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网络流媒体（七）———RTSP

2023-11-01

RTSP协议介绍

RTSP协议的一些分析（一）———————一些字符串函数的使用

RTSP协议的一些分析（二）———————printf类似函数、sscanf以及log保存到内存中（printf输入重定位）

1 简介

        DSP产生的媒体流需要通过网络传送到客户端，如图1.1所示为媒体流网络传输示意图，RTSP用于完成服务器与客户端之间的消息交互，RTP用于传递媒体流。RTSP使用TCP协议传输，RTP使用UDP协议传输。

        如图1.2所示为RTSP消息交互流程:1. 创建RTSP套接字。2. 等待客户端连接。3. 接收RTSP消息请求。4. 对不同的请求作出相应的处理。5. 发送RTSP消息响应。6. 是否结束会话。7. 若结束会话，则释放资源。
        RTSP请求包括：OPTIONS，DESCRIBE，SETUP，PLAY，GET_PARAMETER，TEARDOWN。服务器接收到OPTIONS请求后，将服务器能够提供的消息传给客户端。服务器接收到DESCRIBE请求后，将SDP信息传给客户端。服务器接收到SETUP请求后，建立RTP套接字，连接客户端RTP端口，等待发送RTP包。服务器接收到PALY请求后，开始发送RTP包。服务器接收到GET_PARAMETER请求后，将当前时间传递给客户端。服务器接收到TEARDOWN请求后，停止发送RTP包，释放资源，停止接收RTSP请求，进入等待客户端连接状态。

         如图1.3所示为传输RTP包流程：1. 当接收到SETUP请求后，创建RTP套接字。2. 连接客户端，等待发送RTP包。3. 当接收到PLAY命令后，开始发送RTP包。4. 当接收到TEARDOWN请求后，关闭RTP套接字，释放资源。

        RTSP（Real Time Streaming Protocol）是由Real Network和Netscape共同提出的如何有效地在IP网络上传输流媒体数据的应用层协议。RTSP对流媒体提供了诸如暂停，快进等控制，而它本身并不传输数据，RTSP的作用相当于流媒体服务器的远程控制。服务器端可以自行选择使用TCP或UDP来传送串流内容，它的语法和运作跟HTTP 1.1类似，但并不特别强调时间同步，所以比较能容忍网络延迟。RTSP与RTP最大的区别在于：RTSP是一种双向实时数据传输协议，它允许客户端向服务器端发送请求，如回放、快进、倒退等操作。当然，RTSP可基于RTP来传送数据，还可以选择TCP、UDP、组播UDP等通道来发送数据，具有很好的扩展性。它时一种类似与http协议的网络应用层协议。

         RTSP处于应用层，而RTP/RTCP处于传输层。RTSP负责建立以及控制会话，RTP负责多媒体数据的传输。而RTCP是一个实时传输控制协议，配合RTP做控制和流量监控。封装发送端及接收端（主要）的统计报表。这些信息包括丢包率，接收抖动等信息。发送端根据接收端的反馈信息做响应的处理。RTP与RTCP相结合虽然保证了实时数据的传输，但也有自己的缺点。最显著的是当有许多用户一起加入会话进程的时候，由于每个参与者都周期发送RTCP信息包，导致RTCP包泛滥(flooding)。
         而且允许同时多个串流需求控制（Multicast），除了可以降低服务器端的网络用量，还可以支持多方视频会议（Video  onference）。 因为与HTTP1.1的运作方式相似，所以代理服务器《Proxy》的快取功能《Cache》也同样适用于RTSP，并因RTSP具有重新导向功能，可视实际负载情况来转换提供服务的服务器，以避免过大的负载集中于同一服务器而造成延迟。
         RTSP(Real-Time Stream Protocol)协议是一个基于文本的多媒体播放控制协议，属于应用层。RTSP以客户端方式工作，对流媒体提供播放、暂停、后退、前进等操作。该标准由IETF指定，对应的协议是RFC2326。
         RTSP作为一个应用层协议，提供了一个可供扩展的框架，使得流媒体的受控和点播变得可能，它主要用来控制具有实时特性的数据的发送，但其本身并不用于传送流媒体数据，而必须依赖下层传输协议(如RTP/RTCP)所提供的服务来完成流媒体数据的传送。RTSP负责定义具体的控制信息、操作方法、状态码，以及描述与RTP之间的交互操作。RTSP媒体服务协议框架如下：

        RTSP包含Normal RTSP(数据通过RTP传输，应用厂商有苹果和微软等)，以及Real-RTSP(数据通过RDT传输)。本篇我们主要讲Normal RTSP。
        RTSP传输的一般是TS、MP4格式的流，其传输一般需要2~3个通道，命令和数据通道分离。使用RTSP协议传输流媒体数据需要有专门的媒体播放器和媒体服务器，也就是需要支持RTSP协议的客户端和服务器。

客户端要播放RTSP媒体流，就需要知道媒体源的URL，RTSP的URL格式一般如下：
        rtsp://host[:port]/[abs_path]/content_name
       @host: 有效的域名或IP地址；
       @port: 端口号，缺省为554，若为缺省可不填写，否则必须写明。
       例如，一个完整的RTSP URL可写为：
       rtsp://192.168.1.67:554/test
       又如目前市面上常用的海康网络摄像头的RTSP地址格式为：
       rtsp://[username]:[password]@[ip]:[port]/[codec]/[channel]/[subtype]/av_stream
      示例： 
       rtsp://admin:12345@192.168.1.67:554/h264/ch1/main/av_stream
       rtsp://admin:12345@192.168.1.67/mpeg4/ch1/sub/av_stream

2 RTSP报文 

        对RTSP协议的使用有了一个大概的了解之后，我们来看一下RTSP报文结构。
        RTSP是一种基于文本的协议，用CRLF(回车换行)作为每一行的结束符，其好处是，在使用过程中可以方便地增加自定义参数，也方便抓包分析。从消息传送方向上来分，RTSP的报文有两类：请求报文和响应报文。请求报文是指从客户端向服务器发送的请求(也有少量从服务器向客户端发送的请求)，响应报文是指从服务器到客户端的回应。
请求消息：

方法 URI RTSP版本 CR LF
消息头 CR LF CR LF
消息体 CR LF

回应消息：

RTSP版本 状态码 解释 CR LF
消息头 CR LF CR LF
消息体 CR LF

       RTSP请求报文的常用方法与作用：

       首先客户端连接到流媒体服务器并发送一个RTSP描述请求(DESCRIBE request)，服务器通过一个SDP(Session DescriptionProtocol)描述来进行反馈(DESCRIBEresponse)，反馈信息包括流数量、媒体类型等信息。客户端分析该SDP描述，并为会话中的每一个流发送一个RTSP连接建立请求(SETUPrequest)，该命令会告诉服务器用于接收媒体数据的端口，服务器响应该请求(SETUP response)并建立连接之后，就开始传送媒体流(RTP包)到客户端。在播放过程中客户端还可以向服务器发送请求来控制快进、快退和暂停等。最后，客户端可发送一个终止请求(TEARDOWN request)来结束流媒体会话。
       下面我们通过具体的消息实例来进一步了解一下RTSP的工作过程：

2.1 OPTIONS

       OPTIONS请求是客户端向服务器询问可用的方法，请求和回复实例如下：

C->S:  OPTIONS rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
       CSeq: 1
       Require: implicit-play
       Proxy-Require: gzipped-messages
 
S->C:  RTSP/1.0 200 OK
       CSeq: 1
       Public: DESCRIBE, SETUP, TEARDOWN, PLAY, PAUSE

2.2 DESCRIBE

        客户端向服务器请求媒体资源描述，服务器端通过SDP(Session Description Protocol)格式回应客户端的请求。资源描述中会列出所请求媒体的媒体流及其相关信息，典型情况下，音频和视频分别作为一个媒体流传输。实例如下：

C->S: DESCRIBE rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 2
 
S->C: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 2
      Content-Base: rtsp://example.com/media.mp4
      Content-Type: application/sdp
      Content-Length: 460
 
      m=video 0 RTP/AVP 96
      a=control:streamid=0
      a=range:npt=0-7.741000
      a=length:npt=7.741000
      a=rtpmap:96 MP4V-ES/5544
      a=mimetype:string;"video/MP4V-ES"
      a=AvgBitRate:integer;304018
      a=StreamName:string;"hinted video track"
      m=audio 0 RTP/AVP 97
      a=control:streamid=1
      a=range:npt=0-7.712000
      a=length:npt=7.712000
      a=rtpmap:97 mpeg4-generic/32000/2
      a=mimetype:string;"audio/mpeg4-generic"
      a=AvgBitRate:integer;65790
      a=StreamName:string;"hinted audio track"

2.3 SETUP

        SETUP请求确定了具体的媒体流如何传输，该请求必须在PLAY请求之前发送。SETUP请求包含媒体流的URL和客户端用于接收RTP数据(audio or video)的端口以及接收RTCP数据(meta information)的端口。服务器端的回复通常包含客户端请求参数的确认，并会补充缺失的部分，比如服务器选择的发送端口。每一个媒体流在发送PLAY请求之前，都要首先通过SETUP请求来进行相应的配置。

C->S: SETUP rtsp://example.com/media.mp4/streamid=0 RTSP/1.0
      CSeq: 3
      Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=8000-8001
 
S->C: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 3
      Transport:RTP/AVP;unicast;client_port=8000-8001;server_port=9000-9001;ssrc=1234ABCD
      Session: 12345678

2.4 PLAY

         客户端通过PLAY请求来播放一个或全部媒体流，PLAY请求可以发送一次或多次，发送一次时，URL为包含所有媒体流的地址，发送多次时，每一次请求携带的URL只包含一个相应的媒体流。PLAY请求中可指定播放的range，若未指定，则从媒体流的开始播放到结束，如果媒体流在播放过程中被暂停，则可在暂停处重新启动流的播放。

C->S: PLAY rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 4
      Range: npt=5-20
      Session: 12345678
 
S->C: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 4
      Session: 12345678
      RTP-Info: url=rtsp://example.com/media.mp4/streamid=0;seq=9810092;rtptime=3450012

2.5 PAUSE

         PAUSE请求会暂停一个或所有媒体流，后续可通过PLAY请求恢复播放。PAUSE请求中携带所请求媒体流的URL，若参数range存在，则指明在何处暂停，若该参数不存在，则暂停立即生效，且暂停时长不确定。

C->S: PAUSE rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 5
      Session: 12345678
 
S->C: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 5
      Session: 12345678

2.6 TEARDOWN

        结束会话请求，该请求会停止所有媒体流，并释放服务器上的相关会话数据。

C->S: TEARDOWN rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 8
      Session: 12345678
 
S->C: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 8

2.7 GET_PARAMETER

        检索指定URI数据中的参数值。不携带消息体的GET_PARAMETER可用来测试服务器端或客户端是否可通(类似ping的功能)。

S->C: GET_PARAMETER rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 9
      Content-Type: text/parameters
      Session: 12345678
      Content-Length: 15
 
      packets_received
      jitter
 
C->S: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 9
      Content-Length: 46
      Content-Type: text/parameters
 
      packets_received: 10
      jitter: 0.3838

2.8 SET_PARAMETER

         用于设置指定媒体流的参数。

C->S: SET_PARAMETER rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 10
      Content-length: 20
      Content-type: text/parameters
 
      barparam: barstuff
 
S->C: RTSP/1.0 451 Invalid Parameter
      CSeq: 10
      Content-length: 10
      Content-type: text/parameters
 
      barparam

2.9 REDIRECT

         重定向请求，用于服务器通知客户端新的服务地址，客户端需要向这个新地址重新发起请求。重定向请求中可能包含Range参数，指明重定向生效的时间。客户端若需向新服务地址发起请求，必须先teardown当前会话，再向指定的新主机setup一个新的会话。

S->C: REDIRECT rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 11
      Location: rtsp://bigserver.com:8001
      Range: clock=19960213T143205Z-

2.10 ANNOUNCE

         ANNOUNCE请求有两个用途：(1)C->S：客户端向服务器端发布URL指定的媒体信息描述；(2) S->C：实时更新对话描述。若媒体表示中新增了一个媒体流，例如在直播过程中，则整个媒体表示的description都要被重新发送，而不是只发送新增部分。

C->S: ANNOUNCE rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 7
      Date: 23 Jan 1997 15:35:06 GMT
      Session: 12345678
      Content-Type: application/sdp
      Content-Length: 332
 
      v=0
      o=mhandley 2890844526 2890845468 IN IP4 126.16.64.4
      s=SDP Seminar
      i=A Seminar on the session description protocol
      u=http://www.cs.ucl.ac.uk/staff/M.Handley/sdp.03.ps
      e=mjh@isi.edu (Mark Handley)
      c=IN IP4 224.2.17.12/127
      t=2873397496 2873404696
      a=recvonly
      m=audio 3456 RTP/AVP 0
      m=video 2232 RTP/AVP 31
 
S->C: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 7

2.11 RECORD

        请求录制指定范围的媒体数据，请求中可指定录制的起止时间戳；若未指定时间范围，则使用presentation description中的开始和结束时间，这种情况下，如果会话已开始，则立即启动录制操作。

C->S: RECORD rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
      CSeq: 6
      Session: 12345678
 
S->C: RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 6
      Session: 12345678

2.12 EXAMPLE

        以上就是RTSP中常用的命令及其实例介绍。最后，来看一段实际使用的RTSP命令交互过程，该过程是通过PC对海康摄像头视频流的拉取和播放，并通过Wireshark抓取客户端的数据得到的：

OPTIONS rtsp://10.3.8.202:554 RTSP/1.0
CSeq: 2
User-Agent: LibVLC/2.2.8 (LIVE555 Streaming Media v2016.02.22)
 
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 2
Public: OPTIONS, DESCRIBE, PLAY, PAUSE, SETUP, TEARDOWN, SET_PARAMETER, GET_PARAMETER
Date:  Mon, Jan 29 2018 16:56:47 GMT
 
DESCRIBE rtsp://10.3.8.202:554 RTSP/1.0
CSeq: 3
User-Agent: LibVLC/2.2.8 (LIVE555 Streaming Media v2016.02.22)
Accept: application/sdp
 
RTSP/1.0 401 Unauthorized
CSeq: 3
WWW-Authenticate: Digest realm="IP Camera(10789)", nonce="6b9a455aec675b8db81a9ceb802e4eb8", stale="FALSE"
Date:  Mon, Jan 29 2018 16:56:47 GMT
 
DESCRIBE rtsp://10.3.8.202:554 RTSP/1.0
CSeq: 4
Authorization: Digest username="admin", realm="IP Camera(10789)", nonce="6b9a455aec675b8db81a9ceb802e4eb8", uri="rtsp://10.3.8.202:554", response="3fc4b15d7a923fc36f32897e3cee69aa"
User-Agent: LibVLC/2.2.8 (LIVE555 Streaming Media v2016.02.22)
Accept: application/sdp
 
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 4
Content-Type: application/sdp
Content-Base: rtsp://10.3.8.202:554/
Content-Length: 551
 
v=0
o=- 1517245007527432 1517245007527432 IN IP4 10.3.8.202
s=Media Presentation
e=NONE
b=AS:5050
t=0 0
a=control:rtsp://10.3.8.202:554/
m=video 0 RTP/AVP 96
c=IN IP4 0.0.0.0
b=AS:5000
a=recvonly
a=x-dimensions:2048,1536
a=control:rtsp://10.3.8.202:554/trackID=1
a=rtpmap:96 H264/90000
a=fmtp:96 profile-level-id=420029; packetization-mode=1; sprop-parameter-sets=Z00AMp2oCAAwabgICAoAAAMAAgAAAwBlCA==,aO48gA==
a=Media_header:MEDIAINFO=494D4B48010200000400000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
a=appversion:1.0
 
SETUP rtsp://10.3.8.202:554/trackID=1 RTSP/1.0
CSeq: 5
Authorization: Digest username="admin", realm="IP Camera(10789)", nonce="6b9a455aec675b8db81a9ceb802e4eb8", uri="rtsp://10.3.8.202:554/", response="ddfbf3e268ae954979407369a104a620"
User-Agent: LibVLC/2.2.8 (LIVE555 Streaming Media v2016.02.22)
Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=57844-57845
 
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 5
Session:       1273222592;timeout=60
Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=57844-57845;server_port=8218-8219;ssrc=5181c73a;mode="play"
Date:  Mon, Jan 29 2018 16:56:47 GMT
 
PLAY rtsp://10.3.8.202:554/ RTSP/1.0
CSeq: 6
Authorization: Digest username="admin", realm="IP Camera(10789)", nonce="6b9a455aec675b8db81a9ceb802e4eb8", uri="rtsp://10.3.8.202:554/", response="b5abf0b230de4b49d6c6d42569f88e91"
User-Agent: LibVLC/2.2.8 (LIVE555 Streaming Media v2016.02.22)
Session: 1273222592
Range: npt=0.000-
 
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 6
Session:       1273222592
RTP-Info: url=rtsp://10.3.8.202:554/trackID=1;seq=65373;rtptime=3566398668
Date:  Mon, Jan 29 2018 16:56:47 GMT
 
GET_PARAMETER rtsp://10.3.8.202:554/ RTSP/1.0
CSeq: 7
Authorization: Digest username="admin", realm="IP Camera(10789)", nonce="6b9a455aec675b8db81a9ceb802e4eb8", uri="rtsp://10.3.8.202:554/", response="bb2309dcd083b25991c13e165673687b"
User-Agent: LibVLC/2.2.8 (LIVE555 Streaming Media v2016.02.22)
Session: 1273222592
 
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 7
Date:  Mon, Jan 29 2018 16:56:47 GMT
 
TEARDOWN rtsp://10.3.8.202:554/ RTSP/1.0
CSeq: 8
Authorization: Digest username="admin", realm="IP Camera(10789)", nonce="6b9a455aec675b8db81a9ceb802e4eb8", uri="rtsp://10.3.8.202:554/", response="e08a15c27d3daac14fd4b4bcab424a5e"
User-Agent: LibVLC/2.2.8 (LIVE555 Streaming Media v2016.02.22)
Session: 1273222592
 
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 8
Session:       1273222592
Date:  Mon, Jan 29 2018 16:57:03 GMT

3. SDP格式


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

4 RTSP和HTTP的区别和联系

         联系：两者都用纯文本来发送消息，且rtsp协议的语法也和HTTP类似。Rtsp一开始这样设计，也是为了能够兼容使用以前写的HTTP协议分析代码 。
         区别：rtsp是有状态的，不同的是RTSP的命令需要知道现在正处于一个什么状态，也就是说rtsp的命令总是按照顺序来发送，某个命令总在另外一个命令之前要发送。Rtsp不管处于什么状态都不会去断掉连接。，而http则不保存状态，协议在发送一个命令以后，连接就会断开，且命令之间是没有依赖性的。rtsp协议使用554端口，http使用80端口。

5 RTSP和SIP的区别和联系

          SIP（Session Initiation Protocol），是基于IP的一个应用层控制协议。由于SIP是基于纯文本的信令协议，可以管理不同接入网络上的会话等。会话可以是终端设备之间任何类型的通信，如视频会话、既时信息处理或协作会话。该协议不会定义或限制可使用的业务，传输、服务质量、计费、安全性等问题都由基本核心网络和其它协议处理。
         联系：sip和rtsp都是应用层的控制协议，负责一次通信过程的建立和控制和结束，不负责中间的传输部分。他们都是基于纯文本的信令协议，穿墙性能良好。支持tcp、udp，支持多方通信。他们都需要服务器支持，都支持会话中重定向。sip和rtsp 都使用sdp协议来传送媒体参数，使用rtp（rtcp）协议来传输媒体流。
         区别：rtsp是专门为流媒体制定的协议，在多个媒体流的时间同步方面比sip强大。rtsp还提供网络负载均衡的功能，减轻服务器压力和网络带宽要求。sip一般用来创建一次音频、视频通话（双向），而rtsp一般用来做视频点播、视频监控等（单向）。当然，从原理上讲，rtsp也可以做双向的视频通话。

6 参考文献

网络流媒体协议之——RTSP协议_rtsp流媒体_牧羊女说的博客-CSDN博客 （重要参考文章）

https://www.cnblogs.com/lidabo/p/6553212.html  (有一个java的测试用例)

LIVE555.COM （RTP、RTCP、RTSP、SIP开源）

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