TCC丢包率计算

一、FeedbackRtpTransportPacket

/* RTP Extensions for Transport-wide Congestion Control
 * draft-holmer-rmcat-transport-wide-cc-extensions-01
​
   0               1               2               3
   0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |V=2|P|  FMT=15 |    PT=205     |           length              |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                     SSRC of packet sender                     |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                      SSRC of media source                     |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |      base sequence number     |      packet status count      |  // packet status count: 发送包总数
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                 reference time                | fb pkt. count |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |          packet chunk         |         packet chunk          |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  .                                                               .
  .                                                               .
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |         packet chunk          |  recv delta   |  recv delta   |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  .                                                               .
  .                                                               .
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |           recv delta          |  recv delta   | zero padding  |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 */

1)、base sequence number：参考seq, 初始统计序号

2)、packet status count：反馈状态包数

3)、reference time：参考时间戳

4)、fb pkt. count：反馈的总包数，累计值(计算丢包率丢包率)

5)、packet chunk：包状态记录块，记录每个包到达的状态，分为

enum Status : uint8_t
{
    NotReceived = 0,    // 没有收到
    SmallDelta,         // 正常到达
    LargeDelta,         // 到达缓慢
    Reserved,           
    None  
};

packet chunk的两种压缩模式（通过首bit标识chunk类型、可以理解为字符串压缩算法):

——Run length chunk（行程长度编码数据块）

// 对于包
 
 
 
有一串字符串 aaabbbcddeeeeee，我们怎么尽量简单地去表示它让它长度变短呢？
// 其实可以写为：3a3bc2d6e —— 也就是按数字表示每个字母的数量，不带数字的就为一个。
​
// 对应到packet chunk里 结构就是：
0                   1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|T| S |       Run Length        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
// T 就为第一个 bit —— 编码类型
// S 两个bit 表示状态 （00未到达、01正常到达、10来慢了）
// Run Length 就是具体的数据
​
// 例如下面：
0                   1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|0|0 0|0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
​
// 第一个bit是0，表示run length编码
// 后面两个bit是00， 表示未到达包状态
// 后面的数据 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 -> 11011101 换算成十进制就是221个包，存在221个包连续未到达

——Status vector chunk（状态矢量编码数据块）

// 有一串字符串 aaabbbcddeeeeee，我们怎么尽量简单地去表示它让它长度变短呢？
// 其实可以写为：3a3bc2d6e —— 也就是按数字表示每个字母的数量，不带数字的就为一个。
​
// 对应到packet chunk里 结构就是：
0                   1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|T|S|        symbol list        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
// T 就为第一个 bit —— 编码类型
// S 一个bit 表示状态  （注意：只有一位）: 0表示后面的数据都按一位来（简单表示到达的状态，所以一般表示0未到达、1已到达）这样后面14个bit可以表示14个包。
//                                    1表示后面使用两位来表示（例如：00、01、10完全表示接到的状态，00未到达、01正常到达、10慢了）这样后面只能表示7个包。
// Run Length 就是具体的数据
​
// 例如下面：
0                   1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|1|0|0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
​
// 第一个bit是1，表示symbol list编码
// 后面一个bit是0， 表示使用一位表示法
// 后面的数据 01111100011100 ——>表示：第一个包未到达、接着5个包都到达了、随后3个包未到达、三个包到达了、最后两个包未到达 —— 一共14个包可表示。
​
0                   1
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|1|1|0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
​
// 第一个bit是1，表示symbol list编码
// 后面一个bit是1， 表示使用两位表示法
// 后面的数据 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 ——>表示：第一个包未到达、第二个包 11 到慢了、01连续三个 正常达到、最后两个未到达 —— 一共7个包可表示。

6)、recv delta：到达时间间隔， 以0.25ms为间隔，表示RTP包到达时间与前面一个RTP包到达时间的间隔，对于记录的第一个RTP包，该包的时间间隔是相对reference time的。

如果在packet chunk记录了一个"Packet received, small delta"状态的包，那么就会在receive delta列表中添加一个无符号1字节长度receive delta，无符号1字节取值范围[0,255]，由于Receive Delta以0.25ms为单位，故此时Receive Delta取值范围[0, 63.75]ms

如果在packet chunk记录了一个"Packet received, large or negative delta"状态的包，那么就会在receive delta列表中添加一个有符号2字节长度的receive delta，范围[-8192.0, 8191.75] ms

  如果时间间隔超过了最大限制，那么就会构建一个新的TransportFeedback RTCP包，由于reference time长度为3字节，所以目前的包中3字节长度能够覆盖很大范围了

二、计算丢包率

1)、通过Transport统计出来当前的丢包率

// 预计发送包数
size_t expected_packets = feedback->GetPacketStatusCount();
// 统计丢包总数
size_t lost_packets     = 0;
for (const auto& result : feedback->GetPacketResults())
{
    if (!result.received)
        lost_packets += 1;
}
this->UpdatePacketLoss(static_cast(lost_packets) / expected_packets);

2)、通过丢包直方图算法计算丢包率(加权平均)

void TransportCongestionControlClient::UpdatePacketLoss(double packetLoss)
{
    // 把当前的丢包率统计进丢包直方图中
    if (this->packetLossHistory.size() == PacketLossHistogramLength)
        this->packetLossHistory.pop_front();
​
    this->packetLossHistory.push_back(packetLoss);
​
    /*
     * 计算加权平均值
     *
     * 丢包率越靠近权重越大,最初的丢包率权重为1，后续的权重一次+1
     *
     */
    size_t weight{ 0 };
    size_t samples{ 0 };
    double totalPacketLoss{ 0 };
​
    // 丢包率遍历
    for (auto packetLossEntry : this->packetLossHistory)
    {
        // 权重累加
        weight++;
        // 总计权重累加
        samples += weight;
        // 总计丢包率
        totalPacketLoss += weight * packetLossEntry;
    }
​
    // 加权平均丢包率
    this->packetLoss = totalPacketLoss / samples;
}