WebRTC Pacing之IntervalBudget分析

WebRTC中Pacing等模块需要按照指定的码率发送报文，保证码率稳定，会用到IntervalBudget这个类，这个类是控制码率平稳的核心。本篇将介绍IntervalBudget这个类。

1. ✨IntervalBudget原理

IntervalBudget顾名思义，就是一段时间内的发送码率预算。 IntervalBudget根据时间流逝增加budget，报文发送后减少budget，每次发送报文前判断剩余budget是否足够，如果不足则取消本次发送。

举个例子 :

当前目标码率设置为1000kbps，剩余预算100bytes。
距离上次更新相隔50ms，那么budget就多了1000kbps*50/8=600bytes，剩余100+600=700bytes；
如果当前发送一个1000bytes的报文，先判断是否有剩余budget，当前700bytes肯定有剩余，因此可以发送，并减少budget，剩余700-1000=-300bytes。

IntervalBudget这个类比较小，因此这里直接贴上其声明：

class IntervalBudget {
 public:
  explicit IntervalBudget(int initial_target_rate_kbps);
  IntervalBudget(int initial_target_rate_kbps, bool can_build_up_underuse);
  // 设置目标发送码率
  void set_target_rate_kbps(int target_rate_kbps);

  // 时间流逝后增加budget
  void IncreaseBudget(int64_t delta_time_ms);
  // 发送数据后减少budget
  void UseBudget(size_t bytes);

  // 剩余budget
  size_t bytes_remaining() const;
  // 剩余budget占当前窗口数据量比例
  double budget_ratio() const;
  // 目标发送码率
  int target_rate_kbps() const;

 private:
  // 设置的目标码率，按照这个码率控制数据发送
  int target_rate_kbps_;
  // 窗口内（500ms）对应的最大字节数=窗口大小*target_rate_kbps_/8
  int64_t max_bytes_in_budget_;
  // 剩余可发送字节数，限制范围:[-max_bytes_in_budget_, max_bytes_in_budget_]
  int64_t bytes_remaining_;
  // 上个周期underuse，本周期是否可以借用上个周期的剩余量
  bool can_build_up_underuse_;
};

2. ✨budget增加

如果距离上次更新时间相隔delta_time_ms，那么随着时间流逝，那么这段时间增长的budget为delta_time_ms* target_rate_kbps_：

void IntervalBudget::IncreaseBudget(int64_t delta_time_ms) {
  int64_t bytes = target_rate_kbps_ * delta_time_ms / 8;
  // 一般来说，can_build_up_underuse_都会关闭，关于这个开关的介绍见最后一部分介绍
  if (bytes_remaining_ < 0 || can_build_up_underuse_) {
    // We overused last interval, compensate this interval.
    // 如果上次发送的过多（bytes_remaining_ < 0），那么本次发送的数据量会变少
    // 如果开启can_build_up_underuse_，则表明可以累积之前没有用完的预算
    bytes_remaining_ = std::min(bytes_remaining_ + bytes, max_bytes_in_budget_);
  } else {
    // If we underused last interval we can't use it this interval.
    // 1） 如果上次的budget没有用完（bytes_remaining_ > 0），如果没有设置can_build_up_underuse_
    // 不会对上次的补偿，直接清空所有预算，开始新的一轮

    // 2） 如果设置了can_build_up_underuse_标志，那意味着要考虑上次的underuse，
    // 如果上次没有发送完，则本次需要补偿，见上面if逻辑
    bytes_remaining_ = std::min(bytes, max_bytes_in_budget_);
  }
}

3. ✨减少budget

发送了数据后需要减少budget，直接减去发送字节数即可：

void IntervalBudget::UseBudget(size_t bytes) {
  bytes_remaining_ = std::max(bytes_remaining_ - static_cast<int>(bytes),
                              -max_bytes_in_budget_);
}

4. ✨谈谈IntervalBudget窗口大小

这里的窗口目前主要是用来控制can_build_up_underuse_开关打开下，build_up的上限。考虑到存在这样的情况，随着时间流逝，我们每5ms都有5ms的budget可供使用，但是并不是每一个5ms我们都能够完全使用掉这5ms的budget，这里称作underuse。因此，can_build_up_underuse_开关允许我们将这些没有用完的预算累计起来，以供后续使用。kWindowMs = 500ms意味着我们可以累积500ms这么多没有用完的预算。

打开这个开关好处在于某些时刻，我们短时间内可供发送的预算更多，在码率抖动较大的时候，我们可以更快地将数据发送出去。带来的缺陷是，短时间内的码率控制不够平滑，在一些低带宽场景影响更大。

原文 WebRTC Pacing之IntervalBudget分析 - 知乎

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