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

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：

cpp 复制代码

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：

cpp 复制代码

  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：

红框中的都属于RepeatingTask，进行任务的反复执行。

cpp 复制代码

// 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：

cpp 复制代码

// 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：

cpp 复制代码

// 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_budget
      media_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：

cpp 复制代码

/**
 * 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_budget
    media_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：

cpp 复制代码

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：
cpp 复制代码
```
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：
cpp 复制代码
```
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。