CN103414957A - 一种音视频数据同步的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种音视频数据同步的方法和装置，本发明方法包括下述步骤：发送端采集音频数据，按照G.729标准进行编码，采集视频数据，按照H.264标准进行编码，将编码后的音频数据和视频数据分别按照对应的打包方法生成RTP数据包，并加上RTP时间戳后由发送端发送给接收端。接收端接收到RTP数据包后，对RTP数据包进行解析后按照音视频同步方法进行解码播放。在本发明中，接收端从RTP数据包中解析出音频帧和视频帧后，将音频帧的时间戳作为参考时钟，利用NTP绝对时间来实现视频帧的同步，本发明解决了音视频播放时出现的画面和声音不同步的问题。
Description
技术领域
本发明涉及多媒体通信技术领域，特别涉及一种音视频数据同步的方法和装置。
背景技术
RTP实时传输协议用于音视频数据的实时传输，RTP数据包中的时间戳对应了RTP数据包中第一个样本数据的采样时间。在实时传输过程中，音频数据和视频数据往往是分开传输的，这样增加了接收端的音视频同步播放的难度。由于RTP时间戳的初始值是随机的，所以无法根据RTP时间戳实现音视频之间的精确同步。基于RTCP协议的发送端将周期性地发送SR包给接收端，SR包中包含了一个32比特的RTP时间戳和64位的NTP绝对时间，NTP绝对时间属于全网同步时钟，根据SR包中的<NTP时间，RTP时间戳>把音频帧和视频帧的RTP时间戳映射到NTP绝对时间，然后根据绝对时间实现音视频之间的精确同步。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种音视频数据同步的方法和装置。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种音视频数据同步的方法，包括如下步骤：
步骤1.发送端将一帧音频采集数据传送给G.729音频编码器进行编码，输出编码音频帧，发送端同时将一帧视频采集数据传送给H.264视频编码器进行编码，帧率设置为f帧/s，生成编码视频帧。
步骤2.发送端将编码音频帧和视频帧分别打包成RTP数据包，并为每个数据包打上时间戳。
步骤3.接收端接收到所述的RTP数据包后，从RTP数据包中解析出音频帧和数据帧，存入解码缓冲区中，并按照时间戳对音频帧和视频帧进行快速排序。
步骤4.获取发送端发送的第一个SR数据包中的<RTP时间戳、绝对时间>对，并根据<RTP时间戳、绝对时间>对计算出音频帧和视频帧对应的绝对时间。
步骤5.音频线程从解码缓冲区中取出音频帧进行解码播放，将正在播放音频帧的时间戳作为同步参考时钟，若视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值大于设定的上限值，则视频线程重复播放该视频帧若干次。若视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值小于设定的下限值，则跳过若干视频帧后再播放。若视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值位于设定的阈值内，则立即播放该视频帧。
作为本发明的进一步改进，步骤2所述的音视频打包方法具有如下特征：
步骤2将整数个编码音频帧打包成一个RTP数据包，整数个音频帧的长度小于MTU。
步骤2将编码视频帧分成若干个NAL单元，根据NAL单元的类型和大小进行打包，
若NAL单元类型为SPS、PPS参数集，将参数集NAL单元组合在一个RTP数据包中；
否则，若NAL单元大小小于MTU，将该NAL单元打包成一个RTP数据包；
否则，若NAL单元大小大于MTU，将该NAL单元按照RFC3984协议分片打包成多个RTP数据包；
作为本发明的进一步改进，步骤3所述的时间戳具有如下特征：
步骤3所述发送端将音频帧打包成RTP数据包后，RTP数据包的时间戳只对应包中第一个音频帧。
步骤3所述发送端将视频帧打包成RTP数据包后，RTP数据包的时间戳只对应第一个NAL单元，且同一帧内的RTP数据包打上相同的时间戳。
作为本发明的进一步改进，步骤4所述的NTP绝对时间的计算方法如下：
步骤4所述的音频帧的RTP时间戳通过ntp_a＝ntp_sr+(ts_a-ts_sr)/K映射到NTP绝对时间，其中<ts_sr，ntp_sr>为SR包中的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，<ts_a，ntp_a>为音频帧的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，K为音频数据的采样频率。
步骤4所述的视频帧的RTP时间戳通过ntp_v＝ntp_sr+(ts_v-ts_sr)/K映射到NTP绝对时间，其中<ts_sr，ntp_sr>为SR包中的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，<ts_V，ntp_v>为视频帧的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，K为视频数据的采样频率。
作为本发明的进一步改进，步骤5所述的重复播放当前视频帧的次数或跳过视频帧的帧数的计算方法如下：
步骤5所述的重复播放当前视频帧的次数或跳过视频帧的帧数由视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值与视频帧帧率的比值，即(ntp_v-ntp_a)/f来确定，其中ntp_v为视频帧的绝对时间，ntp_a为音频帧的绝对时间，f为视频帧的帧率。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种音视频数据的发送装置，包括：
打包模块，用于将音频数据和视频数据打包成RTP数据包，并为RTP数据包打上时间戳。
发送模块，用于将所述的RTP数据包发送出去。
作为本发明的进一步改进，所述的打包模块包括音频打包模块和视频打包模块，其中：
音频打包模块，用于将整数个编码音频帧打包成一个RTP数据包，整数个音频帧的长度小于MTU。
视频打包模块，用于将编码视频帧分成若干个NAL单元，根据NAL单元的类型和大小进行打包。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种音视频数据的接收装置，包括：
解析模块，接收到RTP数据包后，从数据包中解析出音频帧和视频帧，以及各个帧的时间戳，并对音频帧和视频帧按照时间戳进行排序。
同步处理模块，用于将音频帧和视频帧的RTP时间戳映射到NTP绝对时间，使用当前播放的音频帧的绝对时间作为参考时钟，同步视频帧到音频帧上。
附图说明
图1是本发明中发送端音视频打包的流程图；
图2是本发明中接收端音视频解析的流程图；
图3是本发明中接收端音视频同步处理的流程图；
图4是本发明中发送装置的方框图；
图5是本发明中接收装置的方框图；
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
发送端将一帧音频采集数据传送给G.729音频编码器进行编码，输出编码音频帧，发送端同时将视频采集数据传送给H.264视频编码器进行编码，帧率设置为f帧/s，生成编码视频帧。
如图1所示，本发明中发送端对音频数据的打包流程如下：
步骤S101.判断是否为完整的音频帧，若是，执行步骤S102，否则，执行步骤S101；
步骤S102.判断RTP数据包的总长度是否大于MTU，若不是，则执行步骤S103，否则，该RTP数据包打包结束；
步骤S103.打包到RTP数据包中；
如图1所示，本发明中发送端对视频数据的打包流程如下：
步骤S104.把编码视频帧分成若干个NALU；
步骤S105.判断NALU类型是否是参数集，若是，执行步骤S106，否则，执行步骤S107。
步骤S106.SPS、PPS参数集组合打包成RTP数据包；
步骤S107.判断NALU长度是否小于MTU，若是，则执行步骤S108，否则，执行步骤S109；
步骤S108.将单个NALU打包成RTP数据包；
步骤S109.将NALU按照RFC3984协议分片打包成多个RTP数据包；
在打包时为每个RTP数据包打上时间戳，音频数据包的时间戳只对应包中第一个音频帧，视频数据包的时间戳只对应包中第一个NAL单元，且同一帧内的RTP数据包打上相同的时间戳。
最后RTP数据包由发送端发送出去；
接收端接收到所述的RTP数据包后，从RTP数据包中解析出音频帧和数据帧，存入解码缓冲区中，并按照时间戳对音频帧和视频帧进行快速排序。
如图2所示，本发明中接收端对音频解析的流程如下：
步骤S201.从音频数据包中提取出音频帧；
步骤S202.判断是否是完整的音频帧，若是，执行步骤S203，否则，返回步骤S201；
步骤S203.存入音频解码缓冲区；
如图2所示，本发明中接收端对视频解析的流程如下：
步骤S204.从视频数据包中提取出NALU；
步骤S205.判断是否是分片NALU，若是，则执行步骤S206，否则，执行步骤S207；
步骤S206.重组分片NALU；
步骤S207.组合成完整的NALU；
步骤S208.判断系统是否刚启动，若是，则必须先解析出PPS、SPS参数集，执行步骤S209，否则，执行步骤S210；
步骤S209.判断是否是PPS、SPS参数集，若是，则执行步骤S210，否则，返回步骤S204；
步骤S210.存入视频解码缓冲区；
解析出音频帧和视频帧后，需要对音视频帧进行同步处理。
如图3所示，本发明中接收端对音视频同步处理的流程如下：
步骤S301.判断音频解码缓冲区中是否有完整的音频帧，若有，执行步骤S302，否则，返回步骤S301；
步骤S302.取出音频帧和时间戳；
步骤S303.根据时间戳计算出NTP绝对时间；.
步骤S304.音频帧解码；
步骤S305.音频帧播放；
步骤S306.判断是否结束播放，若是，结束播放，否则，返回步骤S301；
步骤S307.判断视频解码缓冲区中是否有完整的视频帧，若有，执行步骤S308，否则，返回步骤S307；
步骤S308.取出完整的NALU和时间戳；
步骤S309.根据时间戳计算出NTP绝对时间；
步骤S310.计算出视频与正在播放音频的绝对时间的差值；
步骤S311.比较差值，判断差值，若差值大于设定的上限值，执行步骤S312，若差值小于设定的下限值，执行步骤S313；若差值位于设定的阈值内，则执行步骤S314。
步骤S312.重复播放当前视频帧若干次，返回步骤S310。
步骤S313.丢弃并跳过若干帧，返回步骤S307；
步骤S314.视频解码；
步骤S315.视频播放；
步骤S316.判断是否结束播放，若是，则结束播放，否则返回步骤S307；
为了实现上述方法，本发明实施例还提供了一种音视频数据同步的发送装置，如图4所示，包括：
打包模块，用于将音频数据和视频数据打包成RTP数据包，并为RTP数据包打上时间戳。
发送模块，用于将所述的RTP数据包发送出去。
其中，所述的打包模块包括音频打包模块和视频打包模块，其中：
音频打包模块，用于将整数个编码音频帧打包成一个RTP数据包，整数个音频帧的长度小于MTU。
视频打包模块，用于将编码视频帧分成若干个NAL单元，根据NAL单元的类型和大小进行打包。
为了实现上述方法，本发明实施例还提供了一种音视频数据同步的接收装置，如图5所示，包括：
解析模块，接收到RTP数据包后，从数据包中解析出音频帧和视频帧，以及各个帧的时间戳，并对音频帧和视频帧按照时间戳进行排序。
同步处理模块，用于将音频帧和视频帧的RTP时间戳映射到NTP绝对时间，使用当前播放的音频帧的绝对时间作为参考时钟，同步视频帧到音频帧上。
Claims (8)
1.一种音视频数据同步的方法，其特征在于如下步骤：
步骤1.发送端将一帧音频采集数据传送给G.729音频编码器进行编码，输出编码音频帧，发送端同时将视频采集数据传送给H.264视频编码器进行编码，帧率设置为f帧/s，生成编码视频帧。
步骤2.发送端将编码音频帧和视频帧分别打包成RTP数据包，并为每个数据包打上时间戳。
步骤3.接收端接收到所述的RTP数据包后，从RTP数据包中解析出音频帧和数据帧，存入解码缓冲区中，并按照时间戳对音频帧和视频帧进行快速排序。
步骤4.获取发送端发送的第一个SR数据包中的<RTP时间戳、绝对时间>对，并根据<RTP时间戳、绝对时间>对计算出音频帧和视频帧对应的绝对时间。
步骤5.音频线程从解码缓冲区中取出音频帧进行解码播放，将正在播放音频帧的时间戳作为同步参考时钟，若视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值大于设定的上限值，则视频线程重复播放该视频帧若干次。若视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值小于设定的下限值，则跳过若干视频帧后再播放。若视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值位于设定的阈值内，则立即播放该视频帧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2将整数个编码音频帧打包成一个RTP数据包，整数个音频帧的长度小于MTU。
步骤2将编码视频帧分成若干个NAL单元，根据NAL单元的类型和大小进行打包，
若NAL单元类型为SPS、PPS参数集，将参数集NAL单元组合在一个RTP数据包中；
否则，若NAL单元大小小于MTU，将该NAL单元打包成一个RTP数据包；
否则，若NAL单元大小大于MTU，将该NAL单元按照RFC3984协议分片打包成多个RTP数据包。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤3所述发送端将音频帧打包成RTP数据包后，RTP数据包的时间戳只对应包中第一个音频帧。
步骤3所述发送端将视频帧打包成RTP数据包后，RTP数据包的时间戳只对应第一个NAL单元，且同一帧内的RTP数据包打上相同的时间戳。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤4所述的音频帧的RTP时间戳通过ntp_a＝ntp_sr+(ts_a-ts_sr)/K映射到NTP绝对时间，其中<ts_sr，ntp_sr>为SR包中的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，<ts_a，ntp_a>为音频帧的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，K为音频数据的采样频率。
步骤4所述的视频帧的RTP时间戳通过ntp_v＝ntp_sr+(ts_v-ts_sr)/K映射到NTP绝对时间，其中<ts_sr，ntp_sr>为SR包中的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，<ts_V，ntp_v>为视频帧的<RTP时间戳，NTP绝对时间>，K为视频数据的采样频率。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤5所述的重复播放当前视频帧的次数或跳过视频帧的帧数由视频帧的绝对时间与音频帧的绝对时间的差值与视频帧帧率的比值，即(ntp_v-ntp_a)/f来确定，其中ntp_v为视频帧的绝对时间，ntp_a为音频帧的绝对时间，f为视频帧的帧率。
6.一种音视频数据同步的发送装置，其特征在于，包括：
打包模块，用于将音频数据和视频数据打包成RTP数据包，并为RTP数据包打上时间戳。
发送模块，用于将所述的RTP数据包发送出去。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的打包模块包括音频打包模块和视频打包模块，其中：
音频打包模块，用于将整数个编码音频帧打包成一个RTP数据包，整数个音频帧的长度小于MTU。
视频打包模块，用于将编码视频帧分成若干个NAL单元，根据NAL单元的类型和大小进行打包。
8.一种音视频数据同步的接收装置，其特征在于，包括：
解析模块，接收到RTP数据包后，从数据包中解析出音频帧和视频帧，以及各个帧的时间戳，并对音频帧和视频帧按照时间戳进行排序。
同步处理模块，用于将音频帧和视频帧的RTP时间戳映射到NTP绝对时间，使用当前播放的音频帧的绝对时间作为参考时钟，同步视频帧到音频帧上。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |