摆脱客户端网页发起直播势在必行

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背景

近几年直播行业飞速发展，但是由于 Web 端这方面功能的长时间缺失，使得直播端以客户端为主；WebRTC 的出现使得网页也可以成为直播端。那么究竟 WebRTC 是什么呢？

WebRTC，即 Web Real-Time Communication，web 实时通信技术。简单地说就是在 web 浏览器里面引入实时通信，包括音视频通话等，它使得实时通信变成一种标准功能，任何 Web 应用都无需借助第三方插件和专有软件，而是通过 JavaScript API 即可完成；而且 WebRTC 提供了视频会议的核心技术，包括音视频的采集、编解码、网络传输、展示等功能，还支持跨平台，包括主流的 PC 和移动端设备。

下面介绍下需要用到的几个 API：

getUserMedia

我们可以通过调用 navigator.mediaDevices.getUserMedia(constraints) 去初始化一个本地的音视频流，然后把直播流通过 video 标签播放。代码如下：

html:

<div id="container">
    <video id="gum-local" autoplay playsinline></video>
    <button id="showVideo">Open camera</button>
    <button id="switchVideo">switch camera</button>
</div>

js:

const constraints = {
  audio: false,
  video: true
};

async function init(e) {
  try {const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia(constraints);
    const video  = document.querySelector('video');
    video.srcObject = stream;
  } catch (e) {console.log(e, 'stream init error');
  }
}
document.querySelector('#showVideo').addEventListener('click', (e) => init(e));

示例效果：

当然，如果有多个设备，就需要考虑设备选择和设备切换的问题。那就需要用到下面的这个 API。

设备

我们看看如何用原生的 Web API 去获取设备（以下示例代码可适用于 Chrome，其他浏览器暂未测试；具体浏览器兼容性可参考官方文档，本文档底部有链接）。

navigator.mediaDevices.enumerateDevices()

如果枚举成功将会返回一个包含 MediaDeviceInfo 实例的数组，它包含了可用的多媒体输入输出设备的信息。

下面是调用代码示例。

navigator.mediaDevices.enumerateDevices().then((devices) => {console.log(devices, '-----enumerateDevices------');
});

设备参数说明：

  1. deviceId：设备 id，具有唯一性
  2. groupId：设备组 id，不具有唯一性
  3. kind：设备类别（audioinput：音频输入设备，audiooutput：音频输出设备，videoinput：视频输入设备）
  4. label：设备名称（未经过授权允许的设备，label 值为空，授权允许后可拿到 label 的值，如下两图所示）

获取的所有设备截图（未授权）：

videoinput 已授权截图：

获取到设备列表后，可设置 navigator.mediaDevices.getUserMedia(constraints) 的 constraints 参数选择所用设备。

    const {audioList, videoList} = await getDevices();
    const constraints = {
      audio: {deviceId: audioList[0].deviceId
      },
      video: {deviceId: videoList[0].deviceId
      }
    };
    navigator.mediaDevices.getUserMedia(constraints);

...

然而，我们在更换 deviceId 切换设备的时候发现一些异常情况。在某些 deviceId 之间切换时，摄像头画面或者是麦克风采集处并没有发生变化。进一步调试发现，这些切换后没有发生变化的 deviceId 都具有相同的 groupId。因此，相同 groupId 下的设备，选择一个用于切换即可。

筛选麦克风、摄像头设备示例：

function getDevices() {return new Promise((resolve) => {navigator.mediaDevices.enumerateDevices().then((devices) => {const audioGroup = {};
      const videoGroup = {};
      const cameraList = [];
      const micList = [];
      devices.forEach((device, index) => {if ((!device.groupId || !audioGroup[device.groupId]) && device.kind === 'audioinput') {micList.push(device);
          audioGroup[device.groupId] = true;
        }

        if ((!device.groupId || !videoGroup[device.groupId]) && device.kind === 'videoinput') {cameraList.push(device);
          videoGroup[device.groupId] = true;
        }
      });
      resolve({cameraList, micList});
    });
  });
}

注意：在 Chrome 下，电脑外接摄像头后拔出设备，此时还有可能获取到拔出的设备信息，在进行切换的时候会有问题，可以采用在页面进行友好提示处理这种情况。

屏幕共享

MediaDevices.getDisplayMedia

Chrome 72+、Firefox 66+ 版本已经实现了 WebRTC 规范中的 MediaDevices.getDisplayMedia，具备屏幕共享功能。

navigator.mediaDevices.getDisplayMedia({
  video: true,
  audio: false
}).then(stream => {video.srcObject = stream;}).catch(err => {console.error(err);
});

示例效果：

对于 Chrome 72 以下的版本，想要实现屏幕共享的功能需要借助 Chrome 插件去获取 screen(显示器屏幕)、application windows(应用窗口) 和 browser tabs(浏览器标签页)。Chrome 插件：由 manifest.json 和 script.js 组成。

manifest.json 填入一些基本数据。background 中 scripts 传入需执行的 js 文件。添加 permissions: ['desktopCapture']，用来开启屏幕共享的权限。externally_connectable 用来声明哪些应用和网页可以通过 `runtime.connect` 和 `runtime.sendMessage` 连接到插件。{
   "manifest_version": 2,
   "name": "Polyv Web Screensharing",
   "permissions": ["desktopCapture"],
   "version": "0.0.1",
   "background": {
      "persistent": false,
      "scripts": ["script.js"]
   },
   "externally_connectable": {"matches": ["*://localhost:*/*"]
   }
}

script.js

// script.js
chrome.runtime.onMessageExternal.addListener(function(request, sender, sendResponse) {if (request.getStream) {
      // Gets chrome media stream token and returns it in the response.
      chrome.desktopCapture.chooseDesktopMedia(['screen', 'window', 'tab'], sender.tab,
        function(streamId) {sendResponse({ streamId: streamId});
        });
      return true; // Preserve sendResponse for future use
    }
  }
);

在页面中开始屏幕共享。通过 chrome.runtime.sendMessage 发送消息到 Chrome 插件调起屏幕共享。获取到 streamId 后，通过 mediaDevices.getUserMedia 得到 stream。

const EXTENSION_ID = '<EXTENSION_ID>';
const video = $('#videoId');
chrome.runtime.sendMessage(EXTENSION_ID, { getStream: true}, res => {console.log('res:', res);
  if (res.streamId) {
    navigator.mediaDevices.getUserMedia({
      video: {
        mandatory: {
          chromeMediaSource: 'desktop',
          chromeMediaSourceId: res.streamId
        }
      }
    }).then((stream) => {
      video.srcObject = stream;
      video.onloadedmetadata = function(e) {video.play();
      };
    })
  } else {// 取消选择}
});

而 Firefox 66 版本以下，不需要像 Chrome 借助插件才能实现屏幕共享。Firefox 33 之后可以直接通过使用 mediaDevices.getUserMedia，指定约束对象 mediaSource 为 screen、window、application 来实现屏幕共享。不过在 Firefox 中，一次只能指定一种 mediaSource。

navigator.mediaDevices.getUserMedia({
  video: {mediaSource: 'window'}
}).then(stream => {video.srcObject = stream;});

传输

WebRTC 的 RTCPeerConnection 可以建立点对点连接通信，RTCDataChannel 提供了数据通信的能力。

WebRTC 的点对点连接的过程为：

  1. 呼叫端给接收端发送一个 offer 信息。在发送给接收端之前先调用 setLocalDescription 存储本地 offer 描述。
  2. 接收端收到 offer 消息后，先调用 setRemoteDescription 存储远端 offer，再创建一个 answer 信息给呼叫端。

RTCDataChannel 提供了 send 方法和 message 事件。使用起来与 WebSocket 类似。

由于没有服务器，以下代码为呼叫端和接收端在同一页面上，RTCPeerConnection 对象之间是如何进行数据交互。

// 创建数据通道
sendChannel = localConnection.createDataChannel('通道名称', options);
sendChannel.binaryType = 'arraybuffer';
  sendChannel.onopen = function() {sendChannel.send('Hi there!');
};
sendChannel.onmessage = function(evt) {console.log('send channel onmessage:', evt.data);
};

// 远端接收实例
remoteConnection = new RTCPeerConnection(servers);
remoteConnection.onicecandidate = function(evt) {if (evt.candidate) {localConnection.addIceCandidate(new RTCIceCandidate(evt.candidate));
  }
};
// 当一个 RTC 数据通道已被远端调用 createDataChannel() 添加到连接中时触发
remoteConnection.ondatachannel = function() {
  const receiveChannel = event.channel;
  receiveChannel.binaryType = 'arraybuffer';
  // 接收到数据时触发
  receiveChannel.onmessage = function(evt) {console.log('onmessage', evt.data); // log: Hi there!
  };
  receiveChannel.send('Nice!');
};

// 监听是否有媒体流
remoteConnection.onaddstream = function(e) {peerVideo.srcObject = e.stream;};

localConnection.addStream(stream);

// 创建呼叫实例
localConnection.createOffer().then(offer => {localConnection.setLocalDescription(offer);
  remoteConnection.setRemoteDescription(offer);
  remoteConnection.createAnswer().then(answer => {remoteConnection.setLocalDescription(answer);
    // 接收到 answer
    localConnection.setRemoteDescription(answer);
  })
});

至此我们已经介绍完毕浏览器设备检测采集和屏幕分享的基本流程，但是光有这些可还远远不够，一套完整的直播体系包括音视频采集、处理、编码和封装、推流到服务器、服务器流分发、播放器流播放等等。如果想节省开发成本，可以使用第三方 SDK。下面简单介绍下使用声网 SDK 发起直播的流程。

浏览器要求：

  1. Chrome 58+
  2. Firefox 56+
  3. Safari 11+（屏幕共享不可用）
  4. Opera 45+（屏幕共享不可用）
  5. QQ 10+（屏幕共享不可用）
  6. 360 安全浏览器 9.1+（屏幕共享不可用）

设备检测

调用 AgoraRTC.getDevices 获取当前浏览器检测到的所有可枚举设备，kind 为 ’videoinput’ 是摄像头设备，kind 为 ’audioinput’ 是麦克风设备，然后通过 createStream 初始化一个本地的流。获取设备：

AgoraRTC.getDevices((devices) => {const audioGroup = {};
    const videoGroup = {};
    const cameraList = [];
    const micList = [];
    devices.forEach((device, index) => {if ((!device.groupId || !audioGroup[device.groupId]) && device.kind === 'audioinput') {micList.push(device);
            audioGroup[device.groupId] = true;
        }

        if ((!device.groupId || !videoGroup[device.groupId]) && device.kind === 'videoinput') {cameraList.push(device);
            videoGroup[device.groupId] = true;
        }
    });
    return {cameraList, micList};
});

初始化本地流：

// uid: 自定义频道号，cameraId 设备 Id
const stream = AgoraRTC.createStream({
    streamID: uid,
    audio: false,
    video: true,
    cameraId: cameraId,
    microphoneId: microphoneId
});
stream.init(() => {
    // clientCamera <div id="clientCamera" ></div>
    stream.play('clientCamera', { muted: true});
}, err => {console.error('AgoraRTC client init failed', err);
});

stream.init() 初始化直播流；如果当前浏览器摄像头权限为禁止，则调用失败，可捕获报错 Media access NotAllowedError: Permission denied；若摄像头权限为询问，浏览器默认弹窗是否允许使用摄像头，允许后调用 play() 可看到摄像头捕获的画面。如果不传入 cameraId，SDK 会默认获取到设备的 deviceId, 如果权限是允许，同样会显示摄像头画面。

采集

摄像头

顺利拿到 cameraId 和 microphoneId 后就可以进行直播。通过 SDK 提供的 createStream 创建一个音视频流对象。执行 init 方法初始化成功之后，播放音视频 (见上文)。最后通过 client 发布流以及推流到 CDN（见下文）。

屏幕共享

Web 端屏幕共享，通过创建一个屏幕共享的流来实现的。Chrome 屏幕共享需要下载插件，在创建的流的时候还需要传入插件的 extensionId。

const screenStream = AgoraRTC.createStream({
    streamID: <uid>,
    audio: false,
    video: false,
    screen: true,
    extensionId: <extensionId>, // Chrome 插件 id
    mediaSource: 'screen' // Firefox
});

传输

通过 AgoraRTC.createStream 创建的音视频流，通过 publish 发送到第三方服务商的 SD-RTN(软件定义实时传输网络)。

client.publish(screenStream, err => {console.error(err);
});

别的浏览器可以通过监听到 stream-added 事件，通过 subscribe 订阅远端音视频流。

client.on('stream-added', evt => {
  const stream = evt.stream;
  client.subscribe(stream, err => {console.error(err);
  });
});

再通过 startLiveStreaming 推流到 CDN。

// 编码
client.setLiveTranscoding(<coding>);
client.startLiveStreaming(<url>, true)

在推摄像头流的时候，关闭摄像头，需要推一张占位图。这个时候先用 canvas 画图，然后用 WebRTC 提供的 captureStream 捕获静态帧。再调用 getVideoTracks，制定 AgoraRTC.createStream 的 videoSource 为该值。视频源如来自 canvas，需要在 canvas 内容不变时，每隔 1 秒重新绘制 canvas 内容，以保持视频流的正常发布。

const canvas = document.createElement('canvas');
renderCanvas(canvas);
setInterval(() => {renderCanvas(canvas);
}, 1000);
canvasStream = canvas.captureStream();

const picStream = AgoraRTC.createStream({
  streamID: <uid>,
  video: true,
  audio: false,
  videoSource: canvasStream.getVideoTracks()[0]
});

// 画图
function renderCanvas(canvas) {...}

一个 client 只能推一个流，所以在进行屏幕共享的时候，需要创建两个 client，一个发送屏幕共享流，一个发送视频流。屏幕共享流的 video 字段设为 false。视频流的 video 字段设为 true。然后先通过 setLiveTranscoding 合图再推流。

const users = [
  {
    x: 0, // 视频帧左上角的横轴位置，默认为 0
    y: 0, // 视频帧左上角的纵轴位置，默认为 0
    width: 1280, // 视频帧宽度，默认为 640
    height: 720, // 视频帧高度，默认为 360
    zOrder: 0, // 视频帧所处层数；取值范围为 [0,100]；默认值为 0，表示该区域图像位于最下层
    alpha: 1.0, // 视频帧的透明度，默认值为 1.0
    uid: 888888, // 旁路推流的用户 ID
  },
  {
    x: 0,
    y: 0,
    width: 1280,
    height: 720,
    zOrder: 1,
    alpha: 1.0,
    uid: 999999
  }
];

var liveTranscoding = {
  width: 640,
  height: 360,
  videoBitrate: 400,
  videoFramerate: 15,
  lowLatency: false,
  audioSampleRate: AgoraRTC.AUDIO_SAMPLE_RATE_48000,
  audioBitrate: 48,
  audioChannels: 1,
  videoGop: 30,
  videoCodecProfile: AgoraRTC.VIDEO_CODEC_PROFILE_HIGH,
  userCount: user.length,
  backgroundColor: 0x000000,
  transcodingUsers: users,
};
client.setLiveTranscoding(liveTranscoding);

因为业务需求是摄像头和屏幕共享可以切换，摄像头和屏幕共享的分辨率和码率均不相同，屏幕共享需要更高的分辨率和码率。但是开发中发现切换时设置码率无效。SDK 那边给的答复是：因为缓存问题，会以第一次推流设置的参数为准，将会在下个版本中修复。

参考文献：
MediaDevices.getUserMedia()
MedaiDevices.enumerateDevices()
HTMLMediaElement
MediaDevices/getDisplayMedia

正文完
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2019-06-13
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