WebRTC是什么？

WebRTC名称源于网页即时通信（Web Real-Time Communication）的缩写，是一个反对网页浏览器进行实时语音对话或视频对话的API。它于2011年6月1日开源并在Google、Mozilla、Opera反对下被纳入万维网的W3C举荐规范。它通过简略的API为浏览器和挪动应用程序提供实时通信（RTC）性能。

WebRTC发展前景

WebRTC尽管冠以Web之名，然而不受限于传统互联网利用或者浏览器的终端运行环境。实际上无论终端运行环境是浏览器、桌面利用、挪动设施（AndRoid或iOS）还是IoT设施，只有IP连贯可达到合乎WebRTC标准就能够互通。这一点开释了大量智能终端（或运行在智能终端上的APP）的实时通信能力，关上了许多对于实时交互性要求较高的利用场景的设想空间，如在线教育、视频会议、视频社交、近程帮助、近程操控等等都是其适合的应用领域。

WebRTC有哪些长处

WebRTC次要利用在实时通信加快，长处如下：
  • Google开源的框架
  • 跨平台：能够在Web、Andriod、iOS、windows、MacOS、Linux运行WebRTC利用
  • 实时传输：传输速度快，提早低、适宜实时性要求较高的利用场景
  • 音视频引擎：弱小的音视频解决能力
  • 免插件：不须要装置任何插件，关上浏览器即可应用
  • 收费：尽管WebRTC技术曾经较为成熟，其集成了最佳的音视频引擎，非常先进的Codec，然而Google对于这些技术不收取任何费用
  • 弱小的打洞能力：WebRTC技术蕴含了应用STUN、ICE、TURN、RTP-over-TCP的要害NAT和防火墙穿透技术，并反对代理
  • 支流浏览器反对：Chrome、Safari、Firefox、Edge

WebRTC利用场景

WebRTC的利用场景非常宽泛，尤其是在网络越来越发达的当下，音视频会议、在线教育、即时通讯工具、游戏、人脸识别肯定是当下和将来倒退方向，5G时代的到来必然会引起井喷式的倒退。次要应用领域如下所示：
  • 音视频会议
  • 在线教育
  • 照相机
  • 音乐播放器
  • 共享远程桌面
  • 录制
  • 即时通讯工具
  • P2P网络减速
  • 文件传输工具
  • 游戏
  • 实时人脸识别

WebRTC架构

次要分为三个档次

  • 浅紫色 开发者的应用层
  • 深紫色 W3C提供的应用层api

  • 绿色 该局部为WebRTC外围，该层又分四个局部C++API层、会话管理层、引擎层、驱动层。

    C++API层

    这一层提供了一些 C++ API，次要是供浏览器反对WebRTC标准而调用的API，又比方须要Android上实现webRTC性能就须要编写JNI函数调用这一层API。

次要作用就是把WebRTC的外围性能裸露进去，如设施治理，音视频流数据采集等，不便各个软件厂商集成到自家利用中，比方浏览器厂商等

其中 PeerConnection是该层最外围的一个模块，即对等连贯模块；该模块中实现了很多性能，如P2P穿墙打洞、通信链路的建设和优选、流数据传输、非音视频数据传输、传输品质报告和统计等等

会话管理层

提供了会话性能治理性能，可进行创立会话、治理会话、治理上下文环境等。而这一层又会波及到各种协定，比如说信令服务器的SDP协定等，次要用于进行信令交互和治理 RTCPeerConnection的连贯状态。

引擎层

WebRTC核心层中最重、最简单的一层。而这一层又分为三个小模块，别离是：Voice Engine（音频引擎）、Video Engine（视频引擎）以及Transport（传输模块）
  1. 第一个模块 Voice Engine(音频引擎)， Voice Engine是一个蕴含了系列音频解决性能的框架，如音频采集、音频编解码、音频优化（包含降噪、回声打消等）等一系列的音频性能。
  2. 第二个模块Video Engine(视频引擎），Video Engine是一个蕴含了系列视频解决性能的框架，如视频采集、视频编解码、依据网络抖动动静批改视频传输品质、图像处理等。
  3. 第三个模块Transport(传输模块)，在WebRTC中，数据传输除了音视频等流媒体数据之外，还能够传输文件、文本、图片等其余二进制数据，这些性能就是这个模块所提供的。
  • iSAC / iLBC Codec 编解码器 iSAC和iLBC是WebRTC内置的音频编码器。其中iSAC是针对VoIP（Voice over Internet Protocol，即基于IP的语音传输）和音频流在宽带和超宽带环境中进行音频传输的编解码器，是WebRTC音频引擎的默认的编解码器，技术成熟，且被广泛应用在各种实时通信软件中；而iLBC则是VoIP在窄带环境中的语音编解码器，在网络丢包较为重大的状况下仍能放弃较好通话质量。
  • NetEQ for voice 防抖防丢包 NetEQ是网络语音信号处理的组件，这个算法能自适应网络环境的变动，无效的解决因网络抖动而导致数据丢包所造成的音频品质问题，这一技术堪称是当年WebRTC的前身GIPS的看家本领。
  • Echo Canceler/Noise Reduction 降噪打消回音 Echo Canceler是解决回声打消模块，能无效的打消采集音频带来的回声影响，比如说在实时音视频通话的过程中，关上手机扬声器的话，原本的需要是录制自己的声音实时发送给对方的，然而因为存在回声，也会把对方谈话的声音也录制进去。目前笔者测试发现市场上的一些手机录音的时候自身是自带了回音打消性能，而且Android也提供有相干的API，然而如同大多数状况下，这个API都没起作用，可能是因为厂商兼容性问题，甚至有可能是间接阉割掉这个性能了。因而想要做到录音是全平台适配回声打消性能的话就能够应用WebRTC的这个性能。而iOS平台上的录音是带有回声打消性能的。而Noise Reduction则是克制乐音模块（也就是降噪），如无效的克制多种乐音（如嘶嘶声，风扇乐音等）。
  • VP8 Codec 视频编解码器 VP8是第八代的On2视频，能以更少的数据提供更高质量的视频，而且只需较小的解决能力即可播放视频，为致力于实现产品及服务差异化的网络电视、IPTV和视频会议公司提供现实的解决方案。其数据压缩率和性能方面比市场上其余编解码器高，其性能特点非常适合实时通信，是WebRTC中默认的视频编解码器。
  • VP9 视频编解码器 是Google提供的开源的免费视频codec，是VP8的后续版本，初始开发时命名为下一代开源视频或者VP-NEXT。VP9的开发始于2011年Q3，试图升高VP8的50%的码率而放弃雷同的品质，另外心愿VP9比H.265（ High Efficiency Video Coding）有更好的编码效率。
  • Video Jitter Buffer 视频抖动缓冲器，实时视频通信难免会因为网络的起因导致视频的抖动或者视频数据的失落，视频抖动缓冲器依附独特的算法，无效的解决这类状况对直播会议品质造成较大的影响。
  • Image enhancements 图像品质加强 图像品质加强模块，这个模块是用来做图像处理以晋升视频画面质量的，如图像明暗度检测、色彩加强、降噪解决等。
  • SRTP (SecureReal-time Transport Protocol)是在RTP的根底上退出了平安机制的传输协定，SRTP为数据提供了加密、音讯认证、完整性保障和重放爱护等性能，最大水平保障了数据传输的安全性
  • Multiplexing 通道复用，即多个流数据传输共用一个通道， 以此进步传输效率。
  • P2P STUN+TURN+ICE WebRTC是一种基于P2P的通信技术。而STUN、TURN、ICE这些则是实现P2P的一些关键技术。
  • STUN、TURN、ICE又成为NAT穿透，在现实生活中不同局域网中的内外ip是无奈间接通信的，比如说局域网A中192.168.2.1与局域网B中192.168.2.2是无奈相互间接发送音讯的，那么如果要在两个不同的局域网中建设起能够间接通信的通道就得依附STUN+TURN+ICE这些技术。

驱动层

这部分有Audio Capture/Render（音频的采集和渲染模块）、Video Capture（视频采集模块）和Network I/O（网络IO模块）组成

通话原理

两个不同网络环境的（具备摄像头/麦克风多媒体设施）浏览器，是如何实现点对点的实时音视频对话的？

媒体协商

两个客户端想要创立连贯，必须有一个单方都可能拜访的服务器（信令服务器）来帮忙他们替换连贯所须要的信息，个别替换的数据是Session Description Protocol（SDP），这里米啊吗形容了连贯单方想要的建设怎么的连贯。

信令服务器能够用来替换SDP信息，个别是通过创立Socket连贯解决，能够应用node.js，golang等其余技术实现，只有能替换单方信息即可。

SDP协定

// 信令内容// 版本v=0// <username> <sess-id> <sess-version> <nettype> <addrtype> <unicast-address>o=- 7614219274584779017 2 IN IP4 127.0.0.1// 会话名s=-// 会话的起始工夫和完结工夫，0代表没有限度t=0 0// 示意音频传输和data channel传输共用一个传输通道，通过id进行辨别不同的流a=group:BUNDLE audio videoa=msid-semantic: WMS// m=audio示意蕴含音频， 1示意端口，RTP包， SAVPF代表应用srtcp的反馈机制来管制通信过程，111 103 104 0 8 107 106 105 13 126示意反对的编码，与前面的rtpmap对应m=audio 1 RTP/SAVPF 111 103 104 0 8 107 106 105 13 126c=IN IP4 0.0.0.0a=rtcp:1 IN IP4 0.0.0.0a=ice-ufrag:W2TGCZw2NZHuwlnfa=ice-pwd:xdQEccP40E+P0L5qTyzDgfmWa=extmap:1 urn:ietf:params:rtp-hdrext:ssrc-audio-levela=mid:audioa=rtcp-muxa=crypto:1 AES_CM_128_HMAC_SHA1_80 inline:9c1AHz27dZ9xPI91YNfSlI67/EMkjHHIHORiClQe// 编码采纳的编号，采样率，声道a=rtpmap:111 opus/48000/2…
SDP中有对于IP和端口的形容，然而WebRTC技术并没有应用这些内容，那么单方是怎么建设间接的连贯呢？这部分须要ICE框架来实现。

网络协商

点对点连贯的单方须要理解对方的网络状况，这样能力找到一条互通通信链路。须要做两个解决
  • 获取外网IP地址映射

  • 通过信令服务器替换网络信息

    现实的网络状况是每个浏览器的电脑都有一个公网IP，能够间接进行点对点连贯，然而事实中每个浏览器是不具备独立的公网IP，基本上都是须要依附NAT做转换。

NAT

NAT(Network Address Translation, 网络地址转换)，这一技术次要是为了解决IPV4下IP地址匮乏以及防止来自外网的攻打，暗藏并爱护网络外部的计算机。随着IPV6的呈现这项技术可能逐步会退出舞台，IPV6的可应用的数量16^4^8,IPV4则是16^2^4。

手机应用数据/WIFI均采纳了10.6.0.0/10段的运营商级的NAT地址，属于公有网络，也就是每个运营商是一个大的局域网。

毛病

  • 地址转换将减少替换提早；
  • 导致无奈进行端到端IP跟踪；
  • 导致有些应用程序无奈失常运行；

更多理解 https://github.com/pion/turn
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信令服务器

信令服务器（Signal server）转发彼此媒体信息和网络信息

在基于WebRTC API开发利用（APP）式，能够将彼此的APP连贯到信令服务器（Signal server个别建在公或者两端都能够拜访到的局域网），借助信令服务器就能够实现SDP媒体信息及Candidate网络信息替换。信令服务器还能够提供房间治理性能、用户列表、用户进入、用户退出、复电承受/回绝等IM性能。

建设连贯

通过ICE框架建设连贯的流程

  • 连贯单方通过第三方服务器来替换各自的SDP；
  • 连贯单方通过STUN协定从STUN Server取得本人的NAT构造，子网IP和公网IP，端口，这里的IP和端口信息称之为ICE candicate；
  • 连贯单方通过第三方服务器来替换各自的ICE Candidate，如果连贯单方在同一个NAT下那他们仅通过内网Canddate就能建设起连贯，如果他们处非对称型NAT下，就须要STUN Server辨认出公网Candidate进行通信；
  • 如果通过STUN Server发现的公网Candidate依然无奈建设连贯，那么就能够判断以后的连贯单方至多有一方是处于对称型NAT下，那么此时就须要TURN Server提供 relay服务；
  • 连贯单方向指标IP端口发送报文，通过SDP中波及的密钥以及冀望的传输内容，建设起加密长连贯；

具体连贯流程

  • A 创立 Offer
  • A 保留 Offer（set local description）
  • A 发送 Offer 给 B
  • B 保留 Offer（set remote description）
  • B 创立 Answer
  • B 保留 Answer（set local description）
  • B 发送 Answer 给 A
  • A 保留 Answer（set remote description）
  • A 发送 ICE Candidate 给 B
  • B 发送 ICE Candidate 给 A
  • A、B单方收到对方的媒体流并播放

更多学习地址

https://webrtc.org.cn/

https://rtcdeveloper.com/

https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/WebRTC_API