编辑本段简介
WebRTC是一项在 浏览器内部进行实时视频和音频通信的技术,是谷歌2010年以6820万美元收购Global IP Solutions公司而获得一项技术。
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WebRTC实现了基于网页的视频会议,标准是WHATWG 协议,目的是通过 浏览器提供简单的javascript就可以达到实时通讯(Real-Time Communications (RTC))能力。
WebRTC(Web Real-Time Communication)项目的最终目的主要是让Web开发者能够基于 浏览器(Chrome\FireFox\...)轻易快捷开发出丰富的实时多媒体应用,而无需下载安装任何插件,Web开发者也无需关注多媒体的数字信号处理过程,只需编写简单的Javascript程序即可实现,W3C等组织正在制定Javascript 标准API,目前是WebRTC 1.0版本,Draft状态;另外WebRTC还希望能够建立一个多互联网浏览器间健壮的实时通信的平台,形成开发者与浏览器厂商良好的生态环境。同时,Google也希望和致力于让WebRTC的技术成为HTML5标准之一,可见Google布局之深远。
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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、显示等功能,并且还支持跨平台:windows,linux,mac,android。
编辑本段架构
架构图颜色标识说明:
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(1)紫色部分是Web开发者API层;
(2)蓝色实线部分是面向 浏览器厂商的API层
(3)蓝色虚线部分 浏览器厂商可以自定义实现
WebRTC架构组件介绍
(1) Your Web App
Web开发者开发的程序,Web开发者可以基于集成WebRTC的 浏览器提供的web API开发基于视频、音频的实时通信应用。
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(2) Web API
面向第三方开发者的WebRTC标准API(Javascript),使开发者能够容易地开发出类似于网络 视频聊天的web应用,最新的标准化进程可以查看
这里。
这些API可分成Network Stream API、 RTCPeerConnection、Peer-to-peer Data API三类,详细的API说明可以看这里
[4] 。
Network Stream API
MediaStream:MediaStream用来表示一个媒体数据流。
MediaStreamTrack在浏览器中表示一个媒体源。
RTCPeerConnection
RTCPeerConnection: 一个RTCPeerConnection对象允许用户在两个浏览器之间直接通讯。
RTCIceCandidate :表示一个ICE协议的候选者。
RTCIceServer:表示一个ICE Server。
Peer-to-peer Data API
DataChannel:数据通道( DataChannel)接口表示一个在两个节点之间的双向的数据通道 。
(3) WebRTC Native C++ API
本地C++ API层,使 浏览器厂商容易实现WebRTC标准的Web API,抽象地对数字信号过程进行处理。
(4) Transport / Session
传输/会话层
会话层组件采用了libjingle库的部分组件实现,无须使用xmpp/jingle协议
a. RTP Stack协议栈
Real Time Protocol
b. STUN/ICE
可以通过STUN和ICE组件来建立不同类型网络间的呼叫连接。
c. Session Management
一个抽象的会话层,提供会话建立和管理功能。该层协议留给应用开发者自定义实现。
(5) VoiceEngine
音频引擎是包含一系列音频多媒体处理的框架,包括从 视频采集卡到 网络传输端等整个解决方案。
PS:VoiceEngine是WebRTC极具价值的技术之一,是Google收购GIPS公司后开源的。在VoIP上,技术业界领先,后面的文章会详细了解
a. iSAC
Internet Speech Audio Codec
针对VoIP和 音频流的宽带和超宽带音频编解码器,是WebRTC音频引擎的默认的编解码器
采样频率:16khz,24khz,32khz;(默认为16khz)
自适应速率为10kbit/s ~ 52kbit/;
自适应包大小:30~60ms;
算法延时:frame + 3ms
b. iLBC
Internet Low Bitrate Codec
VoIP音频流的窄带语音编解码器
采样频率:8khz;
20ms帧比特率为15.2kbps
30ms帧比特率为13.33kbps
标准由IETF RFC3951和RFC3952定义
c. NetEQ for Voice
针对音频软件实现的语音信号处理元件
NetEQ算法:自适应抖动控制算法以及语音包丢失隐藏算法。使其能够快速且高解析度地适应不断变化的网络环境,确保音质优美且缓冲延迟最小。
是GIPS公司独步天下的技术,能够有效的处理由于 网络抖动和语音包丢失时候对语音质量产生的影响。
PS:NetEQ 也是WebRTC中一个极具价值的技术,对于提高VoIP质量有明显效果,加以AEC\NR\AGC等模块集成使用,效果更好。
d. Acoustic Echo Canceler (AEC)
回声消除器是一个基于软件的信号处理元件,能实时的去除mic采集到的回声。
e. Noise Reduction (NR)
噪声抑制也是一个基于软件的信号处理元件,用于消除与相关VoIP的某些类型的背景噪声(嘶嘶声,风扇噪音等等… …)
(6) VideoEngine
WebRTC视频处理引擎
VideoEngine是包含一系列视频处理的整体框架,从摄像头采集视频到视频信息 网络传输再到视频显示整个完整过程的解决方案。
a. VP8
视频图像 编解码器,是WebRTC视频引擎的默认的编解码器
VP8适合实时通信应用场景,因为它主要是针对低延时而设计的 编解码器。
PS:VPx 编解码器是Google收购ON2公司后开源的,VPx现在是WebM项目的一部分,而WebM项目是Google致力于推动的HTML5标准之一
b. Video Jitter Buffer
视频抖动缓冲器,可以降低由于视频抖动和视频信息包丢失带来的不良影响。
c. Image enhancements
图像质量增强模块
对网络摄像头采集到的 图像进行处理,包括明暗度检测、颜色增强、降噪处理等功能,用来提升 视频质量。
编辑本段相关
谷歌2011年6月3日宣布向开发人员开放WebRTC架构的 源代码。这个 源代码将根据没有专利费的BSD( 伯克利软件发布)式的许可证向用户提供。
[5] 目前,开发人员可访问并获取WebRTC的 源代码、规格说明和工具等。
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编辑本段分析
视频
WebRTC的视频部分,包含 采集、编解码(I420/VP8)、 加密、媒体文件、 图像处理、显示、 网络传输与流控( RTP/RTCP)等功能。
视频采集---video_capture
源代码在webrtc\modules\video_capture\main目录下,包含接口和各个平台的源代码。
在windows平台上,WebRTC采用的是dshow技术,来实现枚举视频的设备信息和视频数据的采集,这意味着可以支持大多数的 视频采集设备;对那些需要单独驱动程序的 视频采集卡(比如 海康高清卡)就无能为力了。
视频采集支持多种媒体类型,比如I420、YUY2、RGB、UYUY等,并可以进行帧大小和 帧率控制。
视频编解码---video_coding
源代码在webrtc\modules\video_coding目录下。
WebRTC采用I420/VP8编解码技术。 VP8是google收购ON2后的开源实现,并且也用在 WebM项目中。VP8能以更少的数据提供更高质量的视频,特别适合视频会议这样的需求。
视频加密--video_engine_encryption
视频加密是WebRTC的video_engine一部分,相当于视频应用层面的功能,给 点对点的视频双方提供了数据上的安全保证,可以防止在Web上视频数据的泄漏。
视频加密在发送端和接收端进行加解密视频数据, 密钥由视频双方协商,代价是会影响视频数据处理的性能;也可以不使用视频加密功能,这样在性能上会好些。
视频加密的数据源可能是原始的 数据流,也可能是编码后的数据流。估计是编码后的数据流,这样加密代价会小一些,需要进一步研究。
视频媒体文件--media_file
源代码在webrtc\modules\media_file目录下。
该功能是可以用本地文件作为视频源,有点类似 虚拟摄像头的功能;支持的格式有 Avi。
另外,WebRTC还可以录制音视频到本地文件,比较实用的功能。
视频图像处理--video_processing
源代码在webrtc\modules\video_processing目录下。
视频 图像处理针对每一帧的图像进行处理,包括明暗度检测、颜色增强、降噪处理等功能,用来提升视频质量。
视频显示--video_render
源代码在webrtc\modules\video_render目录下。
在windows平台,WebRTC采用direct3d9和directdraw的方式来显示视频,只能这样,必须这样。
网络传输与流控
对于 网络视频来讲,数据的传输与控制是 核心价值。WebRTC采用的是成熟的RTP/RTCP技术。
音频
WebRTC的音频部分,包含设备、编解码(iLIBC/iSAC/G722/PCM16/RED/AVT、NetEQ)、加密、声音文件、声音处理、声音输出、音量控制、音视频同步、 网络传输与流控(RTP/RTCP)等功能。
音频设备---audio_device
源代码在webrtc\modules\audio_device\main目录下,包含接口和各个平台的源代码。
在windows平台上,WebRTC采用的是Windows Core Audio和Windows Wave技术来管理音频设备,还提供了一个 混音管理器。
利用 音频设备,可以实现声音输出,音量控制等功能。
音频编解码---audio_coding
源代码在webrtc\modules\audio_coding目录下。
WebRTC采用iLIBC/iSAC/G722/PCM16/RED/AVT编解码技术。
WebRTC还提供NetEQ功能---抖动缓冲器及丢包补偿模块,能够提高音质,并把延迟减至最小。
另外一个核心功能是基于语音会议的 混音处理。
声音加密--voice_engine_encryption
和视频一样,WebRTC也提供声音加密功能。
声音文件
该功能是可以用本地文件作为音频源,支持的格式有Pcm和Wav。
同样,WebRTC也可以录制音频到本地文件。
声音处理--audio_processing
源代码在webrtc\modules\audio_processing目录下。
声音处理针对音频数据进行处理,包括回声消除(AEC)、AECM(AEC Mobile)、自动增益(AGC)、 降噪(NS)、静音检测(VAD)处理等功能,用来提升声音质量。
网络传输与流控
和视频一样,WebRTC采用的是成熟的RTP/RTCP技术。