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WebRTC实现双端音视频聊天（Vue3 + SpringBoot）

article 2024/11/16 6:32:41

目录

概述

相关概念

双端连接整体实现步骤概述

文章代码实现注意点

STUN和TURN服务器的搭建

开发过程描述

后端开发流程

前端开发流程

效果演示

Gitee源码地址

概述

  • 文章描述使用WebRTC技术实现一对一音视频通话。

  • 由于设备摄像头限制（一台电脑作测试无法在开启的双端同时获取摄像头数据流），导致一台电脑无法同时测试双端，因此文章使用mp4音视频文件模拟摄像头音视频数据流输入。

  • 使用技术

    • 前端：Vue3，WebRTC相关API，axios

    • 后端信令服务器实现：SpringBoot，WebSocket

相关概念

  • Peer-to-Peer (P2P) 连接：WebRTC主要是基于 P2P 连接的，这意味着通信是直接在两端的浏览器之间进行的，而不需要经过中介服务器（尽管可能会使用服务器来初始化和协调连接）。这种方式降低了延迟并节省了带宽。

  • SDP（Session Description Protocol）：描述媒体信息（如音频、视频编码格式、传输协议等）的协议。例如我们在双方构建连接时，我们需要知道对方使用的音视频编解码格式，以确保双方使用相同编解码格式。编解码格式就是定义在SDP信息中的其中之一的信息。

  • ICE Candidate：ICE 候选是 WebRTC 在 P2P 连接过程中为寻找最佳传输路径（如 STUN 或 TURN 服务器）提供的一系列地址和端口。在双方构建连接时需要知道对方的公网IP地址和端口，以实现P2P连接，Candidate信息中就包含自身的公网IP和端口。

  • STUN（Session Traversal Utilities for NAT）服务器：是 NAT 穿透的协议，用来获取客户端的公网 IP 地址和端口。我们身处各种局域网中，对方如果想要和我们构建P2P连接，就必然要知道我们的公网IP和端口才能和我们连接上，我们可以通过STUN服务器获取我们的公网IP和端口。

  • TURN（Traversal Using Relays around NAT）服务器：当 STUN 连接不可用时，TURN 服务器作为中继服务器转发数据。当STUN服务器无法帮助我们获取公网IP和端口时，我们就可以使用TURN服务器作为中转站传递音视频流数据。

  • 信令服务器：上面介绍了媒体信息SDP和网络信息Candidate，这些实际上可以称为"信令"，我们如果想要与对端连接，那么我们就需要知道对端的媒体信息和网络信息来构建连接，信令服务器就是帮助我们实现两端的信息交换的。本文中信令服务器就是我们自己编写的SpringBoot后端，来帮助两端互传连接信息。

双端连接整体实现步骤概述

在大致知道了上面介绍的WebRTC基本概念之后，我们以双端音视频互联的整体过程。

假设存在A端（发起端）和B端（接收端）。

1. 创建RTC连接对象（new RTCPeerConnection），此对象存在构建连接时所需的API。

2. A端和B端分别连接后端WebSocket（信令服务器），以为接下来信息互传奠定基础。

3. A端创建媒体信息SDP（createOffer）保存到本地（setLocalDescription），将A端SDP信息通过WebSocket发送给B端。

4. B端接收到A端的SDP信息，设置为远端媒体信息（setRemoteDescription），然后B端创建应答媒体信息（实际上就是B端的媒体信息）SDP（createAnswer）保存到本地（setLocalDescription），并将B端创建的应答媒体信息SDP通过WebSocket发送给A端。

5. A端收到B端发送的应答媒体信息SDP后，保存为远端媒体信息（setRemoteDescription）。

6. 至此，A端和B端媒体信息SDP交换完毕。

7. 开始交换网络信息Candidate，我们在创建RTC连接对象时（步骤1）监听网络信息的获取（onicecandidate），当我们调用setRemoteDescription函数设置了远端媒体信息之后，会触发onicecandidate并给予condidate网络信息。

8. 我们将监听到的网络信息candidate通过WebSocket发送给对端，对端收到后将对方的网络信息配置上（addIceCandidate）以实现连接。

9. 当媒体信息SDP和网络信息Candidate互相交换并设置上之后，就可以开始音视频流数据互传显示了。

10. 通过addTrack发送本地流数据，通过ontrack监听对端音视频流数据的发送，监听到就显示对端音视频。

 媒体协商和网络协商时序图: 

 总结：在视频互传之前重要的就是交换媒体SDP信息和网络Candidate信息（媒体和网络协商），当双方都获取到对方的媒体和网络信息之后。就能够成功构建连接并传递音视频数据了。

文章代码实现注意点

在最开始的概述中有提到，本文提供的1对1音视频聊天代码示例中没有真实调用用户摄像头获取音视频流数据，因为作者只有一台电脑，为了可以更方便的在一台电脑上开启两端并测试，因此使用了MP4音视频作为音视频流数据输入作为测试。

这实际上并不会和真实开启摄像头获取音视频数据流有很大的区别。仅仅是获取流数据的方式不同罢了。

在真实的场景下，可以使用API：getUserMedia去获取摄像头音视频流数据即可。

const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({
	video: true,
	audio: true
});

STUN和TURN服务器的搭建

为了能够获取到我们本地的公网IP和端口去和对端创建连接，我们可以尝试去搭建STUN服务器和TURN中继服务器。

注：此步骤以一定需要做，因为Google给我们提供了一个免费公用的STUN服务器地址：stun:stun.l.google.com:19302，如果你发现用不了，或需要搭建复杂的音视频通话应用，还是推荐自己搭建一下STUN/TURN服务器。

我们直接搭建开源的Coturn服务器即可，因为Coturn 同时支持 TURN 和 STUN 协议。

下面会介绍在CentOS8中搭建Coturn服务器步骤：

1. 安装所需依赖包

yum install -y make gcc cc gcc-c++ wget openssl-devel libevent libevent-devel openssl

2. yum直接一键下载安装

sudo yum install coturn

# （验证安装）安装程序结束后执行如下命令查看是否正确输出turnserver路径
which turnserver

3. 配置Coturn相关属性，找到配置文件路径：

find / -name turnserver.conf

 4. 获取服务器内网IP和公网IP

# 输入命令查看Ip
ifconfig

找到自己启用的网络下的内网IP，公网IP就是你连接服务器的IP地址。 

5. 使用openSSL生成cert和pkey配置的自签名证书 

openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -keyout /turn_server_pkey.pem -out /turn_server_cert.pem -days 999 -nodes

输入上面命令后，填写一下证书的一些信息（城市，地区等），随便填一下回车回车！就行。

上面的/turn_server_pkey.pem和 /turn_server_cert.pem 请自己设置好保存证书路径，上面默认放到了根路径下。

6. 编辑刚才找到的配置文件

将下面的配置部分修改后替换掉原配置文件的所有内容。

# 网卡名
relay-device=eth0
#内网IP
listening-ip=172.24.52.189 
listening-port=3478
#内网IP，加密访问配置
relay-ip=172.24.52.189
tls-listening-port=5349
# 外网IP
external-ip=自己的外网IP
relay-threads=500
#打开密码验证
lt-cred-mech
cert=/turn_server_cert.pem
pkey=/turn_server_pkey.pem
min-port=40000
max-port=65535
#设置用户名和密码，创建IceServer时使用
user=user:123456
# 外网IP绑定的域名
realm=你自己IP绑定的域名
# 服务器名称，用于OAuth认证，默认和realm相同，部分浏览器本段不设可能会引发cors错误。
server-name=你自己IP绑定的域名
# 认证密码，和前面设置的密码保持一致
cli-password=123456

7. 开启端口访问

7.1 开启云服务器安全组端口

开启4000-65535端口的原因：外部客户端与 TURN 服务器的通信使用动态端口。通常，操作系统会为每个连接分配一个临时端口（通常是大于 1024 的端口），而 40000 到 65535 端口 作为 高端端口，是常用的临时端口范围。因此，为了确保 TURN 服务器能够处理大量的并发连接，并为每个连接分配一个端口，需要确保 TURN 服务器的端口范围足够大。

7.2 开启本地防火墙端口 

#开放端口
firewall-cmd --zone=public --add-port=3478/udp --permanent
firewall-cmd --zone=public --add-port=3478/tcp --permanent
#重启防火墙
firewall-cmd --reload

 8. 启动Coturn服务器

turnserver -o -a -f

9. 测试启动状态

 访问测试网站：Trickle ICE

开发过程描述

如下仅展示关键性代码解释说明，具体代码请到文章最后获取Gitee源码地址。

后端开发流程

  • websocket连接成功后维护用户连接信息并广播join消息。数据携带用户ID列表。

// 后端维护Session连接的数据结构
private final HashMap<String, WebSocketSession> userMap = new HashMap<>();

  • 编写接收信息通用接口，dto对象包含userID，type，data（JSON序列化字符串），接口根据传入userId取出session，给session发送消息对象。

前端开发流程

  • 日志系统，监听ice状态及日志打印。

  • 创建随机ID，连接ws。

  • 协商函数：协商前创建peerConnection对象并监听candidate，当双方都连接成功后调用，判断本地offerFlag状态，如果为true，创建offer设置本地并发送消息给对端。

// STUN 服务器
const iceServers = [
  {
    urls: "stun:stun.l.google.com:19302"  // Google公开的STUN 服务器
  },
  {
    urls: "stun:自己的STUN服务器IP:3478" // 自己的Stun服务器
  },
  {
    urls: "turn:自己的TRUN服务器IP:3478",   // 自己的TURN服务器
    username: "userName",
    credential: "Password"
  }
];

// 创建RTC连接对象并监听和获取condidate信息
function createPeerConnection() {
  wlog("开始创建PC对象...")
  peerConnection = new RTCPeerConnection(iceServers);
  wlog("创建PC对象成功")
  // 创建RTC连接对象后连接websocket
  initWebSocket();

  // 监听网络信息（ICE Candidate）
  peerConnection.onicecandidate = (event) => {
    if (event.candidate) {
      candidateInfo = event.candidate;
      wlog("candidate信息变化...");
      // 将candidate信息发送给远端
      setTimeout(()=>{
        sendCandidate(event.candidate);
      }, 150)
    }
  };

  // 监听远端音视频流
  peerConnection.ontrack = (event) => {
    nextTick(() => {
      wlog("====> 收到远端数据流 <=====")
      if (!remoteVideo.value.srcObject) {
        remoteVideo.value.srcObject = event.streams[0];
        remoteVideo.value.play();  // 强制播放
      }
    });
    // remoteVideo.value.srcObject = event.streams[0];
  };

  // 监听ice连接状态
  peerConnection.oniceconnectionstatechange = () => {
    wlog(`RTC连接状态改变：${peerConnection.iceConnectionState}`);
  };


  // 添加本地音视频流到 PeerConnection
  localStream.getTracks().forEach(track => {
    peerConnection.addTrack(track, localStream);
  });
}

  • candidate监听：当监听到candidate后判断双方是否已连接，如果已连接，构造并发送candidate给对端。

  • 解析消息处理器

    • 解析join：type为join取出userId列表，如果为一个代表仅自己在线，标识为创建offer端，日志打印相关信息，如果有两个者取出对方ID保存，代表双方都上线成功，日志打印，调用协商函数，开始媒体协商和网络协商。

    • 解析offer：type为offer，说明收到发起端offer，将offer设置为远端信息，然后创建answer设置到本地，构建answer消息发送给对端。

    • 解析answer：type为answer，说明收到接收端应答，取出answer设置为远端消息。

    • 解析candidate：type为candidate，说明收到对端的网络信息，取出设置到本地。


// 消息处理器 - 解析器
function handleSignalingMessage(message) {
  wlog("收到ws消息，开始解析...")
  wlog(message)
  let parseMsg = JSON.parse(message);
  wlog(`解析结果：${parseMsg}`);

  if (parseMsg.type == "join") {
    joinHandle(parseMsg.data);
  } else if (parseMsg.type == "offer") {
    wlog("收到发起端offer，开始解析...");
    offerHandle(parseMsg.data);
  } else if (parseMsg.type == "answer") {
    wlog("收到接收端的answer，开始解析...");
    answerHandle(parseMsg.data);
  }else if(parseMsg.type == "candidate"){
    wlog("收到远端candidate，开始解析...");
    candidateHandle(parseMsg.data);
  }

}

// 远端Candidate处理器
async function candidateHandle(candidate){
  peerConnection.addIceCandidate(new RTCIceCandidate(JSON.parse(candidate)));
  wlog("+++++++ 本端candidate设置完毕 ++++++++");
}

// 接收端的answer处理
async function answerHandle(answer) {
  wlog("将answer设置为远端信息");
  peerConnection.setRemoteDescription(new RTCSessionDescription(JSON.parse(answer))); // 设置远端SDP
}

// 发起端offer处理器
async function offerHandle(offer) {
  wlog("将发起端的offer设置为远端媒体信息");
  await peerConnection.setRemoteDescription(new RTCSessionDescription(JSON.parse(offer)));
  wlog("创建Answer 并设置到本地");
  let answer = await peerConnection.createAnswer()
  await peerConnection.setLocalDescription(answer);

  wlog("发送answer给发起端");
  // 构造answer消息发送给对端
  let paramObj = {
    userId: oppositeUserId,
    type: "answer",
    data: JSON.stringify(answer)
  }
  // 执行发送
  const res = await axios.post(`${BaseUrl}/rtcs/sendMessage`, paramObj);
}

// 加入处理器
function joinHandle(userIds) {
  // 判断连接的用户个数
  if (userIds.length == 1 && userIds[0] == userId) {
    wlog("标识为发起端，等待对方加入房间...")
    isRoomEmpty.value = true;
    // 存在一个连接并且是自身，标识我们是发起端
    offerFlag = true;
  } else if (userIds.length > 1) {
    // 对方加入了
    wlog("对方已连接...")
    isRoomEmpty.value = false;

    // 取出对方ID
    for (let id of userIds) {
      if (id != userId) {
        oppositeUserId = id;
      }
    }

    wlog(`对端ID: ${oppositeUserId}`)
    // 开始交换SDP和Candidate
    swapVideoInfo()
  }
}

效果演示

初始状态 

 发起端加入房间

接收端加入房间

Gitee源码地址

 源码地址：点击访问Gitee项目源代码。


http://www.kler.cn/a/395469.html

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