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
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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。
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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
| 成员变量 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
target_rate_kbps_ | int | 目标比特率，单位kbps |
max_bytes_in_budget_ | int64_t | 时间窗口内的最大预算字节数 |
bytes_remaining_ | int64_t | 当前剩余预算字节数，可为负（表示超支） |
can_build_up_underuse_ | bool | 是否允许未使用的预算累积到下一个周期 |
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
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支持两种预算模式：
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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。
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防溢出与饱和处理：
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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。
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灵活的预算调整：
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支持动态调整目标码率，自动重新计算最大预算；
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支持负预算（超支），但限制在一定范围内。
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六、典型工作流程
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初始化
IntervalBudget，设置初始目标码率和是否允许累积； -
每隔一段时间调用
IncreaseBudget(delta_time_ms)增加预算； -
发送数据时调用
UseBudget(bytes)扣除预算； -
通过
bytes_remaining()或budget_ratio()查询当前预算状态； -
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。