網絡流媒體協議之——RTSP協議

linux內核 2019-07-15

RTSP(Real-Time Stream Protocol)協議是一個基於文本的多媒體播放控制協議，屬於應用層。RTSP以客戶端方式工作，對流媒體提供播放、暫停、後退、前進等操作。該標準由IETF指定，對應的協議是RFC2326。

RTSP作為一個應用層協議，提供了一個可供擴展的框架，使得流媒體的受控和點播變得可能，它主要用來控制具有實時特性的數據的發送，但其本身並不用於傳送流媒體數據，而必須依賴下層傳輸協議(如RTP/RTCP)所提供的服務來完成流媒體數據的傳送。RTSP負責定義具體的控制信息、操作方法、狀態碼，以及描述與RTP之間的交互操作。RTSP媒體服務協議框架如下：

客戶端要播放RTSP媒體流，就需要知道媒體源的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: 端口號，缺省為554，若為缺省可不填寫，否則必須寫明。

例如，一個完整的RTSP URL可寫為：

rtsp://192.168.1.67:554/test

又如目前市面上常用的海康網絡攝像頭的RTSP地址格式為：

rtsp://[username]:[password]@[ip]:[port]/[codec]/[channel]/[subtype]/av_stream

示例：

rtsp://admin:[email protected]:554/h264/ch1/main/av_stream
rtsp://admin:[email protected]/mpeg4/ch1/sub/av_stream

RTSP報文

對RTSP協議的使用有了一個大概的瞭解之後，我們來看一下RTSP報文結構。

RTSP是一種基於文本的協議，用CRLF(回車換行)作為每一行的結束符，其好處是，在使用過程中可以方便地增加自定義參數，也方便抓包分析。從消息傳送方向上來分，RTSP的報文有兩類：請求報文和響應報文。請求報文是指從客戶端向服務器發送的請求(也有少量從服務器向客戶端發送的請求)，響應報文是指從服務器到客戶端的迴應。

RTSP請求報文的常用方法與作用：

一次基本的RTSP交互過程如下，C表示客戶端，S表示服務端。

首先客戶端連接到流媒體服務器併發送一個RTSP描述請求(DESCRIBE request)，服務器通過一個SDP(Session DescriptionProtocol)描述來進行反饋(DESCRIBEresponse)，反饋信息包括流數量、媒體類型等信息。客戶端分析該SDP描述，併為會話中的每一個流發送一個RTSP連接建立請求(SETUPrequest)，該命令會告訴服務器用於接收媒體數據的端口，服務器響應該請求(SETUP response)並建立連接之後，就開始傳送媒體流(RTP包)到客戶端。在播放過程中客戶端還可以向服務器發送請求來控制快進、快退和暫停等。最後，客戶端可發送一個終止請求(TEARDOWN request)來結束流媒體會話。

下面我們通過具體的消息實例來進一步瞭解一下RTSP的工作過程：

OPTIONS

OPTIONS請求是客戶端向服務器詢問可用的方法，請求和回覆實例如下：

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

DESCRIBE

客戶端向服務器請求媒體資源描述，服務器端通過SDP(Session Description Protocol)格式迴應客戶端的請求。資源描述中會列出所請求媒體的媒體流及其相關信息，典型情況下，音頻和視頻分別作為一個媒體流傳輸。實例如下：

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"

SETUP

SETUP請求確定了具體的媒體流如何傳輸，該請求必須在PLAY請求之前發送。SETUP請求包含媒體流的URL和客戶端用於接收RTP數據(audio or video)的端口以及接收RTCP數據(meta information)的端口。服務器端的回覆通常包含客戶端請求參數的確認，並會補充缺失的部分，比如服務器選擇的發送端口。每一個媒體流在發送PLAY請求之前，都要首先通過SETUP請求來進行相應的配置。


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

PLAY

客戶端通過PLAY請求來播放一個或全部媒體流，PLAY請求可以發送一次或多次，發送一次時，URL為包含所有媒體流的地址，發送多次時，每一次請求攜帶的URL只包含一個相應的媒體流。PLAY請求中可指定播放的range，若未指定，則從媒體流的開始播放到結束，如果媒體流在播放過程中被暫停，則可在暫停處重新啟動流的播放。

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

PAUSE

PAUSE請求會暫停一個或所有媒體流，後續可通過PLAY請求恢復播放。PAUSE請求中攜帶所請求媒體流的URL，若參數range存在，則指明在何處暫停，若該參數不存在，則暫停立即生效，且暫停時長不確定。


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

TEARDOWN

結束會話請求，該請求會停止所有媒體流，並釋放服務器上的相關會話數據。

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

GET_PARAMETER

檢索指定URI數據中的參數值。不攜帶消息體的GET_PARAMETER可用來測試服務器端或客戶端是否可通(類似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

SET_PARAMETER

用於設置指定媒體流的參數。


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

REDIRECT

重定向請求，用於服務器通知客戶端新的服務地址，客戶端需要向這個新地址重新發起請求。重定向請求中可能包含Range參數，指明重定向生效的時間。客戶端若需向新服務地址發起請求，必須先teardown當前會話，再向指定的新主機setup一個新的會話。

S->C: REDIRECT rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
 CSeq: 11
 Location: rtsp://bigserver.com:8001
 Range: clock=19960213T143205

ANNOUNCE

ANNOUNCE請求有兩個用途：(1)C->S：客戶端向服務器端發佈URL指定的媒體信息描述；(2) S->C：實時更新對話描述。若媒體表示中新增了一個媒體流，例如在直播過程中，則整個媒體表示的description都要被重新發送，而不是隻發送新增部分。

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
 [email protected] (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

RECORD

請求錄製指定範圍的媒體數據，請求中可指定錄製的起止時間戳；若未指定時間範圍，則使用presentation description中的開始和結束時間，這種情況下，如果會話已開始，則立即啟動錄製操作。


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

以上就是RTSP中常用的命令及其實例介紹。最後，來看一段實際使用的RTSP命令交互過程，該過程是通過PC對海康攝像頭視頻流的拉取和播放，並通過Wireshark抓取客戶端的數據得到的：

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

網絡流媒體協議之——RTSP協議

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