RTSP网络视频协议

一.RTSP网络视频协议介绍

RTSP是类似HTTP的应用层协议，一个典型的流媒体框架网络体系可参考下图，其中rtsp主要用于控制命令，rtcp主要用于视频质量的反馈，rtp用于视频、音频流从传输。

1、RTSP（Real Time Streaming Protocol），RFC2326，实时流传输协议，是TCP/IP协议体系中的一个应用层协议，由哥伦比亚大学、网景和RealNetworks公司提交的IETF RFC标准。该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或UDP完成数据传输。
2、Real-time Transport Protocol或简写RTP，它是由IETF的多媒体传输工作小组1996年在RFC 1889中公布的。RTP协议详细说明了在互联网上传递音频和视频的标准数据包格式。它是创建在UDP协议上的。
3、Real-time Transport Control Protocol或RTP Control Protocol或简写RTCP）是实时传输协议（RTP）的一个姐妹协议。RTCP由RFC 3550定义（取代作废的RFC 1889）。RTP 使用一个 偶数 UDP port ；而RTCP 则使用 RTP 的下一个 port，也就是一个奇数 port。RTCP与RTP联合工作，RTP实施实际数据的传输，RTCP则负责将控制包送至会话中的每个接收者。其主要功能是就RTP正在提供的服务质量做出反馈。

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二.RTSP客户端的请求格式

rtsp报文由三部分组成，即开始行、首部行和实体主体。在请求报文中，开始行就是请求行。rtsp请求报文的结构如下图所示。

rtsp响应报文的结构如下图所示

格式表示如下：

method url vesion\r\n
CSeq: x\r\n
xxx\r\n
...
\r\n

格式解析如下：

method：方法，表明这次请求的方法，rtsp定义了很多方法，后面介绍
url：格式一般为 ：rtsp://ip:port/session，

ip： 代表主机ip，

port ： 代表端口号，如果不写那么就是默认端口，rtsp的默认端口为554，

session：代表明请求哪一个会话，
version： 表示rtsp的版本，现在为RTSP/1.0，
CSeq：序列号，每个RTSP请求和响应都对应一个序列号，序列号是递增的。
 

三.RTSP的消息格式

RTSP的消息有两大类，一是请求消息(request)，一是回应消息(response)，两种消息的格式不同。

第一步：查询服务器端可用方法

C->S OPTION request //询问S有哪些方法可用
S->C OPTION response //S回应信息的public头字段中包括提供的所有可用方法

第二步：得到媒体描述信息

C->S DESCRIBE request //要求得到S提供的媒体描述信息
S->C DESCRIBE response //S回应媒体描述信息，一般是sdp信息

第三步：建立RTSP会话

C->S SETUP request //通过Transport头字段列出可接受的传输选项，请求S建立会话
S->C SETUP response //S建立会话，通过Transport头字段返回选择的具体转输选项，并返回建立的Session ID;

第四步：请求开始传送数据

C->S PLAY request //C请求S开始发送数据
S->C PLAY response //S回应该请求的信息

四.RTSP抓包报文请求

如下图抓包报文所示，一般RTSP协议包含这四个通讯过程。

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1.OPTION

//获取服务器提供的可用方法
客户端->>服务器:OPTION
服务器->>客户端: 200 OK (Method)

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2.DESCRIBE

//得到会话描述信息
客户端->>服务器:DESCRIBE
服务器->>客户端: 200 OK (SDP)

用于请求URL指定对象的描述信息，通常描述信息使用SDP(Session Description Protocol)格式。

C->S  DESCRIBE rtsp://video.foocorp.com:554/streams/example.rm RTSP/1.0CSeq: 2S->C  RTSP/1.0 200 OKCSeq: 2Content-Type: application/sdpContent-Length: 210 m=video 0 RTP/AVP 96a=control:streamid=0a=range:npt=0-7.741000a=length:npt=7.741000a=rtpmap:96 MP4V-ES/5544a=mimetype:string;"video/MP4V-ES"a=AvgBitRate:integer;304018a=StreamName:string;"hinted video track"m=audio 0 RTP/AVP 97a=control:streamid=1a=range:npt=0-7.712000a=length:npt=7.712000a=rtpmap:97 mpeg4-generic/32000/2a=mimetype:string;"audio/mpeg4-generic"a=AvgBitRate:integer;65790a=StreamName:string;"hinted audio track"

SDP协议格式
SDP(Session Description Protocol)是一个用来描述多媒体会话的应用层控制协议，是一个基于文本的协议，用于会话建立过程中的媒体类型和编码方案的协商等。SDP描述由许多文本行组成，文本行的格式为<类型>=<值>，<类型>是一个字母，<值>是结构化的文本串，其格式依<类型>而定。

＜type＞=<value>[CRLF]

sdp的格式：

v=<version> (协议版本)
o=<username> <session id> <version> <network type> <address type> <address> (所有者/创建者和会话标识符)
s=<session name>    (会话名称)
i=<session description> (会话信息)
u=<URI> (URI 描述)
e=<email address> (Email 地址)
p=<phone number> (电话号码)
c=<network type> <address type> <connection address> (连接信息)
b=<modifier>:<bandwidth-value> (带宽信息)
t=<start time> <stop time> (会话活动时间)
r=<repeat interval> <active duration> <list of offsets from start-time>(0或多次重复次数)
z=<adjustment time> <offset> <adjustment time> <offset> ....
k=<method>
k=<method>:<encryption key> (加密密钥)
a=<attribute> (0 个或多个会话属性行)
a=<attribute>:<value>
m=<media> <port> <transport> <fmt list> (媒体名称和传输地址)

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3.SETUP

//客户端请求建立会话，并确立传输模式
客户端->>服务器:SETUP
服务器->>客户端: 200 OK

4.PLAY

//客户端发起播放请求
客户端->>服务器:PLAY
服务器->>客户端: (RTP包 RTCP包)

windows端代码实现：

//
// Created by bxc on 2022/11/30.
//#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <WinSock2.h>
#include <WS2tcpip.h>
#include <windows.h>
#include <string>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#include <stdint.h>#pragma warning( disable : 4996 )#define SERVER_PORT      8554#define SERVER_RTP_PORT  55532
#define SERVER_RTCP_PORT 55533static int createTcpSocket()
{int sockfd;int on = 1;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0)return -1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&on, sizeof(on));return sockfd;
}static int bindSocketAddr(int sockfd, const char* ip, int port)
{struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(struct sockaddr)) < 0)return -1;return 0;
}static int acceptClient(int sockfd, char* ip, int* port)
{int clientfd;socklen_t len = 0;struct sockaddr_in addr;memset(&addr, 0, sizeof(addr));len = sizeof(addr);clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, &len);if (clientfd < 0)return -1;strcpy(ip, inet_ntoa(addr.sin_addr));*port = ntohs(addr.sin_port);return clientfd;
}static int handleCmd_OPTIONS(char* result, int cseq)
{sprintf(result, "RTSP/1.0 200 OK\r\n""CSeq: %d\r\n""Public: OPTIONS, DESCRIBE, SETUP, PLAY\r\n""\r\n",cseq);return 0;
}static int handleCmd_DESCRIBE(char* result, int cseq, char* url)
{char sdp[500];char localIp[100];sscanf(url, "rtsp://%[^:]:", localIp);sprintf(sdp, "v=0\r\n""o=- 9%ld 1 IN IP4 %s\r\n""t=0 0\r\n""a=control:*\r\n""m=video 0 RTP/AVP 96\r\n""a=rtpmap:96 H264/90000\r\n""a=control:track0\r\n",time(NULL), localIp);sprintf(result, "RTSP/1.0 200 OK\r\nCSeq: %d\r\n""Content-Base: %s\r\n""Content-type: application/sdp\r\n""Content-length: %zu\r\n\r\n""%s",cseq,url,strlen(sdp),sdp);return 0;
}static int handleCmd_SETUP(char* result, int cseq, int clientRtpPort)
{sprintf(result, "RTSP/1.0 200 OK\r\n""CSeq: %d\r\n""Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=%d-%d;server_port=%d-%d\r\n""Session: 66334873\r\n""\r\n",cseq,clientRtpPort,clientRtpPort + 1,SERVER_RTP_PORT,SERVER_RTCP_PORT);return 0;
}static int handleCmd_PLAY(char* result, int cseq)
{sprintf(result, "RTSP/1.0 200 OK\r\n""CSeq: %d\r\n""Range: npt=0.000-\r\n""Session: 66334873; timeout=10\r\n\r\n",cseq);return 0;
}static void doClient(int clientSockfd, const char* clientIP, int clientPort) {char method[40];char url[100];char version[40];int CSeq;int clientRtpPort, clientRtcpPort;char* rBuf = (char*)malloc(10000);char* sBuf = (char*)malloc(10000);while (true) {int recvLen;recvLen = recv(clientSockfd, rBuf, 2000, 0);if (recvLen <= 0) {break;}rBuf[recvLen] = '\0';std::string recvStr = rBuf;printf(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>\n");printf("%s rBuf = %s \n",__FUNCTION__,rBuf);const char* sep = "\n";char* line = strtok(rBuf, sep);while (line) {if (strstr(line, "OPTIONS") ||strstr(line, "DESCRIBE") ||strstr(line, "SETUP") ||strstr(line, "PLAY")) {if (sscanf(line, "%s %s %s\r\n", method, url, version) != 3) {// error}}else if (strstr(line, "CSeq")) {if (sscanf(line, "CSeq: %d\r\n", &CSeq) != 1) {// error}}else if (!strncmp(line, "Transport:", strlen("Transport:"))) {// Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=13358-13359// Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=13358-13359if (sscanf(line, "Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=%d-%d\r\n",&clientRtpPort, &clientRtcpPort) != 2) {// errorprintf("parse Transport error \n");}}line = strtok(NULL, sep);}if (!strcmp(method, "OPTIONS")) {if (handleCmd_OPTIONS(sBuf, CSeq)){printf("failed to handle options\n");break;}}else if (!strcmp(method, "DESCRIBE")) {if (handleCmd_DESCRIBE(sBuf, CSeq, url)){printf("failed to handle describe\n");break;}}else if (!strcmp(method, "SETUP")) {if (handleCmd_SETUP(sBuf, CSeq, clientRtpPort)){printf("failed to handle setup\n");break;}}else if (!strcmp(method, "PLAY")) {if (handleCmd_PLAY(sBuf, CSeq)){printf("failed to handle play\n");break;}}else {printf("未定义的method = %s \n", method);break;}printf("<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<\n");printf("%s sBuf = %s \n", __FUNCTION__, sBuf);send(clientSockfd, sBuf, strlen(sBuf), 0);//开始播放，发送RTP包if (!strcmp(method, "PLAY")) {printf("start play\n");printf("client ip:%s\n", clientIP);printf("client port:%d\n", clientRtpPort);while (true) {Sleep(40);//usleep(40000);//1000/25 * 1000}break;}memset(method,0,sizeof(method)/sizeof(char));memset(url,0,sizeof(url)/sizeof(char));CSeq = 0;}closesocket(clientSockfd);free(rBuf);free(sBuf);}int main(int argc, char* argv[])
{// 启动windows socket startWSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){printf("PC Server Socket Start Up Error \n");return -1;}// 启动windows socket endint serverSockfd;serverSockfd = createTcpSocket();if (serverSockfd < 0){WSACleanup();printf("failed to create tcp socket\n");return -1;}if (bindSocketAddr(serverSockfd, "0.0.0.0", SERVER_PORT) < 0){printf("failed to bind addr\n");return -1;}if (listen(serverSockfd, 10) < 0){printf("failed to listen\n");return -1;}printf("%s rtsp://127.0.0.1:%d\n", __FILE__, SERVER_PORT);while (true) {int clientSockfd;char clientIp[40];int clientPort;clientSockfd = acceptClient(serverSockfd, clientIp, &clientPort);if (clientSockfd < 0){printf("failed to accept client\n");return -1;}printf("accept client;client ip:%s,client port:%d\n", clientIp, clientPort);doClient(clientSockfd, clientIp, clientPort);}closesocket(serverSockfd);return 0;
}