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WebRTC服务质量（11）- Pacer机制（03) IntervalBudget

news 来源：原创 2025/7/22 4:36:51

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一、前言：

先想想，我们其实已经有了目标码率了，为什么还要控制码率？

因为，我们获取的目标码率是以秒为单位的，比如每秒钟发送300k，这是我们通过webrtc的网络拥塞控制可以获得的。但是，具体到每个时间分片，我们前面看了pacer是5ms作为一个时间分片，IntervalBudget就是控制每个时间分片内应该发送的数据大小。

二、概念：

IntervalBudget 是 WebRTC 中的一个数据流速率控制工具，目的是在固定时间间隔内，根据目标码率动态管理和分配可以发送的字节数（预算字节）。它类似一个预算系统，平衡上一时间间隔的欠载（underuse）和过载（overuse）情况，确保整体码率维持在目标值，同时允许一定程度的积累和补偿。

详细分主要作用是：

维持目标码率（target_rate_kbps） 根据目标速率（如 300 kbps），动态调整每段时间的字节发送目标。
处理过载和欠载 若某次时间片中没有充分利用发送预算，是否允许将未用的预算累积到后续时间片（由 can_build_up_underuse 决定）。
预算限制 限制过载和欠载的值，最高不能超过特定的预算范围（max_bytes_in_budget_）。
字节消耗管理 随着数据发送，会减少预算，维持运行中实时的发送和控制。

三、类定义：

class IntervalBudget {public:explicit IntervalBudget(int initial_target_rate_kbps);IntervalBudget(int initial_target_rate_kbps, bool can_build_up_underuse);// 用于设置目标码率void set_target_rate_kbps(int target_rate_kbps);// TODO(tschumim): Unify IncreaseBudget and UseBudget to one function.// 用于计算我们这个时间分片，有多少数据可以发送void IncreaseBudget(int64_t delta_time_ms);void UseBudget(size_t bytes);size_t bytes_remaining() const;double budget_ratio() const;int target_rate_kbps() const;private:// 通过带宽评估算法评估出的目标码率（也就是1s内发送多少数据）int target_rate_kbps_;// 在budget中最大可以存放多少字节int64_t max_bytes_in_budget_;// 在一个时间分片内，还有多少数据可以发送int64_t bytes_remaining_;bool can_build_up_underuse_;
};

四、Pacer中两个重要的IntervalBudget：

  IntervalBudget media_budget_; // 用于计算可以发送媒体的数据量IntervalBudget padding_budget_; // 用于计算可以发送padding的数据量

五、设置目标码率：

要使用IntervalBudget，就需要先设置目标码率。两种设置目标码率的途径：

周期执行RtpTransportControllerSend::UpdateControllerWithTimeInterval ;
通过收到对方发送来的transport-cc，然后使用OnTransportPacketsFeedback函数来分析，并更新目标码率；

5.1、调用UpdateControllerWithTimeInterval过程：

在这里插入图片描述

红框中的都属于RepeatingTask，进行任务的反复执行。

// 周期执行当前任务
bool RepeatingTaskBase::Run() {// 执行当前任务TimeDelta delay = RunClosure();// ...// 然后再把this打包成任务，放入线程的任务队列当中，之后这个线程又会执行Run，反复如此// delay.ms()是每隔多长时间执行这个任务task_queue_->PostDelayedTask(absl::WrapUnique(this), delay.ms());return false;
}// 在其父类 RepeatingTaskBase 当中会通过Run来执行任务
template <class Closure>
class RepeatingTaskImpl final : public RepeatingTaskBase {public:RepeatingTaskImpl(TaskQueueBase* task_queue,TimeDelta first_delay,Closure&& closure,Clock* clock): RepeatingTaskBase(task_queue, first_delay, clock),closure_(std::forward<Closure>(closure)) {static_assert(std::is_same<TimeDelta, typename std::result_of<decltype (&Closure::operator())(Closure)>::type>::value, "");}private:// 执行当前任务TimeDelta RunClosure() override { return closure_(); }typename std::remove_const<typename std::remove_reference<Closure>::type>::type closure_;
};

5.2、根据Transport-cc执行：

当我们收到transport-cc反馈后，会执行下面函数：

// 每当我们收到transport-cc之后，就会调用下面的方法
void RtpTransportControllerSend::OnTransportFeedback(const rtcp::TransportFeedback& feedback) {feedback_demuxer_.OnTransportFeedback(feedback);auto feedback_time = Timestamp::Millis(clock_->TimeInMilliseconds());// 生成一个匿名函数任务，这个任务当中通过 OnTransportPacketsFeedback 来解析transport-cc中的内容// 解析完这个内容之后，就会计算我们当前的带宽是多少，拿到带宽就可以为budget设置目标码率了// 将返回值（也就是目标码率）传给PostUpdates，这里面会设置给budget目标码率task_queue_.PostTask([this, feedback, feedback_time]() {RTC_DCHECK_RUN_ON(&task_queue_);absl::optional<TransportPacketsFeedback> feedback_msg =transport_feedback_adapter_.ProcessTransportFeedback(feedback, feedback_time);if (feedback_msg && controller_) {PostUpdates(controller_->OnTransportPacketsFeedback(*feedback_msg));}pacer()->UpdateOutstandingData(transport_feedback_adapter_.GetOutstandingData());});
}

就是解析出人家反馈给我们的内容，根据这个计算我们自己的目标码率，并设置给budget；

六、使用media_budget：

看下ProcessPackets如何使用media_budget的：

// 周期处理包的发送
void PacingController::ProcessPackets() {if (mode_ == ProcessMode::kPeriodic) {// 将前面设置给pacer的目标码率设置给media_budgetmedia_budget_.set_target_rate_kbps(target_rate.kbps());UpdateBudgetWithElapsedTime(elapsed_time);} else {media_rate_ = target_rate;}
}

其中，elapsed_time就是逝去的时间，在UpdateBudgetWithElapsedTime当中会使用：

/*** 使用逝去的时间更新media_budget_*/
void PacingController::UpdateBudgetWithElapsedTime(TimeDelta delta) {if (mode_ == ProcessMode::kPeriodic) {// 获取较小者（kMaxProcessingInterval是30ms)delta = std::min(kMaxProcessingInterval, delta);// 将delta时间传给media_budgetmedia_budget_.IncreaseBudget(delta.ms());padding_budget_.IncreaseBudget(delta.ms());} else {media_debt_ -= std::min(media_debt_, media_rate_ * delta);padding_debt_ -= std::min(padding_debt_, padding_rate_ * delta);}
}

再看看传进去IncreaseBudget怎么使用的：

void IntervalBudget::IncreaseBudget(int64_t delta_time_ms) {// target_rate_kbps_是我们之前传入的目标码率// 加入我们现在目标码率target_rate_kbps_是300，delta是10ms，那么bytes约等于300字节，// 也就是说我们接下来这段时间可以发送的数据是300字节int64_t bytes = target_rate_kbps_ * delta_time_ms / 8;if (bytes_remaining_ < 0 || can_build_up_underuse_) {// We overused last interval, compensate this interval.// 这种情况说明过载了（比如上次要求发100，最终发了150，多发了50）// 那么我们就用本次应该发送的数据量减去（因为bytes_remaining_为负数，下面看着是加）上次多出来的50，就是本次要发送的// 当然如果大于我们budget可以发送的最大值max_bytes_in_budget_，那么，只能允许发送max_bytes_in_budget_bytes_remaining_ = std::min(bytes_remaining_ + bytes, max_bytes_in_budget_);} else {// If we underused last interval we can't use it this interval.// 如果没有过载，使用当前计算的结果bytes_remaining_ = std::min(bytes, max_bytes_in_budget_);}
}

我尝试再好好解释下：

IncreaseBudget 增加新的字节预算，用于下一时间片发送。

核心逻辑：

计算新增预算字节：
```
bytes = target_rate_kbps_ * delta_time_ms / 8
```
此预算决定时间间隔 delta_time_ms 内允许发送的字节数。
判断是否存在欠载积累（bytes_remaining_ 为负值），以及是否允许保留欠载（can_build_up_underuse_）。两种情况：
- 允许欠载/欠载存在：补偿上一次过载，同时加入当前新增预算，更新剩余字节。
- 不允许欠载/无欠载：仅允许当前时间段的预算。
使用 std::min() 限制最终预算，确保预算总值不超过 max_bytes_in_budget_。

示例：

目标码率：300 kbps，时间段：10 ms：
```
bytes = 300 * 10 / 8 = 375 字节
```

欠载情况：假设 bytes_remaining_ = -100 且 can_build_up_underuse = true：

bytes_remaining_ = min(-100 + 375, max_bytes_in_budget_)= min(275, 375)= 275 字节

正常情况：没有欠载，直接按当前时间段计算：
```
bytes_remaining_ = min(375, 375) = 375 字节
```

七、总结：

本文主要介绍了Pacer模块中怎么根据目标码率，然后通过IntervalBudget来完成动态调整每段时间的字节预算，使整体码率稳定在设计的目标值附近，同时平衡欠载和过载的情况。