RTSP 和 RTMP原理 & 通过ffmpeg实现将本地摄像头推流到RTSP服务器

RTSP 和 RTMP原理 & 通过ffmpeg实现将本地摄像头推流到RTSP服务器

一、流媒体：RTSP 和 RTMP

0、参考资料

• 秒懂流媒体协议 RTMP 与 RTSP

• 什么是RTMP 和 RTSP？它们之间有什么区别？

• RTSP和RTMP的区别是什么？

1、RTSP 和 RTMP的工作原理

1）RTSP工作原理

1. 用户设备向视频流平台发送 RTSP 请求

2. 视频流平台返回可以操作的请求列表，比如播放、暂停等

3. 用户设备向视频流平台发送具体的请求，比如播放

4. 视频流平台解析请求并调用指定机制启动视频流处理

5. 由于 RTSP 依赖于专用服务器，并且依赖于 RTP（底层用到了UDP），因此该协议不支持加密视频内容或重传丢失的数据包。
   

   这里解释一下RTSP中是如何用到UDP和TCP的：

   • RTP协议，英文全称：Real-time Transport Protocol，中文就是实时传输协议，它的底层其实就是UDP，这样一来就可以实现低延迟。

   • 除了RTP协议，为确保流畅和一致的流传输，RTSP 还使用另外两种网络通信协议：

     • TCP 收发控制命令（例如播放或停止请求）：TCP可靠传输，比如用户按下播放或者停止播放的时候，这个是个准确的请求，这个需要保证可靠性，这个时候TCP作用就体现了。
     • UDP传送音频、视频和数据：UDP是低延迟的协议，那么用于传送音频、视频和数据可以达到非常高效的效果。

这里可以通过开源的rtsp服务器可以简单理解：TCP监听端口为8554，UDP监听端口为8000

2）RTMP工作原理

1. 摄像头捕获视频

2. 通过编码器将视频流传输到视频平台服务器

3. 视频平台处理视频流

4. 通过CDN分发到离用户最近的服务器上

5. 最后视频流就能成功的到达用户设备
   

   在视频从摄像头到服务器的过程中，RTMP将大量数据分割成小块并跨多个虚拟通道传输（内容分发网络CDN），在视频源和 RTMP 服务器之间提供了稳定和流畅的视频流。

2、RTSP 和 RTMP的优缺点

1）RTSP的优缺点

• RTSP的优点：

  1、轻松自定义流：可以通过结合不同的协议来开发自己的视频流解决方案。

  2、分段流式传输：RTSP 流使观看者能够在下载完成之前访问的视频内容，而不必下载完整的视频以流式传输内容。

• RTSP的缺点：

  1、与 HTTP不兼容：没有简单的解决方案可以在 Web 浏览器中播放 RTSP流，因为 RTSP 旨在通过私有网络流式传输视频，必须借用额外软件。

  2、使用率低：由于视频播放器和流媒体服务并未广泛支持 RTSP 流媒体，因为使用率比较低。

2）RTMP的优缺点

• RTMP的优点：

  1、低延迟：RTMP使用独占的 1935 端口，无需缓冲，可以实现低延迟。

  2、适应性强：所有 RTMP 服务器都可以录制直播媒体流，同时还允许观众跳过部分广播并在直播开始后加入直播流。

  3、灵活性：RTMP 支持整合文本、视频和音频，支持 MP3 和 AAC 音频流，也支持MP4、FLV 和 F4V 视频。

• RTMP的缺点：

  1、HTML5 不支持：标准HTML5 播放器不支持 RTMP 流。

  2、容易受到带宽问题的影响：RTMP 流经常会出现低带宽问题，造成视频中断。

  3、HTTP 不兼容：无法通过 HTTP 流式传输 RTMP，必须需要实现一个特殊的服务器，并使用第三方内容交付网络或使用流媒体视频平台。

3）RTSP和RTMP的比较

RTMP 和 RTSP协议 都是流媒体协议：

• RTMP（Real Time Message Protocol 实时消息传递协议） 有 Adobe 公司提出，用来解决多媒体数据传输流的多路复用（Multiplexing）和分包（packetizing）的问题，优势在于低延迟，稳定性高，支持所有摄像头格式，浏览器加载 flash插件就可以直接播放。
• RTSP （Real-Time Stream Protocol 实时流协议）由Real Networks 和 Netscape共同提出的，基于文本的多媒体播放控制协议。RTSP定义流格式，流数据经由RTP传输；RTSP实时效果非常好，适合视频聊天，视频监控等方向。

RTMP 和 RTSP协议 的区别：

• RTSP虽然实时性最好，但是实现复杂，适合视频聊天和视频监控；

• RTMP强在浏览器支持好，加载flash插件后就能直接播放，所以非常火，相反在浏览器里播放rtsp就很困难了。

3、RTSP和RTMP如何选择

• IP 摄像机选择RTSP：几乎所有 IP 摄像机都支持 RTSP，这是因为 IP 摄像机早在 RTMP 协议创建之前就已经存在，与 RTSP 和 IP 摄像机结合使用时，IP 摄像机本身充当 RTSP 服务器，这意味着要将摄像机连接到 IP 摄像机服务器并广播视频。

• 物联网设备选择RTSP：RTSP 通常内置在无人机或物联网软件中，从而可以访问视频源，它的好处之一是低延迟，确保视频中没有延迟，这对于无人机来说至关重要。

• 流媒体应用程序选择RTMP：比如各种短视频软件、视频直播软件等都内置了RTMP，RTMP 是为满足现代流媒体需求而设计的。

4、如何在浏览器上播放RTSP

• 直播的协议有：rtmp, http, rtsp等等。最常用的有二种：http, rtmp，当使用http协议的时候视频格式需要是m3u8或flv，下面作详细说明各种环境的优缺点。首先，rtsp不能使用于网页环境（包含PC端和移动端），那么直播只能选择rtmp或http。

• rtmp协议只支持flashplayer，也就是只能在PC端（或安卓环境中安装了flashplayer组件，这种环境比较少）安装了flashplayer的情况下使用。按现在的趋势，flashplayer是要逐渐被淘汰掉的。当然，在中国还会存在相对长时间。

• http协议的直播分二种格式，m3u8和flv。flv是一种即将被淘汰的直播格式。用来做直播已显的力不从心了。所以综合考虑，m3u8相对的比较好点，优点是支持移动端，并且支持PC端上安装了flashplayer的环境。缺点就如同rtmp一样。flashplayer并不是未来的发展趋势。另外一个缺点就是m3u8是有延迟的。并不能实时，实时传输方面不如rtmp协议。因为 m3u8的直播原理是将直播源不停的压缩成指定时长的ts文件（比如9秒，10秒一个ts文件）并同时实时更新m3u8文件里的列表以达到直播的效果。这样就会有一个至少9,10秒的时间延迟。如果压缩的过小，可能导致客户端网络原因致视频变卡。

  实现rtsp转http并使用m3u8格式进行直播 可以参考RTSP Webcam to HLS Live Streaming using FFMPEG and XAMPP | PART 1

  具体过程：外接支持rtsp的webcam；使用ffplay命令来播放rtsp流，可以根据参数将实时视频写入到指定文件夹中（分段写入）；xampp开启apache（开启80端口），可以让页面通过保存的m3u8文件实时访问webcam的监控界面。

二、ffmpeg将本地摄像头推流到RTSP服务器

0、ffmpeg参考资料

• FFmpeg Protocols Documentation
• FFmpeg中文文档
• FFmpeg流媒体处理-收流与推流
• FFmpeg发送流媒体的命令（UDP，RTP，RTMP）
• ffmpeg将本地摄像头推流到RTSP服务器
  • ffmpeg–使用命令+EasyDarwin推流笔记本摄像头
  • windows环境下，搭建RTSP视频推流服务器
  • windows环境下python使用ffmpeg rtsp推流
  • 一个RtspServer的设计与实现和RTSP2.0简介
  • RTSP Webcam to HLS Live Streaming using FFMPEG and XAMPP | PART 1

Note：ffmpeg将本地摄像头推流到rtsp的8554端口上（rtsp-simple-server在处理rtsp时，监听的是8554端口，指定其他端口ffmpeg推流会失败)

1、安装ffmpeg和rtsp-simple-server

大致实现过程：使用rtsp-simple-server作为中转服务器，用于ffmpeg（写客户端）推流，后台服务（读客户端）拉流

1）windows安装rtsp-simple-server和ffmpeg

参考windows环境下，搭建RTSP视频推流服务器即可（记得修改rtsp-simple-server.yml配置文件中的ip地址）

2）linux安装rtsp-simple-server和ffmpeg

• 安装rtsp-simple-server_v0.20.2_linux_amd64.tar.gz（这里以x86 CPU为例），解压后修改rtsp-simple-server.yml配置文件中的ip地址（vim替换命令为%s:/127.0.0.1/192.168.132.100/g），执行./rtsp-simple-server即可启动rtsp服务器。

  如果要想在后台启动rtsp服务器，执行如下命令

  nohup ./rtsp-simple-server >> rtsp_server.log 2>&1 &  #非挂起启动命令
  
  tail rtsp_server.log  #查看rtsp-simple-server启动日志文件
  
  ps -aux | grep rtsp_simple_server  #查看rtsp-simple-server进程
  dpf        2116  0.0  0.0  13140  1016 pts/0    S+   04:54   0:00 grep --color=auto rtsp_simple_server
  1
  2
  3
  4
  5
  6

• ffmpeg安装地址如下https://johnvansickle.com/ffmpeg/，解压后执行./ffmpeg即可使用ffmpeg，参考在linux下使用ffmpeg方法

Note：在linux中关于tar.gz，xz，tar的解压操作请自行上网查阅。

2、将本地摄像头推流到RTSP服务器

大致实现过程：使用rtsp-simple-server作为中转服务器，用于ffmpeg（写客户端）推流，后台服务（读客户端）拉流

这里以windows系统作为演示，先解压rtsp-simple-server_v0.19.1_windows_amd64.zip，打开rtsp-simple-server.exe监听RTSP下TCP的8554端口，然后通过ffmpeg将指定摄像头采集到的图像帧向该端口进行推流（即多个客户端与服务器端的socket通信）

1）写客户端：ffmpeg

• ffmpeg推流视频文件到指定ip + 端口上（-stream_loop -1）：

  ffmpeg -re -stream_loop -1 -i 你视频的文件名 -c copy -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/videoFile_test
  1

• ffmpeg将本地摄像头的视频流推送到指定ip + 端口上，则需要

  //获取本地摄像头名称
  ffmpeg -list_devices true -f dshow -i dummy  
  
  //ffmpeg向指定端口推流（我的是Integrated Camera）
  ffmpeg -f dshow -i video="自己的摄像头驱动名称" -vcodec libx264 -preset:v ultrafast -tune:v zerolatency -rtsp_transport tcp -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test
  //libx264编码
  ffmpeg -f dshow -i video="Integrated Camera" -vcodec libx264 -preset:v ultrafast -tune:v zerolatency -rtsp_transport tcp -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7

2）服务器端：RTSP服务器

• 初启动效果如下：

  

• 开启两个ffmpeg模拟两个写客户端，完成摄像头采集视频帧的推流和本地视频文件的推流

  该过程会出现两个createby和publishing，在不同文件路径下写入图像帧，可以通过指定进程（ip+端口）来处理（这里新创建了56725和56732两个进程来处理），而RTSP的监听端口仍然是8554，这样可以实现非阻塞通信。

  

3）读客户端：读客户端可以通过两种方式来实现

• 安装VLC，选择流数据播放模式，输入rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test，rtsp://127.0.0.1:8554/videoFile_test即可播放；

• 亦或者使用如下python代码：

  import cv2
  
  def capture_video(rtsp_path):
      name = rtsp_path.split("/")[-1]
      capture = cv2.VideoCapture(rtsp_path)
      while capture.isOpened():
          ret, frame = capture.read()
          if not ret:
              break
          cv2.imshow(name, frame)
          if cv2.waitKey(50) == 27:
              break
  
  if __name__ == '__main__':
      # rtsp_paths = ['rtsp://127.0.0.1:8554/videoFile_test','rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test']
      rtsp_paths = ['rtsp://127.0.0.1:8554/videoFile_test']
      for rtsp_path in rtsp_paths:
          capture_video(rtsp_path)
  
      cv2.waitKey(0)
      cv2.destroyAllWindows()
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11
  12
  13
  14
  15
  16
  17
  18
  19
  20
  21

此时会出现两个createby和reading，即开启两个进程进行视频流的读取

3、存在问题：视频读取时延大

基于tcp和RTP的rtsp直播延迟很高，一开始延迟只有7s，由于TCP的拥塞控制，导致随着时间推移，延迟越来越高，有14s之多。

1）可能原因1：视频编码导致延迟高（亲测效果不明显）

参考ffmpeg直播解决延时的关键方法，主要原因是使用libx264或者h264对视频进行编码的问题。

解决方法参考ffmpeg–使用命令+EasyDarwin推流笔记本摄像头

//h264_qsv编码（比libx264编码快点）
ffmpeg -f dshow -i video="Integrated Camera" -vcodec h264_qsv -tune:v zerolatency -rtsp_transport tcp -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test
//不使用编码器，直接推送（但是很模糊）
ffmpeg -f dshow -i video="Integrated Camera" -rtsp_transport tcp -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test
1
2
3
4

2）可能原因2：设置ffmpeg参数（亲测效果不明显）

参考解决ffmpeg的播放摄像头的延时优化问题(项目案例使用有效) _

原参数：

-vcodec libx264,
-r 25,
-video_size 1280x720,
1
2
3

优化参数1：

-tune zerolatency  //设置零延时
-preset ultrafast  //--preset的参数主要调节编码速度和质量的平衡，有ultrafast（转码速度最快，视频往往也最模糊）、superfast、veryfast、faster、fast、medium、slow、slower、veryslow、placebo这10个选项，从快到慢
1
2

优化参数2：

-threads 4,
-c:a copy,
-fflags nobuffer,
-max_delay 1,
-vprofile baseline,
-rtsp_transport tcp,
-crf 30,
-vsync 2,
-f flv
1
2
3
4
5
6
7
8
9

ffmpeg完整命令如下：

ffmpeg -f dshow -i video="Integrated Camera" -vcodec libx264 -r 25 -video_size 640x480 -tune:v zerolatency -preset:v ultrafast -threads 4 -c:a copy -fflags nobuffer -max_delay 1 -rtsp_transport tcp -crf 30 -vsync 2 -f flv -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test
1

3）可能原因3：tcp连接导致延迟高

参考RTSP end to end latency will be increasing when use tcp #902

ffmpeg在通过rtsp实现推流时默认是遵循tcp协议的，目的是为了保证消息可靠传输。对于实时音视频通信，如果要想实现低延迟，要么增加带宽，要么使用UDP进行传输。

4）原因4：逐帧读取时需要逐帧解码，导致输入和输出速率不匹配导致延迟高（有效 - 抽帧读取）

解决方法：对于读客户端，采用抽帧读取的方法来解决。如果采用逐帧读取并完成解码的方式，会让写客户端不停地推流，而读客户端来不及解码导致缓存区拥塞。

参考Opencv—视频跳帧处理，OpenCV笔记：cv2.VideoCapture 完成视频的跳帧输出操作

ffmpeg写客户端命令无需修改：

//获取本地摄像头名称
ffmpeg -list_devices true -f dshow -i dummy

ffmpeg -f dshow -i video="Integrated Camera" -vcodec libx264 -r 25 -video_size 640x480 -tune:v zerolatency -preset:v ultrafast -threads 4 -c:a copy -fflags nobuffer -max_delay 1 -rtsp_transport tcp -crf 30 -vsync 2 -f flv -f rtsp rtsp://127.0.0.1:8554/camera_test
1
2
3
4

python读客户端代码修改如下：

def capture_video(rtsp_path):
    name = rtsp_path.split("/")[-1]
    capture = cv2.VideoCapture(rtsp_path)  #不用带cv2.CAP_DSHOW
    now_fps = 0
    while capture.isOpened():
        # 设置每 10 帧输出一次
        if (now_fps == 3):
            now_fps = 0
            ret, frame = capture.read()
            if not ret:
                break
            cv2.imshow(name, frame)
            if cv2.waitKey(50) == 27:
                break
        else:
            # 跳帧，仅获取帧但不做解码处理
            ret = capture.grab()
            now_fps += 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18