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/1.0
      CSeq: 2

S->C  RTSP/1.0 200 OK
      CSeq: 2
      Content-Type: application/sdp
      Content-Length: 210 

      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"

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 55533

static 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=13358-13359

                if (sscanf(line, "Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=%d-%d\r\n",
                    &clientRtpPort, &clientRtcpPort) != 2) {
                    // error
                    printf("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 start
    WSADATA wsaData;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
    {
        printf("PC Server Socket Start Up Error \n");
        return -1;
    }
    // 启动windows socket end

    int 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;
}