WebRTC研究：统计参数之抖动

当我们调试WebRTC web客户端时，经常会打开chrome://webrtc-internals/这个页面，在这里我们可以看到音视频流的各种统计。今天我们就来看下其中的一个统计参数：抖动（jitter）。

什么是抖动

在网络传输中，每个包从发送端到接收端的时延都是不相同的，而jitter就是用来衡量这种不同。一般在发送端，数据包发送时间间隔是相同的，也就是均匀发送数据，但是传输过程中由于各种情况，例如拥塞，丢包，网络错误等，接收端收到的数据包间隔就会不一样，可能一会大，一会小，导致时延发生变化，这个时延的变化程度就是所谓的抖动，接收端如果不做任何处理，就会影响用户体验。例如对于视频来说，会导致帧率变化，视频播放就不平滑，有卡顿感。如下图片是抖动的一个形象描述。

WebRTC内部通过NetEQ与JitterBuffer进行音视频的抖动处理，消除抖动造成的影响，这些会在我的后续文章介绍。

抖动计算

根据RFC3550，假设RTP包i，RTP报头记录的时间戳为Si（单位为采样率），到达接收端的时间为Ri（单位同样为采样率），对于包i，j，我们定义一个变量\(D\)，描述两个包时间的差异，由接收时间差减去发送时间差：
\[D(i,j) = (Rj - Ri) - (Sj - Si) = (Rj - Sj) - (Ri - Si)\tag{1}\]
抖动\(J\)按如下公式定义：
\[J(i) = J(i-1) + (|D(i-1,i)| - J(i-1))/16\tag{2}\]
上述公式中i-1指的是前一个收到的包，不是按RTP序列号计数的。增益参数1/16是为了消除噪声影响，使抖动收敛在较合理范围内，避免突发数据的影响。

由公式可知，如果接受端收到的包间隔跟发送端发送间隔一样，那么抖动为0。

代码导读

WebRTC统计参数中的抖动计算代码位于StreamStatisticianImpl::UpdateJitter中，看下如何计算。
1）计算接收时间差，也就是\(Ri - R_{i-1}\)：

2）计算\(|D(i-1,i)|\)，其中发送时间为RTP报头记录的时间戳：

3）由公式（2），使用jitter_diff表示\(|D(i-1,i)|-J(i-1)\)：
\[jitter\_diff = time\_diff\_samples - J(i-1)\tag{3}\]
\[J(i) = J(i-1) + jitter\_diff/16\tag{4}\]
所以相关代码如下：

至此我们得到了jitter_diff_q4，单位为采样率，如果需要转换为毫秒时间单位，需要如下计算：
1）由于jitter_diff_q4放大了16倍，首先需要还原回去：

2）转换为毫秒单位：

这样我们就得到了以毫秒表示的抖动统计参数，chrome://webrtc-internals/中抖动的单位是秒。

参考

[1] Jitter.https://en.wikipedia.org/wiki/Jitter.
[2] RFC3550.https://tools.ietf.org/html/rfc3550.