WebRTC 实时通信

# 第2章 处理浏览器中的媒体

在本章中，我们将开始研究 WebRTC 框架的细节，该框架基本上指定了一组 JavaScript API，用于开发基于 Web 的应用程序。 这些 API 一开始就被认为是用于实现基本用例的友好工具，例如一对一的音频/视频调用。 它们还应具有足够的灵活性，以保证专家开发人员可以实现各种复杂得多的使用场景。 因此，为程序员提供了一组 API，这些 API 可以大致分为三个逻辑组：

  1. 本地和远程音频和视频的获取和管理：
  • MediaStream 界面（以及 HTML5 <audio> 和 <video> 标签的相关用法）
  1. 连接管理：
  • RTCPeerConnection 接口
  1. 管理任意数据：
  • RTCDataChannel 接口

# WebRTC 的 10 个步骤

以下 10 个步骤描述了 WebRTC API 的典型使用场景：

  1. 从本地设备（如麦克风、网络摄像头）创建一个 MediaStream 对象。
  2. 从本地 MediaStream 获取 URL Blob
  3. 使用获取的 URL Blob 进行本地预览
  4. 创建一个 RTCPeerConnection 对象
  5. 将本地流添加到新创建的连接
  6. 将您自己的会话描述发送到远程对等点 Send your own session description to the remote peer.
  7. 从您的对等方接收远程会话描述 Receive the remote session description from your peer.
  8. 处理收到的会话描述，并将远程流添加到您的 RTCPeerConnection
  9. 从远程流获取 URL Blob
  10. 使用获取的 URL Blob 播放远程对等方的音频和/或视频

我们将逐步完成上述步骤。 在本章的其余部分中，我们将涉及整个基于 WebRTC 的点对点通信生命周期的前三个阶段。 这意味着我们暂时将忘记远程对等方，而只专注于如何从浏览器中访问和使用本地音频和视频资源。 在执行此操作的同时，我们还将研究如何在限制条件下播放（例如，强制视频分辨率）。

WebRTC 支持的浏览器

在撰写本文时，WebRTC API 在 Chrome，Firefox 和 Opera 中可用。 本书中包含的所有示例均已使用这些浏览器进行了测试。 为了简洁起见（由于 Opera 和 Chrome 在实现 API 方面几乎完全相同），我们从现在开始只将 Chrome 和 Firefox 作为运行客户端平台的示例。

# 媒体捕获及数据流

W3C Media Capture and Streams 文档定义了一组 JavaScript API，这些API使应用程序能够从平台请求音频和视频流，以及操纵和处理流数据。

# 流媒体 API

MediaStream 接口用于表示媒体数据流。 流可以是输入或输出，也可以是本地或远程（例如，本地网络摄像头或远程连接）。 必须注意，单个 MediaStream 可以包含零个或多个轨道。 每个轨道都有一个对应的 MediaStreamTrack 对象，该对象代表用户代理中的特定媒体源。 MediaStream 中的所有轨道在渲染时进行同步。MediaStreamTrack 表示包含一个或多个通道的内容，其中，通道之间具有定义的已知的关系。 通道是此 API 规范中考虑的最小单位。 图2-1显示了由单个视频轨道和两个不同的音频（左声道和右声道）轨道组成的 MediaStream

图2-1

图2-1 由一个视频轨道和两个音频轨道组成的 MediaStream

W3C Media Capture Streams API 定义了两种方法 getUserMedia() 和 createObjectUrl()，以下各节对此进行了简要说明。

# 获取本地多媒体内容

getUserMedia() API，通过指定一组（强制或可选）成功和失败的回调函数，Web 开发人员可以访问本地设备媒体（当前是音频和/或视频）

getUserMedia(constraints, successCallback, errorCallback)

getUserMedia() 提示用户许可使用其网络摄像头或其他视频或音频输入。

# URL

createObjectUrl() 方法指示浏览器创建和管理与本地文件或二进制对象（blob）关联的唯一URL：

createObjectURL(stream)

它在 WebRTC 中的典型用法是从 MediaStream 对象开始创建 Blob URL 。 然后，将在 HTML 页面内使用 Blob URL 。 实际上，本地和远程流都需要此过程。

# 使用 getUserMedia() API

让我们开始使用 getUserMedia() API 调用及其返回的 MediaStream 对象。 先准备一个带有 JavaScript 代码的简单 HTML 页面，使我们可以访问本地视频资源并将其显示在 HTML5 <video> 标签中。示例 2-1 显示了我们为第一个示例构建的非常简单的页面。

例2-1 我们的第一个启用 WebRTC 的 HTML 页面

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>getUserMedia very simple demo</title>
  </head>
  <body>
    <div id="mainDiv">
      <h1><code>getUserMedia()</code> very simple demo</h1>
      <p>With this example, we simply call <code>getUserMedia()</code> and display  the received stream inside an HTML5 <video> element</p>
      <p>View page source to access both HTML and JavaScript code...</p>
      <video autoplay></video>
      <script src="js/getUserMedia.js"></script>
    </div>
  </body>
</html>

例2-2 文件 js/getUserMedia.js

// Look after different browser vendors' ways of calling the getUserMedia()
// API method:
// Opera --> getUserMedia
// Chrome --> webkitGetUserMedia
// Firefox --> mozGetUserMedia

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

// Use constraints to ask for a video-only MediaStream:
var constraints = {audio: false, video: true};
var video = document.querySelector("video");

// Callback to be called in case of success...
function successCallback(stream) {

  // Note: make the returned stream available to console for inspection
  window.stream = stream;

  if (window.URL) {
    // Chrome case: URL.createObjectURL() converts a MediaStream to a blob URL

    // Reference: https://github.com/a-wing/webrtc-book-cn/issues/1
    // video.src = window.URL.createObjectURL(stream);

    video.srcObject = stream;
  } else {
    // Firefox and Opera: the src of the video can be set directly from the stream
    video.src = stream;
  }

  // We're all set. Let's just play the video out!
  video.play();
}

// Callback to be called in case of failures...
function errorCallback(error) {
  console.log("navigator.getUserMedia error: ", error);
}

// Main action: just call getUserMedia() on the navigator object
navigator.getUserMedia(constraints, successCallback, errorCallback);

以下屏幕截图显示了将页面加载到Chrome（图2-2）或Firefox（图2-3）时的外观。

图2-2

图2-2 在 Chrome 中打开我们的第一个示例

图2-3

图2-3 在 Firefox 中打开我们的第一个示例

在 Chrome 中打开 JavaScript 文件

如果要在本地计算机上的 Google Chrome 中测试代码，则将面临一些挑战，因为由于安全限制，Chrome 默认不会加载本地文件。 为了解决这些问题，您必须在计算机上本地运行 Web 服务器并使用它来提供应用程序的文件，或者在启动浏览器时使用 --allow-file-access-from-files 选项。

从上图中可以看出，两种浏览器在访问本地设备（在本例中为网络摄像头）之前都需要征得用户的同意。 在征得用户的明确同意后，浏览器最终将获取的 MediaStream 与页面相关联，如图 2-4 和 2-5 所示。

注意：权限授予与网页的域相关，并且此权限不会扩展到网页上的弹出窗口和其他框架。

图2-4 在 Chrome 中显示获取的 MediaStream

图2-5 在 Firefox 中显示获取的 MediaStream

深入研究上面报告的简单代码的一些细节，我们可以重点介绍如何调用 API 方法 getUserMedia(constraints, successCallback, errorCallback)，其参数具有以下含义：

  • constraints 对象（请参阅第19页的“媒体约束”），用于指定对只收集本地视频感兴趣的穿戴者（constraints = {audio: false, video: true}）
  • success callback 如果调用，将传递给 MediaStream。在我们的例子中，首先将这样的 MediaStream 提供给控制台以供用户检查（window.stream = stream;）然后，将其附加到 HTML5 页面的 <video> 元素上并最终显示。 参考控制台对返回对象的检查，图 2-6 显示了在 Chrome 开发人员工具窗口中此类活动输出的快照。 每个 MediaStream 都有一个标签，并包含一个或多个表示音频或视频通道的 MediaStreamTracks。

图2-6

图2-6 在 Chrome 的控制台中检查 MediaStream

关于返回的流如何附加到 <video> 元素，请注意，Chrome 要求转换为所谓的 Blob URL（video.src = window.URL.createObjectURL(stream);），而其他启用 WebRTC 的浏览器允许您按原样使用它（video.src = stream;）。

译者 注

Chrome 71 移除了 MediaStream 的 URL.createObjectURL (opens new window)

video.src = window.URL.createObjectURL(stream);

应该改成这种写法：

video.srcObject = stream;

感谢 b1ngx 的指出 (opens new window)

  • failure callback 如果被调用，则传递给错误对象。 在我们的基本示例中，提到的回调仅将返回的错误记录到控制台（console.log("navigator.getUserMedia error: ", error);）

# 媒体模型

浏览器提供了从源(sources)到接收器(sinks)的媒体管道(pipeline)。 在浏览器中，接收器是 <img>，<video> 和 <audio> 标记。 来源可以是物理网络摄像头，麦克风，来自用户硬盘驱动器的本地视频或音频文件，网络资源或静态图像。 这些来源产生的媒体通常不会随时间变化。 这些源可以被认为是静态的。 向用户显示此类源的接收器（实际标签本身）具有用于控制源内容的各种控件。

getUserMedia() API方法添加了动态源，例如麦克风和相机。 这些来源的特性可能会根据应用需求而变化，这些来源本质上可以被认为是动态的。

# 媒体约束

约束是一项可选功能，用于限制 MediaStream 轨道源上允许的可变性范围。约束通过 Constrainable 接口在轨道上公开，该接口包括用于动态更改约束的 API

getUserMedia() 调用还允许在首次获取轨道时应用一组初始约束（例如，设置视频分辨率的值）

约束的核心概念是一种功能，它由对象的属性或特征以及可能的值集组成，可以将值指定为范围或枚举。

约束存储在 track 对象上，而不是对象资源。每个轨道都可以选择使用约束进行初始化。另外，可以在初始化之后通过专用的约束 API 添加约束。

约束可以是可选的或强制的。可选约束由有序列表表示，而强制约束与无序集合相关。

这样做是为了在发布 API 的最终版本之前为更多约束提供支持。约束包括高宽比，面向照相机的模式（正面或背面），音频和视频帧率，视频高度和宽度等等。

# 使用约束

在本节中，我们将快速了解如何使用 getUserMedia() 调用获取轨道时如何应用初始约束集。

WebRTC 浏览器中的 `getUserMedia()` 约束支持

目前仅在 Chrome 中支持 getUserMedia() 约束。 本节中的示例将假定您使用此浏览器。

首先，在 例2-3 中构建HTML页面。

例2-3 播放和约束：在 HTML 页面

<!DOCTYPE html>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN"
		"http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd">
<html>
	<head>
		<title>getUserMedia() and constraints</title>
	</head>
	<body>
		<div id="mainDiv">
			<h1><code>getUserMedia()</code>: playing with video constraints</h1>
			<p>Click one of the below buttons to change video resolution...</p>
			<div id="buttons">
				<button id="qvga">320x240</button>
				<button id="vga">640x480</button>
				<button id="hd">1280x960</button>
			</div>
			<p id="dimensions"></p>
			<video autoplay></video>
			<script src="js/getUserMedia_constraints.js"></script>
		</div>
	</body>
</html>

从 例2-3 中的代码片段和 图2-7 中的快照都可以看到，该页面包含三个按钮，每个按钮与以特定分辨率（从低分辨率到高清视频）表示的本地视频流相关联

图2-7

图2-7 一个简单的 HTML 页面，显示 Chrome 中约束的使用

例2-4 显示了用于获取本地视频流并明确定义的分辨率添加到网页的 JavaScript 代码

例2-4 播放约束： getUserMedia_constraints.js 文件

// Define local variables associated with video resolution selection
// buttons in the HTML page
var vgaButton = document.querySelector("button#vga");
var qvgaButton = document.querySelector("button#qvga");
var hdButton = document.querySelector("button#hd");

// Video element in the HTML5 pagevar
video = document.querySelector("video");

// The local MediaStream to play with
var stream;

// Look after different browser vendors' ways of calling the
// getUserMedia() API method:
navigator.getUserMedia = navigator.getUserMedia ||
  navigator.webkitGetUserMedia || navigator.mozGetUserMedia;

// Callback to be called in case of success...
function successCallback(gotStream) {
  // Make the stream available to the console for introspection
  window.stream = gotStream;

  // Attach the returned stream to the <video> element
  // in the HTML page
  if (window.URL) {
    // Chrome case: URL.createObjectURL() converts a MediaStream to a blob URL

    // Reference: https://github.com/a-wing/webrtc-book-cn/issues/1
    // video.src = window.URL.createObjectURL(stream);

    video.srcObject = stream;
  } else {
    // Firefox and Opera: the src of the video can be set directly from the stream
    video.src = stream;
  }

  // Start playing video
  video.play();
}

// Callback to be called in case of failure...
function errorCallback(error){
  console.log("navigator.getUserMedia error: ", error);
}

// Constraints object for low resolution video
var qvgaConstraints = {
  video: {
    mandatory: {
      maxWidth: 320,
      maxHeight: 240
    }
  }
};

// Constraints object for standard resolution video
var vgaConstraints = {
  video: {
    mandatory: {
      maxWidth: 640,
      maxHeight: 480
    }
  }
};

// Constraints object for high resolution video
var hdConstraints = {
  video: {
    mandatory: {
      minWidth: 1280,
      minHeight: 960
    }
  }
};

// Associate actions with buttons:
qvgaButton.onclick = function() {
  getMedia(qvgaConstraints)
};

vgaButton.onclick = function() {
  getMedia(vgaConstraints)
};

hdButton.onclick = function() {
  getMedia(hdConstraints)
};

// Simple wrapper for getUserMedia() with constraints object as
// an input parameter
function getMedia(constraints) {
  if (!!stream) {
    video.src = null;
    stream.getTracks().forEach(function (track) { track.stop(); });
  }
  navigator.getUserMedia(constraints, successCallback, errorCallback);
}

例2-4 中的代码非常简单。 核心部分与约束对象的正确定义有关，每个约束对象都可以作为输入参数传递给 getUserMedia() 函数。 其中包含的三个样本对象只是简单地指出，视频应视为强制性的，并根据视频的宽度和高度的下限进一步指定分辨率。 为了使读者了解其含义，图2-8 和 图2-9 分别显示了320×240 和 640×480 的分辨率流。

图2-8 在 Chrome 中显示 320×240 分辨率的视频

图2-9 在 Chrome 中显示 640×480 分辨率的视频

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