确保音频和视频的同步播放提高用户体验。
跨平台开发的挑战
适应不同的操作系统和设备 RTSP 播放器需要在不同的操作系统和设备上运行如 Windows、Linux、Android、iOS 等。开发者需要考虑如何进行跨平台开发确保播放器在各种平台上都能正常工作。不同的平台具有不同的开发环境、编程语言和多媒体框架需要进行相应的适配和优化。例如在 Android 平台上可能需要使用 Java 或 Kotlin 进行开发并利用 Android 的多媒体框架在 iOS 平台上可能需要使用 Objective-C 或 Swift 进行开发并利用 iOS 的 AVFoundation 框架。处理不同的硬件特性 不同的设备具有不同的硬件特性如处理器性能、内存大小、图形处理能力等。开发者需要考虑如何优化播放器的性能以适应不同设备的硬件特性。例如在性能较低的设备上可能需要采用更高效的解码算法和播放控制策略以减少资源占用和提高播放流畅性。在具有硬件加速功能的设备上可以利用硬件加速来提高解码和播放性能。
技术选型
编程语言和平台
选择适合的编程语言和开发平台。常见的选择包括 C、Java、Python等编程语言以及 Android、iOS、Windows、Linux 等操作系统平台。例如在 Android平台上可以使用 Java 或 Kotlin 进行开发利用 Android SDK 提供的多媒体框架和网络功能来实现 RTSP 播放器。也可以通过jni接口封装核心业务在底层对上提供jni调用接口。
多媒体框架和库
选择合适的多媒体框架和库来实现视频解码和播放功能。一些常用的多媒体框架和库包括 FFmpeg、GStreamer、VLC 等。这些框架和库提供了丰富的功能如视频解码、音频解码、流媒体协议支持等可以大大简化 RTSP 播放器的开发过程。例如FFmpeg 是一个广泛使用的开源多媒体框架支持众多的视频和音频格式以及流媒体协议可以在多个平台上使用。
了解RTSP协议
协议结构和工作原理 深入了解 RTSP 协议的结构和工作原理。RTSP 是一个应用层协议用于控制实时流媒体的传输。它使用 TCP 或 UDP 作为传输层协议通过发送请求和接收响应来实现对媒体流的控制。RTSP 协议的主要功能包括媒体流的播放、暂停、快进、快退等操作以及媒体流的描述、设置和传输控制等。了解 RTSP 协议的请求和响应格式、状态码、方法等内容对于开发 RTSP 播放器至关重要。协议交互过程 熟悉 RTSP 协议的交互过程。当播放器连接到 RTSP 服务器时首先发送 OPTIONS 请求以获取服务器支持的方法列表。然后播放器发送 DESCRIBE 请求获取媒体流的描述信息包括媒体格式、编码方式、帧率等。根据媒体流的描述信息播放器选择合适的解码器进行视频和音频解码。接下来播放器发送 SETUP 请求建立媒体流的传输连接并发送 PLAY 请求开始播放媒体流。在播放过程中播放器可以发送 PAUSE、TEARDOWN 等请求来控制媒体流的播放状态。
实现播放器功能
网络连接和数据接收
实现与 RTSP 服务器的网络连接和数据接收功能。使用所选编程语言的网络编程库建立与 RTSP 服务器的 TCP 或 UDP 连接并接收服务器发送的媒体流数据。在接收数据时需要处理网络错误、丢包等情况确保数据的完整性和准确性。可以使用缓冲区来存储接收到的数据以便后续的解码和播放操作。
视频解码和播放
选择合适的视频解码器对接收的媒体流数据进行解码并将解码后的视频帧显示在屏幕上。根据所选的多媒体框架和库配置解码器参数如视频格式、分辨率、帧率等。对于视频播放可以使用图形库或多媒体框架提供的显示功能将解码后的视频帧绘制在窗口或视图中。同时需要处理视频的同步问题确保音频和视频的同步播放。
音频解码和播放
对接收的媒体流数据中的音频部分进行解码并通过音频设备播放出来。选择合适的音频解码器配置解码器参数如音频格式、采样率、声道数等。使用音频输出库或多媒体框架提供的音频播放功能将解码后的音频数据发送到音频设备进行播放。同样需要处理音频的同步问题确保音频和视频的同步播放。
播放控制和用户界面
实现播放控制功能如播放、暂停、快进、快退等操作。通过发送相应的 RTSP 请求来控制媒体流的播放状态并在用户界面上提供相应的控制按钮。设计用户界面包括视频显示区域、播放控制按钮、进度条等。使用图形用户界面库或开发平台提供的界面设计工具创建直观、易用的用户界面。
SmartPlayer设计实现
以大牛直播SDK的SmartPlayer RTSP直播播放模块为例我们来看看如何实现低延迟的RTSP播放器。大牛直播SDK自2015年发布RTSP、RTMP直播播放模块迭代从未停止SmartPlayer功能强大、性能强劲、高稳定、超低延迟、超低资源占用。无需赘述全自研内核行业内一致认可的跨平台RTSP、RTMP直播播放器。先说功能设计如不单独说明Windows、Linuxx86_64|aarch64架构、Android、iOS全平台支持。 [多实例播放]支持多实例播放 [事件回调]支持网络状态、buffer状态等回调 [视频格式]支持H.265、H.264此外还支持RTSP MJPEG播放 [音频格式]支持AAC/PCMA/PCMU [H.264/H.265软解码]支持H.264/H.265软解 [H.264硬解码]Windows/Android/iOS支持特定机型H.264硬解 [H.265硬解]Windows/Android/iOS支持特定机型H.265硬解 [H.264/H.265硬解码]Android支持设置Surface模式硬解和普通模式硬解码 [RTSP模式设置]支持RTSP TCP/UDP模式设置 [RTSP TCP/UDP自动切换]支持RTSP TCP、UDP模式自动切换 [RTSP超时设置]支持RTSP超时时间设置单位秒 [RTSP 401认证处理]支持上报RTSP 401事件如URL携带鉴权信息会自动处理 [缓冲时间设置]支持buffer time设置 [首屏秒开]支持首屏秒开模式 [复杂网络处理]支持断网重连等各种网络环境自动适配 [快速切换URL]支持播放过程中快速切换其他URL内容切换更快 [音视频多种render机制]Android平台视频surfaceview/OpenGL ES音频AudioTrack/OpenSL ES [实时静音]支持播放过程中实时静音/取消静音 [实时音量调节]支持播放过程中实时调节音量 [实时快照]支持播放过程中截取当前播放画面 [只播关键帧]Windows平台支持实时设置是否只播放关键帧 [渲染角度]支持0°90°180°和270°四个视频画面渲染角度设置 [渲染镜像]支持水平反转、垂直反转模式设置 [等比例缩放]支持图像等比例缩放绘制(Android设置surface模式硬解模式不支持) [实时下载速度更新]支持当前下载速度实时回调(支持设置回调时间间隔) [解码前视频数据回调]支持H.264/H.265数据回调 [解码后视频数据回调]支持解码后YUV/RGB数据回调 [解码前音频数据回调]支持AAC/PCMA/PCMU数据回调 [音视频自适应]支持播放过程中音视频信息改变后自适应 [扩展录像功能]完美支持和录像SDK组合使用。
RTSP播放器设计要点
1. 低延迟大多数RTSP的播放都面向直播场景所以如果延迟过大严重影响体验所以低延迟是衡量一个好的RTSP播放器非常重要的指标目前大牛直播SDK的RTSP直播播放延迟比开源播放器更优异而且长时间运行下不会造成延迟累积
2. 音视频同步处理有些播放器为了追求低延迟甚至不做音视频同步拿到audio video直接播放导致a/v不同步还有就是时间戳乱跳等各种问题大牛直播SDK提供的播放器具备好的时间戳同步和异常时间戳矫正机制
3. 支持多实例大牛直播SDK提供的播放器支持同时播放多路音视频数据比如4-8-9窗口大多开源播放器对多实例支持不太友好
4. 支持buffer time设置在一些有网络抖动的场景播放器需要支持buffer time设置一般来说以毫秒计开源播放器对此支持不够友好
5. TCP/UDP模式设定、自动切换考虑到好多服务器仅支持TCP或UDP模式一个好的RTSP播放器需要支持TCP/UDP模式设置如链接不支持TCP或UDP大牛直播SDK可自动切换开源播放器不具备自动切换TCP/UDP能力
6. 实时静音比如多窗口播放RTSP流如果每个audio都播放出来体验非常不好所以实时静音功能非常必要开源播放器不具备实时静音功能
7. 视频view旋转好多摄像头由于安装限制导致图像倒置所以一个好的RTSP播放器应该支持如视频view实时旋转(0° 90° 180° 270°)、水平反转、垂直反转开源播放器不具备此功能
8. 支持解码后audio/video数据输出大牛直播SDK接触到好多开发者希望能在播放的同时获取到YUV或RGB数据进行人脸匹配等算法分析开源播放器不具备此功能
9. 实时快照感兴趣或重要的画面实时截取下来非常必要一般播放器不具备快照能力开源播放器不具备此功能
10. 网络抖动处理(如断网重连)稳定的网络处理机制、支持如断网重连等开源播放器对网络异常处理支持较差
11. 长期运行稳定性不同于市面上的开源播放器大牛直播SDK提供的Windows平台RTSP直播播放SDK适用于数天长时间运行开源播放器对长时间运行稳定性支持较差
12. log信息记录整体流程机制记录到LOG文件确保出问题时有据可依开源播放器几无log记录。
13. 实时下载速度反馈大牛直播SDK提供音视频流实时下载回调并可设置回调时间间隔确保实时下载速度反馈以此来监听网络状态开源播放器不具备此能力
14. 异常状态处理、Event状态回调如播放的过程中断网、网络抖动、等各种场景大牛直播SDK提供的播放器可实时回调相关状态确保上层模块感知处理开源播放器对此支持不好
15. 关键帧/全帧播放实时切换特别是播放多路画面的时候如果路数过多全部解码、绘制系统资源占用会加大如果能灵活的处理可以随时只播放关键帧全帧播放切换对系统性能要求大幅降低。
Android平台RTSP播放示例
下面以Android平台多实例RTSP播放为例探讨下接口设计和调用说明。 我们针对的功能展示主要是播放和录像这块先说播放
/** SmartPlayer.java* Author: https://daniusdk.com* WeChat: xinsheng120* Created by DaniuLive on 2015/09/26.*/
class ButtonPlayback1Listener implements View.OnClickListener {public void onClick(View v) {if (stream_player_1_.is_playing()) {Log.i(TAG, Stop player1..);boolean iRet stream_player_1_.StopPlayer();if (!iRet) {Log.e(TAG, Call StopPlayer failed..);return;}stream_player_1_.try_release();btn_playback1.setText(开始播放1);SetViewVisibility(surface_view_1_);} else {Log.i(TAG, Start playback stream1);int play_buffer 0;int is_using_tcp 0;if(!stream_player_1_.OpenPlayerHandle(playback_url_1_, play_buffer, is_using_tcp))return;stream_player_1_.SetView(surface_view_1_);boolean is_mute false;boolean iPlaybackRet stream_player_1_.StartPlayer(isHardwareDecoder, is_enable_hardware_render_mode, is_mute);if (!iPlaybackRet) {Log.e(TAG, Call StartPlayer failed..);return;}btn_playback1.setText(停止播放1);}}
}
对应的OpenPlayerHandle()实现如下
/** LibPlayerWrapper.java.java* Author: https://daniusdk.com*/
public boolean OpenPlayerHandle(String playback_url, int play_buffer, int is_using_tcp) {if (check_native_handle())return true;if(!isValidRtspOrRtmpUrl(playback_url))return false;long handle lib_player_.SmartPlayerOpen(application_context());if (0handle) {Log.e(TAG, sdk open failed!);return false;}lib_player_.SetSmartPlayerEventCallbackV2(handle, new EventHandleV2());lib_player_.SmartPlayerSetBuffer(handle, play_buffer);// set report download speed(默认2秒一次回调 用户可自行调整report间隔)lib_player_.SmartPlayerSetReportDownloadSpeed(handle, 1, 4);boolean isFastStartup true;lib_player_.SmartPlayerSetFastStartup(handle, isFastStartup ? 1 : 0);//设置RTSP超时时间int rtsp_timeout 10;lib_player_.SmartPlayerSetRTSPTimeout(handle, rtsp_timeout);//设置RTSP TCP/UDP模式自动切换int is_auto_switch_tcp_udp 1;lib_player_.SmartPlayerSetRTSPAutoSwitchTcpUdp(handle, is_auto_switch_tcp_udp);lib_player_.SmartPlayerSaveImageFlag(handle, 1);// It only used when playback RTSP stream..lib_player_.SmartPlayerSetRTSPTcpMode(handle, is_using_tcp);lib_player_.DisableEnhancedRTMP(handle, 0);lib_player_.SmartPlayerSetUrl(handle, playback_url);set(handle);return true;
}
对应的开始播放、停止播放设计
/** LibPlayerWrapper.java* Author: https://daniusdk.com*/
public boolean StartPlayer(boolean is_hardware_decoder, boolean is_enable_hardware_render_mode, boolean is_mute) {if (is_playing()) {Log.e(TAG, already playing, native_handle: get());return false;}SetPlayerParam(is_hardware_decoder, is_enable_hardware_render_mode, is_mute);int ret lib_player_.SmartPlayerStartPlay(get());if (ret ! OK) {Log.e(TAG, call StartPlay failed, native_handle: get() , ret: ret);return false;}write_lock_.lock();try {this.is_playing_ true;} finally {write_lock_.unlock();}Log.i(TAG, call StartPlayer OK, native_handle: get());return true;
}public boolean StopPlayer() {if (!check_native_handle())return false;if (!is_playing()) {Log.w(TAG, its not playing, native_handle: get());return false;}boolean is_need_call false;write_lock_.lock();try {if (this.is_playing_) {this.is_playing_ false;is_need_call true;}} finally {write_lock_.unlock();}if (is_need_call)lib_player_.SmartPlayerStopPlay(get());return true;
}
录像设计
/** SmartPlayer.java* Author: https://daniusdk.com*/
class ButtonRecorder1Listener implements View.OnClickListener {public void onClick(View v) {if (stream_player_1_.is_recording()) {Log.i(TAG, Stop recorder1..);boolean iRet stream_player_1_.StopRecorder();if (!iRet) {Log.e(TAG, Call StopRecorder failed..);return;}stream_player_1_.try_release();btn_recorder1.setText(开始录像1);} else {Log.i(TAG, Start recorder stream1);int play_buffer 0;int is_using_tcp 0;if(!stream_player_1_.OpenPlayerHandle(playback_url_1_, play_buffer, is_using_tcp))return;stream_player_1_.ConfigRecorderParam(recDir, 400, 1, 1, 1);boolean iRecRet stream_player_1_.StartRecorder();if (!iRecRet) {Log.e(TAG, Call StartRecorder failed..);return;}btn_recorder1.setText(停止录像1);}}
}
录像参数配置选项
/** LibPlayerWrapper.java* Author: https://daniusdk.com*/
public boolean ConfigRecorderParam(String rec_dir, int file_max_size, int is_transcode_aac,int is_record_video, int is_record_audio) {if(!check_native_handle())return false;if (null rec_dir || rec_dir.isEmpty())return false;int ret lib_player_.SmartPlayerCreateFileDirectory(rec_dir);if (ret ! 0) {Log.e(TAG, Create record dir failed, path: rec_dir);return false;}if (lib_player_.SmartPlayerSetRecorderDirectory(get(), rec_dir) ! 0) {Log.e(TAG, Set record dir failed , path: rec_dir);return false;}if (lib_player_.SmartPlayerSetRecorderFileMaxSize(get(),file_max_size) ! 0) {Log.e(TAG, SmartPlayerSetRecorderFileMaxSize failed.);return false;}lib_player_.SmartPlayerSetRecorderAudioTranscodeAAC(get(), is_transcode_aac);// 更细粒度控制录像的, 一般情况无需调用lib_player_.SmartPlayerSetRecorderVideo(get(), is_record_video);lib_player_.SmartPlayerSetRecorderAudio(get(), is_record_audio);return true;
}
开始录像、结束录像
/** LibPlayerWrapper.java* Author: https://daniusdk.com*/
public boolean StartRecorder() {if (is_recording()) {Log.e(TAG, already recording, native_handle: get());return false;}int ret lib_player_.SmartPlayerStartRecorder(get());if (ret ! OK) {Log.e(TAG, call SmartPlayerStartRecorder failed, native_handle: get() , ret: ret);return false;}write_lock_.lock();try {this.is_recording_ true;} finally {write_lock_.unlock();}Log.i(TAG, call SmartPlayerStartRecorder OK, native_handle: get());return true;
}public boolean StopRecorder() {if (!check_native_handle())return false;if (!is_recording()) {Log.w(TAG, its not recording, native_handle: get());return false;}boolean is_need_call false;write_lock_.lock();try {if (this.is_recording_) {this.is_recording_ false;is_need_call true;}} finally {write_lock_.unlock();}if (is_need_call)lib_player_.SmartPlayerStopRecorder(get());return true;
}
总结
做RTSP播放器容易做个可以稳定用于实际场景的低延迟RTSP播放器真的非常困难首先RTSP协议本身的复杂度如果不涉及底层协议栈只是开源的项目编译调试小修小改遇到问题很难处理。还有就是网络环境的不确定性视频解码和播放的复杂性视频同步问题的复杂性及考虑因素。最后在跨平台开发的挑战不同操作系统和设备以及处理不同硬件特性都需要考虑。以上抛砖引玉感兴趣的开发者可以单独跟我沟通探讨。
