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基于H.264的RTP打包中的组合封包以及分片封包结构图简介及抓包分析；FU-A FU-B STAP-A STAP-B简介；

news 2025/7/12 21:49:52

H.264视频流的RTP封装类型分析：

前言：

1.RTP打包原则：

RTP的包长度必须要小于MTU(最大传输单元)，IP协议中MTU的最大长度为1500字节。除去IP报头（20字节）、UDP报头（8字节）、RTP头（12字节），所有RTP有效载荷（即NALU内容）的长度不得超过1460字节。

NULL Hearder简介(结构如下)：

  +---------------+|0|1|2|3|4|5|6|7|+-+-+-+-+-+-+-+-+|F|NRI|  Type   |+---------------+

F：forbidden_zero_bit，占1位，在 H.264 规范中规定了这一位必须为 0；
NRI：nal_ref_idc，占2位，取值从0到3，指示这个 NALU 的重要性，取值越大约重要；
Type：nalu是指包含在 NAL 单元中的 RBSP 数据结构的类型，其中0未指，1-19在264协议中有定义，20-23为264协议指定的保留位。24-29在RFC3984中进行了指定。其中STAP-A为24，FU-A为28。

其中Type详细介绍前文以叙述：RFC3984: RTP Payload Format for H.264 Video(中英文版)官方文献，RTP协议头格式分析详解；RTP载荷H264码流；

其中我们看到1-11就是NALU的单个包类型，但是一个NALU的大小是不一样的，如果是非视频数据的SPS PPS才十几个字节，对于IDR帧，则有可能几十KB。这样把NALU打包到RTP方式就很多：分为一个RTP包承载一个NALU，多个NALU合并到一个RTP，一个大的NALU切分成多个RTP。同时由于时间戳的问题，就有了24-29几种类型。

但是对于发送端组RTP包的一方来说，尽可能找简单的打包方式。对于接受端则需要适配各种发送端的打包方式，因为无法决定输入源的打包方式。这里先分享下我们的打包方式，比较简单：

我们对于NALU的长度<1400的则采用的是单一NALU打包到单一的RTP包中；
我们对于NALU的长度>=1400的则采用了FU-A的方式进行了打包，这种就是把一个大的NALU进行了切分，最后接收方则进行了合并，把多个RTP包合并成一个完整的NALU即可；
至于为什么NALU的长度大于1400字节就要进行FU-A切片，是因为底层MTU大小值固定为1500，从传输效率讲，这里用1400作为切分条件。

2.RTP打包模式：

主要分为三种模式：单一NALU模式、分片模式、组合模式，实际中前两种用的比较多。

一、单一NALU模式分析：

1.单一NALU模式结构如下：

   0                   1                   2                   30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|F|NRI|  type   |                                               |+-+-+-+-+-+-+-+-+                                               ||                                                               ||               Bytes 2..n of a Single NAL unit                 ||                                                               ||                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|                               :...OPTIONAL RTP padding        |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

2.抓包对照分析

二、分片包模式分析

1.FU-A和FU-B的结构如下：

// 5.8. Fragmentation Units (FUs) (p29)
0               1               2               3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  FU indicator |   FU header   |              DON              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|
|                                                               |
|                          FU payload                           |
|                                                               |
|                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                               :   ...OPTIONAL RTP padding     |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

注意：STAP-A和FU-A的RTP荷载结构不包含DON(解码顺序号). STAP-B，FU-B结构包含DON。

与单一封包不一样的是，|F|NRI|type|变成了|FU indicator|FU header|。其实，|FU indicator|就是|F|NRI|type|，但是额外增加了|FU header|用于标识当前分片的状态，如下所示：

  // FU header 结构如下：+---------------+|0|1|2|3|4|5|6|7|+-+-+-+-+-+-+-+-+|S|E|R|  Type   |+---------------+

S: 1 bit 当设置成1,开始位指示分片NAL单元的开始。当跟随的FU荷载不是分片NAL单元荷载的开始，开始位设为0；
E: 1 bit 当设置成1, 结束位指示分片NAL单元的结束，即, 荷载的最后字节也是分片NAL单元的最后一个字节。当跟随的FU荷载不是分片NAL单元的最后分片,结束位设置为0；
R: 1 bit 保留位必须设置为0，接收者必须忽略该位；
Type: 5 bits NAL单元荷载类型定义在[1]的表7-1(与前文中的type一致，不做展开)。

2.抓包对照分析，以FU-A为例

三、组合包封装模式分析

1.STAP-A结构如下(type 24)：

当NALU的长度特别小时，可以把几个NALU封在一个RTP包中。下面的是STAP-A模式，如果是STAP-B的话会多加入一个DON域。

       0                   1                   2                   3           0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+        |                          RTP Header                           |        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+        |STAP-A NAL HDR |         NALU 1 Size           | NALU 1 HDR    |        +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|                         NALU 1 Data                           |        :                                                               :+               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|               | NALU 2 Size                   | NALU 2 HDR    |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|                         NALU 2 Data                           |:                                                               :|                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|                               :...OPTIONAL RTP padding        |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+图 STAP-A RTP包包含一个STAP-A. STAP包含两个单时刻聚合单元

2.STAP-B结构如下(type 25)：

       0                   1                   2                   30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|                          RTP Header                           |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|STAP-B NAL HDR | DON                           | NALU 1 Size   |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| NALU 1 Size   | NALU 1 HDR    | NALU 1 Data                   |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +:                                                               :+               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|               | NALU 2 Size                   | NALU 2 HDR    |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|                       NALU 2 Data                             |:                                                               :|                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+|                               :...OPTIONAL RTP padding        |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+图STAP-B 一个RTP包包含一个STAP-B. STAP包含两个单时刻聚合单元例子

RTP Header(1 byte)：RTP协议头，前文有叙述，不做展开；
STAP-(A/B) NAL HDR()：STAP-(A/B)帧头，与前文的|F|NRI|type|结构一致；
DON：解码顺序号，STAP-A帧不包含DON，STAP-B帧的话则会多加入一个DON域；

例：如有一个 H.264 的 NALU 是这样的:

[00 00 00 01 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ... ]

[00 00 00 01 68 42 B0 12 58 6A D4 FF ... ]

封装成 RTP 包将如下:

[ RTP Header ] [78 (STAP-A头，占用1个字节)] [第一个NALU长度 (占用两个字节)] [ 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ... ] [第二个NALU长度 (占用两个字节)] [68 42 B0 12 58 6A D4 FF ... ]