WebRTC之FEC前向纠错协议

FEC前向纠错用于丢包恢复，对媒体包进行异或或其他算法生成冗余包进行发送。如果接收端出现丢包，可以通过冗余包恢复出原始的媒体包。FEC的代价是增加码率带宽，所以一般会根据网络状况、丢包率来动态调整FEC冗余系数，也会结合NACK/ARQ丢包重传使用。WebRTC使用的FEC包括：ULP、flex、RED三种协议。接下来，我们主要分析ULP的协议结构。

ULP全称为Uneven Level Protection，不均匀级别保护，权衡网络带宽和保护力度。FEC冗余包越多，丢包恢复能力越强，但是带宽消耗越多。并不是所有媒体包的优先级都相同，因此可根据优先级来划分保护等级，比如优先分配给音频包，然后是视频的I帧包，接着是P帧、B帧。

1、ULP结构

基于ULP的FEC包有一个或多个保护等级。如下图所示，FEC包#1只有一个等级，用于保护媒体包A和B；而FEC包#2有两个等级，0级用于保护媒体包C和D，1级用于保护媒体包A、B、C、D。

2、FEC数据包结构

FEC数据包由RTP头、FEC头、FEC等级、FEC载荷组成，如下图所示。

3、FEC头结构

FEC头的结构由：扩展位E、长掩码L、填充位P、扩展标志X、CSRC计数、标志位M 、PT载荷类型、基本序列号、时间戳、长度组成，占8个字节。如下图所示：

E：扩展位，占1 bit，默认为0；

L：长掩码，占1 bit，L=0时掩码长度为16 bits，L=1时掩码长度为48 bits；

P、X、CC、M、PT与RTP头的数值一致；

SN base：基本序列号，占16 bits；

TS recovery：恢复包的时间戳，占32 bits；

length recovery：恢复包的长度，占16 bits； 

4、 FEC的ULP等级

FEC的等级头占4或8字节，当L=0时头部长度为4字节，当L=1时头部长度为8字节。其中，保护长度占16 bits，mask掩码占16 bits，当L=1时有扩展mask占32 bits。

掩码的设置需要符合以下条件：

(1)、保护等级大于0的媒体包只会被保护一次，保护等级等于0的媒体包可以被多次保护； 

(2)、假设媒体包的保护等级为p，它可以被等级为p-1的任意FEC包进行保护；

(3)、假设FEC包包含保护等级p，它必须包含保护等级p-1；

5、生成FEC包

FEC包由媒体包逐位异或得到，并且根据每个等级生成不同的FEC包。假如RTP媒体包之间长度不同，需要以最长的媒体包为基准，其他媒体包添加填充位。

单个保护等级的FEC包示例如下，这里以媒体包D长度为准，其他媒体包后面填充0：

 两个保护等级的FEC包示例如下：

6、FEC应用SDP会话

如下图所示，分为2个FEC组：第一组为"a=group:FEC 1 2"，由音频流1和ulpfec流2组成；第二组为"a=group:FEC 3 4"，由视频流3和ulpfec流4组成。