webrtc弱网-SendSideBandwidthEstimation类源码分析与算法原理

SendSideBandwidthEstimation 是 WebRTC 中用于发送端带宽估计的核心类，它负责根据网络反馈（如丢包、延迟、接收端限制等）动态调整发送码率。以下是从六个维度对该类的源码和算法原理的详细分析：

一、核心功能

SendSideBandwidthEstimation 主要用于：

带宽估计：根据网络反馈信息（如丢包率、延迟、接收端REMB等）动态估计可用带宽。
码率控制：设置发送码率的上限和下限，避免网络拥塞并充分利用带宽。
多算法融合：支持多种带宽估计算法（如基于延迟、基于丢包V1/V2、RTT退避等）。
状态跟踪：记录历史码率、丢包率、RTT等信息，用于后续估计。
事件日志：记录带宽更新事件，用于调试和监控。

二、核心算法原理

基于丢包的带宽估计（Loss-Based）

使用丢包率（fraction_loss）调整带宽：
- 低丢包（<2%）：增加带宽（乘以1.08）
- 中丢包（2%~10%）：保持当前带宽
- 高丢包（>10%）：降低带宽（乘以 (512 - loss) / 512）

基于延迟的带宽估计（Delay-Based）

通过 delay_based_limit_ 接收来自 GCC 延迟控制模块的带宽建议。

RTT退避机制（RttBasedBackoff）

当RTT超过设定阈值时，主动降低发送码率，避免网络拥塞。

链路容量跟踪（LinkCapacityTracker）

根据确认的速率和延迟估计值，动态更新对链路容量的估计。

多估计器融合

支持 V1 和 V2 两个版本的丢包带宽估计器，可根据实验配置选择使用哪一个。

三、关键数据结构

LinkCapacityTracker

复制代码

double capacity_estimate_bps_;
Timestamp last_link_capacity_update_;
DataRate last_delay_based_estimate_;

用于跟踪链路容量，结合延迟估计和确认速率进行更新。

RttBasedBackoff

复制代码

TimeDelta rtt_limit_;
Timestamp last_propagation_rtt_update_;
TimeDelta last_propagation_rtt_;
Timestamp last_packet_sent_;

用于在RTT过高时触发退避机制，降低发送码率。

min_bitrate_history_

复制代码

std::deque<std::pair<Timestamp, DataRate>> min_bitrate_history_;

保存历史最小码率记录，用于平滑码率增长。

loss_based_bandwidth_estimator_v1_ / v2

两个版本的丢包带宽估计器，V2 是更先进的实验版本。

四、核心方法详解

UpdateEstimate(Timestamp at_time)

核心更新方法，根据当前状态（丢包、延迟、RTT等）更新目标码率。
会调用各子估计器（丢包、延迟、RTT退避）并综合得出最终码率。

UpdatePacketsLost(int64_t packets_lost, int64_t number_of_packets, Timestamp at_time)

更新丢包统计信息，计算丢包率，并触发带宽更新。

UpdateDelayBasedEstimate(Timestamp at_time, DataRate bitrate)

更新来自延迟控制模块的带宽建议。

UpdateReceiverEstimate(Timestamp at_time, DataRate bandwidth)

更新接收端通过 REMB 或 TMMBR 通知的带宽限制。

SetAcknowledgedRate(absl::optional<DataRate> acknowledged_rate, Timestamp at_time)

设置当前确认的传输速率，用于链路容量估计。

UpdateTargetBitrate(DataRate new_bitrate, Timestamp at_time)

最终设置目标码率，并应用上下限限制。

五、设计亮点

多算法融合

支持延迟、丢包、接收端限制、RTT退避等多种信号进行带宽估计，鲁棒性强。

状态机管理

使用 uma_update_state_ 和 uma_rtt_state_ 等状态变量管理不同阶段的统计日志。

历史窗口机制

使用 min_bitrate_history_ 保存最近一段时间的最小码率，用于平滑码率增长。

实验性功能支持

通过 FieldTrial 支持动态配置不同算法（如V2丢包估计器、RTT退避参数等）。

链路容量自适应

LinkCapacityTracker 能根据实际确认速率和延迟估计动态调整对链路容量的估计。

六、典型工作流程

时序图

初始化阶段

发送端调用 SetBitrates 设置初始码率、最小码率和最大码率
带宽估计模块初始化内部状态变量
返回初始目标码率给发送端

数据发送与反馈循环

发送端持续发送数据包，并通知带宽估计模块每个包的发送时间
接收端通过RTCP发送各种反馈信息（REMB、丢包报告、RTT等）
发送端收到反馈后调用相应的更新方法

反馈处理

REMB/TMMBR处理：更新接收端限制，应用目标限制
丢包报告处理：计算丢包率，触发带宽估计更新
RTT报告处理：更新RTT值，用于后续估计

延迟估计更新

延迟估计模块定期提供基于延迟的带宽估计
更新延迟限制和链路容量估计
应用目标限制

确认速率更新

发送端提供已确认的传输速率
更新内部确认速率变量
更新V1/V2估计器的确认速率信息

定期带宽估计

发送端定期调用 UpdateEstimate 进行带宽估计
根据当前状态选择不同的估计算法：
- RTT退避（当RTT超过限制时）
- 启动阶段策略（前2秒且无丢包时）
- V1估计器（如果就绪）
- V2估计器（如果就绪）
- 传统丢包算法（作为后备）
应用上下限限制，记录日志事件
返回更新后的目标码率给发送端

路由变化处理

当检测到路由变化时，重置所有状态变量
重新初始化V2估计器（如果需要）

注释精要

复制代码

// 更新目标码率，并应用上下限限制
void SendSideBandwidthEstimation::UpdateTargetBitrate(DataRate new_bitrate,
                                                      Timestamp at_time) {
  // 不超过上限（延迟限制、接收端限制、配置最大码率的最小值）
  new_bitrate = std::min(new_bitrate, GetUpperLimit());
  
  // 如果低于最小码率，记录警告并设置为最小码率
  if (new_bitrate < min_bitrate_configured_) {
    MaybeLogLowBitrateWarning(new_bitrate, at_time);
    new_bitrate = min_bitrate_configured_;
  }
  
  current_target_ = new_bitrate;
  MaybeLogLossBasedEvent(at_time); // 记录事件日志
  link_capacity_.OnRateUpdate(acknowledged_rate_, current_target_, at_time);
}

// 判断是否处于启动阶段（前2秒）
bool SendSideBandwidthEstimation::IsInStartPhase(Timestamp at_time) const {
  return first_report_time_.IsInfinite() ||
         at_time - first_report_time_ < kStartPhase;
}

SendSideBandwidthEstimation是WebRTC中负责发送端带宽估计的核心组件。它通过综合处理接收端反馈（REMB、丢包率、RTT）、延迟估计和确认速率等多源信息，动态调整发送码率。采用多种算法（V1/V2丢包估计、RTT退避等）适应不同网络状态，在保证网络不拥塞的同时最大化带宽利用率，确保实时音视频传输的质量和流畅性。