webrtc弱网-IntervalBudget类源码分析与算法原理

一、核心功能

IntervalBudget 类用于基于时间窗口的带宽预算管理。它根据设定的目标比特率（kbps）和一个固定时间窗口（500ms），计算在该时间窗口内可用的字节数（即“预算”），并支持预算的增加（随时间累积）和使用（发送数据时消耗）。该类可用于拥塞控制、码率调整等场景中，确保数据发送速率不超过目标速率。

二、核心算法原理

• 预算计算：
  预算基于目标比特率和时间窗口（500ms）计算：
  max_bytes_in_budget_ = (kWindowMs * target_rate_kbps_) / 8
  即：最大预算 = （500ms × 目标速率kbps） / 8（转换为字节）

• 预算累积（IncreaseBudget）：
  根据时间差 delta_time_ms 计算应增加的预算字节数。

  • 若允许积累未使用预算（can_build_up_underuse_为true），则将剩余预算累加，但不超过最大值；

  • 否则，每个时间窗口的预算独立，不累积。

• 预算消耗（UseBudget）：
  每发送一定字节数，就从剩余预算中扣除，但不能低于 -max_bytes_in_budget_（允许一定程度超支）。

三、关键数据结构

四、核心方法详解

1. 构造函数

IntervalBudget(int initial_target_rate_kbps, bool can_build_up_underuse)
    : bytes_remaining_(0), can_build_up_underuse_(can_build_up_underuse) {
  set_target_rate_kbps(initial_target_rate_kbps);
}

2. set_target_rate_kbps

void IntervalBudget::set_target_rate_kbps(int target_rate_kbps) {
  target_rate_kbps_ = target_rate_kbps;
  max_bytes_in_budget_ = (kWindowMs * target_rate_kbps_) / 8;
  bytes_remaining_ = std::min(std::max(-max_bytes_in_budget_, bytes_remaining_),
                              max_bytes_in_budget_);
}

功能：设置目标比特率，并重新计算最大预算，同时限制当前剩余预算在合理范围内。

3. IncreaseBudget

void IntervalBudget::IncreaseBudget(int64_t delta_time_ms) {
  int64_t bytes = target_rate_kbps_ * delta_time_ms / 8;
  if (bytes_remaining_ < 0 || can_build_up_underuse_) {
    bytes_remaining_ = std::min(bytes_remaining_ + bytes, max_bytes_in_budget_);
  } else {
    bytes_remaining_ = std::min(bytes, max_bytes_in_budget_);
  }
}

功能：根据时间差增加预算。若允许累积或之前超支，则累加；否则重置为本周期预算。

4. UseBudget

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

功能：使用预算，扣除相应字节数，防止超支过多。

5. bytes_remaining

size_t IntervalBudget::bytes_remaining() const {
  return rtc::saturated_cast<size_t>(std::max<int64_t>(0, bytes_remaining_));
}

功能：返回非负的剩余预算（超支时返回0）。

6. budget_ratio

double IntervalBudget::budget_ratio() const {
  if (max_bytes_in_budget_ == 0)
    return 0.0;
  return static_cast<double>(bytes_remaining_) / max_bytes_in_budget_;
}

功能：返回当前预算比率（剩余预算 / 最大预算），用于判断当前负载情况。

五、设计亮点

1. 支持两种预算模式：

   • 可累积模式（can_build_up_underuse_ = true）：允许未使用的预算累积到下一周期；

   • 非累积模式：每个周期预算独立，不累积。

2. 防溢出与饱和处理：

   • 使用 std::min / std::max 限制预算范围；

   • bytes_remaining() 返回非负值，避免负数引起误解。

3. 灵活的预算调整：

   • 支持动态调整目标码率，自动重新计算最大预算；

   • 支持负预算（超支），但限制在一定范围内。

六、典型工作流程

1. 初始化 IntervalBudget，设置初始目标码率和是否允许累积；

2. 每隔一段时间调用 IncreaseBudget(delta_time_ms) 增加预算；

3. 发送数据时调用 UseBudget(bytes) 扣除预算；

4. 通过 bytes_remaining() 或 budget_ratio() 查询当前预算状态；

5. 可根据网络状态动态调用 set_target_rate_kbps() 调整目标码率。

注释精要

interval_budget.h

// 带宽预算管理器，基于时间窗口（500ms）和目标码率进行预算控制
class IntervalBudget {
 public:
  explicit IntervalBudget(int initial_target_rate_kbps);
  IntervalBudget(int initial_target_rate_kbps, bool can_build_up_underuse);
  
  void set_target_rate_kbps(int target_rate_kbps);  // 设置目标码率（kbps）

  void IncreaseBudget(int64_t delta_time_ms);  // 增加预算，delta_time_ms 为时间差（毫秒）
  void UseBudget(size_t bytes);                 // 使用预算，bytes 为使用的字节数

  size_t bytes_remaining() const;               // 获取当前剩余预算（非负）
  double budget_ratio() const;                  // 获取预算比率（剩余预算/最大预算）
  int target_rate_kbps() const;                 // 获取当前目标码率

 private:
  int target_rate_kbps_;        // 目标码率（kbps）
  int64_t max_bytes_in_budget_; // 最大预算字节数（500ms窗口）
  int64_t bytes_remaining_;     // 当前剩余预算字节数（可为负）
  bool can_build_up_underuse_;  // 是否允许未使用的预算累积
};

interval_budget.cc

void IntervalBudget::IncreaseBudget(int64_t delta_time_ms) {
  int64_t bytes = target_rate_kbps_ * delta_time_ms / 8; // 计算应增加的字节数
  if (bytes_remaining_ < 0 || can_build_up_underuse_) {
    // 若当前超支或允许累积，则累加预算（不超过最大值）
    bytes_remaining_ = std::min(bytes_remaining_ + bytes, max_bytes_in_budget_);
  } else {
    // 否则，本周期的预算不超过当前时间窗口内的最大值
    bytes_remaining_ = std::min(bytes, max_bytes_in_budget_);
  }
}

IntervalBudget类在WebRTC中负责基于时间窗口的带宽预算管理，用于控制数据发送速率不超过设定的目标比特率。它通过500ms时间窗口将目标码率转换为字节预算，随时间推移累积预算，发送数据时扣除相应字节数。该类支持两种模式：可累积未使用预算或每周期独立预算，为拥塞控制和码率自适应算法提供关键的发送速率状态信息，确保网络流量平稳且避免拥塞，是pacing模块和拥塞控制系统的重要组成部分。