WebRTC

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概述

WebRTC是“网络实时通信”(Web Real Time Communication)的缩写。它最初是为了解决浏览器上视频通话而提出的,即两个浏览器之间直接进行视频和音频的通信,不经过服务器。后来发展到除了音频和视频,还可以传输文字和其他数据。

Google是WebRTC的主要支持者和开发者,它最初在Gmail上推出了视频聊天,后来在2011年推出了Hangouts,语序在浏览器中打电话。它推动了WebRTC标准的确立。

WebRTC主要让浏览器具备三个作用。

  • 获取音频和视频
  • 进行音频和视频通信
  • 进行任意数据的通信

WebRTC共分成三个API,分别对应上面三个作用。

  • MediaStream (又称getUserMedia)
  • RTCPeerConnection
  • RTCDataChannel

getUserMedia

概述

navigator.getUserMedia方法目前主要用于,在浏览器中获取音频(通过麦克风)和视频(通过摄像头),将来可以用于获取任意数据流,比如光盘和传感器。

下面的代码用于检查浏览器是否支持getUserMedia方法。

navigator.getUserMedia  = navigator.getUserMedia ||
                          navigator.webkitGetUserMedia ||
                          navigator.mozGetUserMedia ||
                          navigator.msGetUserMedia;

if (navigator.getUserMedia) {
    // 支持
} else {
    // 不支持
}

Chrome 21, Opera 18和Firefox 17,支持该方法。目前,IE还不支持,上面代码中的msGetUserMedia,只是为了确保将来的兼容。

getUserMedia方法接受三个参数。

navigator.getUserMedia({
    video: true, 
    audio: true
}, onSuccess, onError);

getUserMedia的第一个参数是一个对象,表示要获取哪些多媒体设备,上面的代码表示获取摄像头和麦克风;onSuccess是一个回调函数,在获取多媒体设备成功时调用;onError也是一个回调函数,在取多媒体设备失败时调用。

下面是一个例子。


var constraints = {video: true};

function onSuccess(stream) {
  var video = document.querySelector("video");
  video.src = window.URL.createObjectURL(stream);
}

function onError(error) {
  console.log("navigator.getUserMedia error: ", error);
}

navigator.getUserMedia(constraints, onSuccess, onError);

如果网页使用了getUserMedia方法,浏览器就会询问用户,是否同意浏览器调用麦克风或摄像头。如果用户同意,就调用回调函数onSuccess;如果用户拒绝,就调用回调函数onError。

onSuccess回调函数的参数是一个数据流对象stream。stream.getAudioTracks方法和stream.getVideoTracks方法,分别返回一个数组,其成员是数据流包含的音轨和视轨(track)。使用的声音源和摄影头的数量,决定音轨和视轨的数量。比如,如果只使用一个摄像头获取视频,且不获取音频,那么视轨的数量为1,音轨的数量为0。每个音轨和视轨,有一个kind属性,表示种类(video或者audio),和一个label属性(比如FaceTime HD Camera (Built-in))。

onError回调函数接受一个Error对象作为参数。Error对象的code属性有如下取值,说明错误的类型。

  • PERMISSION_DENIED:用户拒绝提供信息。
  • NOT_SUPPORTED_ERROR:浏览器不支持硬件设备。
  • MANDATORY_UNSATISFIED_ERROR:无法发现指定的硬件设备。

范例:获取摄像头

下面通过getUserMedia方法,将摄像头拍摄的图像展示在网页上。

首先,需要先在网页上放置一个video元素。图像就展示在这个元素中。

<video id="webcam"></video>

然后,用代码获取这个元素。

function onSuccess(stream) {
    var video = document.getElementById('webcam');
}

接着,将这个元素的src属性绑定数据流,摄影头拍摄的图像就可以显示了。

function onSuccess(stream) {
    var video = document.getElementById('webcam');
    if (window.URL) {
	    video.src = window.URL.createObjectURL(stream);
	} else {
		video.src = stream;
	}

	video.autoplay = true; 
	// 或者 video.play();
}

if (navigator.getUserMedia) {
	navigator.getUserMedia({video:true}, onSuccess);
} else {
	document.getElementById('webcam').src = 'somevideo.mp4';
}

在Chrome和Opera中,URL.createObjectURL方法将媒体数据流(MediaStream)转为一个二进制对象的URL(Blob URL),该URL可以作为video元素的src属性的值。 在Firefox中,媒体数据流可以直接作为src属性的值。Chrome和Opera还允许getUserMedia获取的音频数据,直接作为audio或者video元素的值,也就是说如果还获取了音频,上面代码播放出来的视频是有声音的。

获取摄像头的主要用途之一,是让用户使用摄影头为自己拍照。Canvas API有一个ctx.drawImage(video, 0, 0)方法,可以将视频的一个帧转为canvas元素。这使得截屏变得非常容易。


<video autoplay></video>
<img src="">
<canvas style="display:none;"></canvas>

<script>
  var video = document.querySelector('video');
  var canvas = document.querySelector('canvas');
  var ctx = canvas.getContext('2d');
  var localMediaStream = null;

  function snapshot() {
    if (localMediaStream) {
      ctx.drawImage(video, 0, 0);
      // “image/webp”对Chrome有效,
      // 其他浏览器自动降为image/png
      document.querySelector('img').src = canvas.toDataURL('image/webp');
    }
  }

  video.addEventListener('click', snapshot, false);

  navigator.getUserMedia({video: true}, function(stream) {
    video.src = window.URL.createObjectURL(stream);
    localMediaStream = stream;
  }, errorCallback);
</script>

范例:捕获麦克风声音

通过浏览器捕获声音,需要借助Web Audio API。


window.AudioContext = window.AudioContext ||
                      window.webkitAudioContext;

var context = new AudioContext();

function onSuccess(stream) {
	var audioInput = context.createMediaStreamSource(stream);
	audioInput.connect(context.destination);
}

navigator.getUserMedia({audio:true}, onSuccess);

捕获的限定条件

getUserMedia方法的第一个参数,除了指定捕获对象之外,还可以指定一些限制条件,比如限定只能录制高清(或者VGA标准)的视频。


var hdConstraints = {
  video: {
    mandatory: {
      minWidth: 1280,
      minHeight: 720
    }
  }
};

navigator.getUserMedia(hdConstraints, onSuccess, onError);

var vgaConstraints = {
  video: {
    mandatory: {
      maxWidth: 640,
      maxHeight: 360
    }
  }
};

navigator.getUserMedia(vgaConstraints, onSuccess, onError);

MediaStreamTrack.getSources()

如果本机有多个摄像头/麦克风,这时就需要使用MediaStreamTrack.getSources方法指定,到底使用哪一个摄像头/麦克风。


MediaStreamTrack.getSources(function(sourceInfos) {
  var audioSource = null;
  var videoSource = null;

  for (var i = 0; i != sourceInfos.length; ++i) {
    var sourceInfo = sourceInfos[i];
    if (sourceInfo.kind === 'audio') {
      console.log(sourceInfo.id, sourceInfo.label || 'microphone');

      audioSource = sourceInfo.id;
    } else if (sourceInfo.kind === 'video') {
      console.log(sourceInfo.id, sourceInfo.label || 'camera');

      videoSource = sourceInfo.id;
    } else {
      console.log('Some other kind of source: ', sourceInfo);
    }
  }

  sourceSelected(audioSource, videoSource);
});

function sourceSelected(audioSource, videoSource) {
  var constraints = {
    audio: {
      optional: [{sourceId: audioSource}]
    },
    video: {
      optional: [{sourceId: videoSource}]
    }
  };

  navigator.getUserMedia(constraints, onSuccess, onError);
}

上面代码表示,MediaStreamTrack.getSources方法的回调函数,可以得到一个本机的摄像头和麦克风的列表,然后指定使用最后一个摄像头和麦克风。

RTCPeerConnectionl,RTCDataChannel

RTCPeerConnectionl

RTCPeerConnection的作用是在浏览器之间建立数据的“点对点”(peer to peer)通信,也就是将浏览器获取的麦克风或摄像头数据,传播给另一个浏览器。这里面包含了很多复杂的工作,比如信号处理、多媒体编码/解码、点对点通信、数据安全、带宽管理等等。

不同客户端之间的音频/视频传递,是不用通过服务器的。但是,两个客户端之间建立联系,需要通过服务器。服务器主要转递两种数据。

  • 通信内容的元数据:打开/关闭对话(session)的命令、媒体文件的元数据(编码格式、媒体类型和带宽)等。
  • 网络通信的元数据:IP地址、NAT网络地址翻译和防火墙等。

WebRTC协议没有规定与服务器的通信方式,因此可以采用各种方式,比如WebSocket。通过服务器,两个客户端按照Session Description Protocol(SDP协议)交换双方的元数据。

下面是一个示例。


var signalingChannel = createSignalingChannel();
var pc;
var configuration = ...;

// run start(true) to initiate a call
function start(isCaller) {
    pc = new RTCPeerConnection(configuration);

    // send any ice candidates to the other peer
    pc.onicecandidate = function (evt) {
        signalingChannel.send(JSON.stringify({ "candidate": evt.candidate }));
    };

    // once remote stream arrives, show it in the remote video element
    pc.onaddstream = function (evt) {
        remoteView.src = URL.createObjectURL(evt.stream);
    };

    // get the local stream, show it in the local video element and send it
    navigator.getUserMedia({ "audio": true, "video": true }, function (stream) {
        selfView.src = URL.createObjectURL(stream);
        pc.addStream(stream);

        if (isCaller)
            pc.createOffer(gotDescription);
        else
            pc.createAnswer(pc.remoteDescription, gotDescription);

        function gotDescription(desc) {
            pc.setLocalDescription(desc);
            signalingChannel.send(JSON.stringify({ "sdp": desc }));
        }
    });
}

signalingChannel.onmessage = function (evt) {
    if (!pc)
        start(false);

    var signal = JSON.parse(evt.data);
    if (signal.sdp)
        pc.setRemoteDescription(new RTCSessionDescription(signal.sdp));
    else
        pc.addIceCandidate(new RTCIceCandidate(signal.candidate));
};

RTCPeerConnection带有浏览器前缀,Chrome浏览器中为webkitRTCPeerConnection,Firefox浏览器中为mozRTCPeerConnection。Google维护一个函数库adapter.js,用来抽象掉浏览器之间的差异。

RTCDataChannel

RTCDataChannel的作用是在点对点之间,传播任意数据。它的API与WebSockets的API相同。

下面是一个示例。


var pc = new webkitRTCPeerConnection(servers,
  {optional: [{RtpDataChannels: true}]});

pc.ondatachannel = function(event) {
  receiveChannel = event.channel;
  receiveChannel.onmessage = function(event){
    document.querySelector("div#receive").innerHTML = event.data;
  };
};

sendChannel = pc.createDataChannel("sendDataChannel", {reliable: false});

document.querySelector("button#send").onclick = function (){
  var data = document.querySelector("textarea#send").value;
  sendChannel.send(data);
};

Chrome 25、Opera 18和Firefox 22支持RTCDataChannel。

外部函数库

由于这两个API比较复杂,一般采用外部函数库进行操作。目前,视频聊天的函数库有SimpleWebRTCeasyRTCwebRTC.io,点对点通信的函数库有PeerJSSharefest

下面是SimpleWebRTC的示例。


var webrtc = new WebRTC({
  localVideoEl: 'localVideo',
  remoteVideosEl: 'remoteVideos',
  autoRequestMedia: true
});

webrtc.on('readyToCall', function () {
    webrtc.joinRoom('My room name');
});

下面是PeerJS的示例。


var peer = new Peer('someid', {key: 'apikey'});
peer.on('connection', function(conn) {
  conn.on('data', function(data){
    // Will print 'hi!'
    console.log(data);
  });
});

// Connecting peer
var peer = new Peer('anotherid', {key: 'apikey'});
var conn = peer.connect('someid');
conn.on('open', function(){
  conn.send('hi!');
});

参考链接

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