WebRTC实现网页版多人视频聊天室

因为产品中要加入网页中网络会议的功能，这几天都在倒腾 WebRTC，现在分享下工作成果。

话说 WebRTC

Real Time Communication 简称 RTC，是谷歌若干年前收购的一项技术，后来把这项技术应用到浏览器中并开源出来，而且搞了一套标准提交给W3C，称为WebRTC，官方地址是：http://www.webrtc.org/。WebRTC要求浏览器内置实时传输音视频的功能，并提供一致的API供JS使用。目前实现这套标准的浏览器有：Chrome、FireFox、Opera。微软虽然也在对WebRTC标准的制定做贡献，但仍然没有在任何版本的IE中支持WebRTC，所以，对于IE浏览器，不得不安装Chrome Frame插件来支持WebRTC；对于Safari浏览器，可以使用WebRtc4all这个插件，地址是：https://code.google.com/p/webrtc4all/。

WebRTC基础

WebRTC提供了三个API：MediaStream、RTCPeerConnection、RTCDataChannel。

• MediaStream 用于获取本地的 音视频流。不同的浏览器名称不一样，但参数一样，谷歌和Opera是navigator.webkitGetUserMedia，火狐是 navigator.mozGetUserMedia。
• RTCPeerConnection：和 getUserMedia 一样 谷歌和火狐分别会有webkit、moz前缀。这个对象主要用于两个浏览器之间建立连接以及传输音视频流。
• RTCDataChannel 用于两个浏览器之间传输自定义的数据，用这个对象可以实现互发消息，而不用经过服务端的中转。

WebRTC的实现是建立浏览器之间的直接连接，而不需要其他服务器的中转，即P2P，这就要求彼此之间需要知道对方的外网地址。但大多数计算机都位于NAT之后，只有少部分主机拥有外网地址，这就要求一种方式可以穿透NAT，STUN和TURN就是这样的技术。对于STUN和TURN的详细介绍，可以查看这里（http://www.h3c.com.cn/MiniSite/Technology_Circle/Net_Reptile/The_Five/Home/Catalog/201206/747038_97665_0.htm）。

WebRTC会使用默认的或程序指定的SUTN服务器，获取指向当前主机的外网地址和端口。谷歌浏览器默认的是谷歌域名下的一个STUN，国内可能不大稳定，于是我找到了这个 stunserver.org/ ，连接速度比较快，据说当年飞信就是使用的这个，应该比较可靠。如果信不过第三方的STUN服务，也可以自己搭建一台，搭建过程也挺简单。

P2P的建立过程需要依赖服务端中转外网IP及端口、音视频设备配置信息，所以服务端需要使用可以双工通讯的手段，比如WebSocket，来实现信令的中转，称之为信令服务器。

WebRTC会话的建立详解

会话的建立主要有两个过程：网络信息的交换、音视频设备信息的交换。以下以 lilei 要和 Lucy 开视频为例描述这两个过程。

网络信息的交换：

1. lilei首先创建了一个RTCPeerConnection对象，这个对象会自动的去向STUN服务器询问自己的外网IP和端口。然后lilei把自己的网络信息经过信令服务器中转后，发送给lucy。
2. lucy接收到lilei的网络信息之后，也创建了一个RTCPeerConnection对象，并把lilei发过来的信息通过addIceCandidate添加到对象中。
3. lucy把自己的网络信息经过信令服务器的中转后，发送给lilei。
4. lilei接收到信息后，通过RTCPeerConnection对象的addIceCandidate方法保存lucy的网络信息。

音视频设备信息的交换：

1. lilei通过RTCPeerConnection对象的createOffer方法，获取本地的音视频编码分辨率等信息，通过setLocalDescription添加到RTCPeerConnection中，并把这些信息经过信令服务器中转后发送给lucy。
2. lucy接收到lilei发过来的信息后，使用RTCPeerConnection对象的setRemoteDescription方法保存。然后通过createAnswer方法获取自己的音视频信息并以同样的手段发送给lilei。
3. lilei接收到lucy的信 息，调用setRemoteDescription方法保存。

以上两个过程可以是并发的，并无先后顺序，但必须得等到两个过程都完成后，P2P的连接才真正的建立。一旦连接建立，lilei和lucy就可以直接发送音视频流，而不需要中转。WebRTC在获取本地网络信息的时候，会先尝试STUN，如果失败，则会使用TURN。

WebRTC + Asp.net Web API 实现视频聊天室

首先使用WebSocket实现信令服务器部分，在此需要用到微软开发的用于实现WebSocket的dll (http://www.nuget.org/packages/Microsoft.WebSockets/)，以及Json.net。

用于和客户端交互的会话类代码如下：

    public class Session : WebSocketHandler
    {
        private static WebSocketCollection sessions = new WebSocketCollection();

        public String UserId { get; set; }

        public override void OnOpen()
        {
            this.UserId = Guid.NewGuid().ToString("N");
            var message = new { type = SignalMessageType.Conect, userId = this.UserId };
            sessions.Broadcast(Json.Encode(message));

            sessions.Add(this);
        }

        public override void OnMessage(string msg)
        {
            var obj = Json.Decode(msg);
            var messageType = (SignalMessageType)obj.type;

            switch (messageType)
            {
                case SignalMessageType.Offer:
                case SignalMessageType.Answer:
                case SignalMessageType.IceCandidate:
                    var session = sessions.Cast<Session>().FirstOrDefault(n => n.UserId == obj.userId);
                    var message = new { type = messageType, userId = this.UserId, description = obj.description };
                    session.Send(Json.Encode(message));
                    break;
            }
        }
    }

    public enum SignalMessageType
    {
        Conect,
        DisConnect,
        Offer,
        Answer,
        IceCandidate
    }

WebAPI控制器需要引用命名空间“Microsoft.Web.WebSockets;”代码如下：

    public class SignalServerController : ApiController
    {
        [HttpGet]
        public HttpResponseMessage Connect()
        {
            var session = new WebRTCDemo.Session();
            HttpContext.Current.AcceptWebSocketRequest(session);

            return new HttpResponseMessage(HttpStatusCode.SwitchingProtocols);
        }
    }

JS脚本：

var RtcConnect = function (_userId, _webSocketHelper) {

    var config = { iceServers: [{ url: 'stun:stunserver.org' }] };
    var peerConnection = null;
    var userId = _userId;
    var webSocketHelper = _webSocketHelper;

    var createVideo = function (stream) {
        var src = window.webkitURL.createObjectURL(stream);
        var video = $("<video />").attr("src", src);
        var container = $("<div />").addClass("videoContainer").append(video).appendTo($("body"));

        video[0].play();
        return container;
    };

    var init = function () {

        window.RTCPeerConnection = window.RTCPeerConnection || window.webkitRTCPeerConnection || window.mozRTCPeerConnection;
        peerConnection = window.RTCPeerConnection(config);

        peerConnection.addEventListener('addstream', function (event) {
            createVideo(event.stream);
        });
        peerConnection.addEventListener('icecandidate', function (event) {
            var description = JSON.stringify(event.candidate);
            var message = JSON.stringify({ type: 4, userId: userId, description: description });
            webSocketHelper.send(message);
        });

        navigator.getMedia = navigator.getUserMedia || navigator.webkitGetUserMedia || navigator.mozGetUserMedia;
        var localStream = navigator.getMedia({ video: true, audio: true }, getUserMediaSuccess, getUserMediaFail);
        peerConnection.addStream(localStream);

    };

    this.connect = function () {
        peerConnection.createOffer(function (offer) {
            peerConnection.setLocalDescription(offer);

            var description = JSON.stringify(offer);
            var message = JSON.stringify({ type: 2, userId: userId, description: description });
            webSocketHelper.send(message);
        });

    };

    this.acceptOffer = function (offer) {
        peerConnection.setRemoteDescription(new RTCSessionDescription(offer));
        peerConnection.createAnswer(function (answer) {
            peerConnection.setLocalDescription(answer);
            var description = JSON.stringify(answer);

            var message = JSON.stringify({ type: 3, userId: userId, description: description });
            webSocketHelper.send(message);
        });
    };

    this.acceptAnswer = function (answer) {
        peerConnection.setRemoteDescription(new RTCSessionDescription(answer));

    };

    this.addIceCandidate = function (candidate) {
        peerConnection.addIceCandidate(new RTCIceCandidate(candidate));
    };

    init();

};

var WebSocketHelper = function (callback) {
    var ws = null;
    var url = "ws://" + document.location.host + "/api/Signal/Connect";

    var init = function () {
        ws = new WebSocket(url);
        ws.onmessage = onmessage;
        ws.onerror = onerror;
        ws.onopen = onopen;
    };

    var onmessage = function (message) {
        callback(JSON.parse(message.data));
    };

    this.send = function (data) {
        ws.send(data);
    };

    init();
};

$(function() {

    var rtcConnects = {};
    var webSocketHelper = new WebSocketHelper(function (message) {
        var rtcConnect = getOrCreateRtcConnect(message.userId);
        switch (message.type) {
            case 0: //Conect
                rtcConnect.connect();
                break;
            case 2: //Offer
                rtcConnect.acceptOffer(JSON.parse(message.description));
                break;
            case 3: //Answer
                rtcConnect.acceptAnswer(JSON.parse(message.description));
                break;
            case 4: //IceCandidate
                rtcConnect.addIceCandidate(JSON.parse(message.description));
                break;
            default:
                break;
        }
    });

    var init = function() {
        navigator.getMedia = navigator.getUserMedia || navigator.webkitGetUserMedia || navigator.mozGetUserMedia;
        var stream = navigator.getMedia({ video: true, audio: true }, function() {
            var src = window.webkitURL.createObjectURL(stream);
            var video = $("<video />").attr("src", src);
            $("<div />").addClass("videoContainer").append(video).appendTo($("body"));

            video[0].play();
        }, function (error) { console.error(error); });
    };

    var getOrCreateRtcConnect = function (userId) {
        var rtcConnect = rtcConnects[userId];
        if (typeof (rtcConnect) == 'undefined') {
            rtcConnect = new rtcConnect(userId, webSocketHelper);
            rtcConnects[userId] = rtcConnect;
        }
        return rtcConnect;
    };
    init();
});

View代码：

<html>
<head>
    <style>
        .videoContainer { float: left; padding: 10px 0 10px 10px; width: 210px; margin: 5px; }
        .videoContainer > video { width: 200px; height: 150px; margin-top: 5px; }
    </style>
</head>
<body>
</body>
</html>

编译后部署到IIS上，让同事都来试试，略有激动。

其他

如果想部署自己专用的STUN服务器，这里（http://www.stunprotocol.org/）有STUN服务器的完整开源实现，原生是运行在Linux上的，但也提供了cgwin下编译的windwos版本。如何编译、运行等在它的github主页上说的比较清楚：https://github.com/jselbie/stunserver。

如果觉得自己写那一坨js比较繁琐，这里（http://www.rtcmulticonnection.org/）有一个封装库，简单了解了一下，功能挺强大的。