JitterBuffer詳解

一、JitterBuffer介紹

JitterBuffer是一個軟體緩衝區，通常用於接收音頻或視頻數據流時，幫助網路平滑傳輸並保持數據質量。由於網路的波動和不可預測性，接收到的數據可能會出現間隔、延遲和丟失等情況。JitterBuffer可以在網路不穩定時暫時緩存一定數量的數據，並在接收到足夠多的數據後進行播放，從而提供一個更穩定的媒體流，保證了數據的連續性和穩定性。

在VoIP和視頻會議等應用場景中，JitterBuffer可以根據當前網路狀態和數據包丟失情況進行動態調整，在一定程度上避免了使用固定緩衝區導致的延遲過大或者播放卡頓的情況。由於JitterBuffer需要對網路傳輸的數據進行處理和分析，因此實現JitterBuffer需要一定的編程技能。

二、JitterBuffer的工作原理

當音頻或視頻數據進入JitterBuffer時，JitterBuffer首先會對數據進行時間戳排序。在此基礎上，JitterBuffer還需要維護時間戳和數據包序列號之間的映射關係，以便在接收到足夠多的數據時合併數據包進行播放。如果JitetrBuffer接收到的數據包丟失了，它需要通過重傳、錯過或者替代策略來解決這些缺失的數據。

如果JitterBuffer的緩衝區已滿，並且繼續接收到新的數據，那麼JitterBuffer將會丟棄最早的數據包，以便騰出空間來存儲新的數據包。為了避免JitterBuffer由於過長的緩衝時間而導致的音頻或視頻一個階段不能真正表現其準確性，緩衝區的長度應該根據應用程序的要求進行適當調整。

三、JitterBuffer的實現

我們可以使用一些流行的媒體伺服器，如Asterisk、Kamai IO、Softswitch等，來實現JitterBuffer。以下是一個使用JitterBuffer的示常式序，用於從UDP套接字接收音頻數據，將其保存在JitterBuffer中，並在JitterBuffer緩衝區中有足夠數量的數據時進行音頻播放:

#include  
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include  
#include 
#include 

#define BUFSIZE 512 // 每個數據包的大小
#define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

typedef struct {
    struct sockaddr_in server_addr; // 伺服器地址數據結構
    int sock_fd; // udp套接字fd
} udp_client;

const char *ip = "127.0.0.1"; // ip地址
int port = 1901; // 埠號

typedef struct {
    char databuf[BUFSIZE];
    int len;
} AACData;

int main(int argc, char *argv[])
{
    udp_client udp;
    memset(&udp, 0, sizeof udp);

    if ((udp.sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("socket error");
        return -1;
    }

    memset(&udp.server_addr, 0, sizeof udp.server_addr);
    udp.server_addr.sin_family = AF_INET;
    udp.server_addr.sin_port = htons(port);
    inet_pton(AF_INET, ip, &udp.server_addr.sin_addr);

    if (bind(udp.sock_fd, (struct sockaddr *)&udp.server_addr, sizeof udp.server_addr)) {
        perror("bind error");
        return -1;
    }

    // 創建SDL音頻設備
    SDL_AudioSpec spec;
    spec.freq = 44100;
    spec.channels = 1;
    spec.samples = BUFSIZE / 2;
    spec.format = AUDIO_S16;
    spec.callback = NULL;
    if (SDL_OpenAudio(&spec, NULL) < 0) {
        perror("SDL_OpenAudio");
        exit(-1);
    }

    // 創建並初始化JitterBuffer
    QVector buffer;
    int maximum = 0, minimum = 0;
    SDL_PauseAudio(0);

    // 接收音頻數據並緩存至JitterBuffer
    while (UDP_Recv(udp.sock_fd, buffer) > 0) {
        AACData pcm = buffer.front();
        buffer.pop_front();

        // 添加pcm至JitterBuffer
        if (!pcm.len) {
            break;
        }

        if (!buffer.empty() && pcm.len < BUFSIZE) {
            while (!buffer.empty() && pcm.len  50) {
            buffer.pop_back();
        }

        // 每次往JitterBuffer中添加數據，都需要根據JitterBuffer中已有數據的長度，實時調整緩衝時間
        maximum = max(maximum, (int)buffer.size()-1);
        minimum = min(minimum, (int)buffer.size()-1);
        if (maximum - minimum > 10) {
            sleep(1);
        }
    }

    SDL_Delay(2000);
    SDL_CloseAudio();
    close(udp.sock_fd);

    return 0;
}

int UDP_Recv(int fd, QVector &buffer) {
    uint8_t data[BUFSIZE];
    int len;

    while ((len = recv(fd, data, BUFSIZE, 0)) > 0) {
        AACData pcm;
        pcm.len = len;
        memcpy(pcm.databuf, data, len);
        buffer.push_back(pcm);

        if (len < BUFSIZE) {
            buffer.push_back(AACData());
        }
    }

    return len;
}

四、小結

JitterBuffer是VoIP和視頻會議等應用場景中常用的技術，它可以緩存一定數量的音視頻數據，並在網路不穩定或者出現數據包丟失時進行動態調整，以保證數據的連續性和穩定性。理解並熟練掌握JitterBuffer的工作原理和實現方式可以為我們今後的工作提供一定的幫助。