WebRTC技术详解：构建实时音视频应用实践

huangql5202025-11-09 13:42

目录

什么是WebRTC？

初识WebRTC

想象一下，你和朋友在不同的城市，想要通过互联网进行视频通话。传统的方式可能是：你的视频先发送到服务器，服务器再转发给朋友。这种方式存在一个问题：延迟较高，而且服务器需要处理大量的视频数据。

WebRTC（Web Real-Time Communication，网页实时通信）就是为了解决这个问题而诞生的技术。它允许你的浏览器直接与对方的浏览器建立连接 ，无需经过中间服务器转发视频流，从而实现低延迟、高质量的实时音视频通信。

WebRTC的特点

  1. 实时性强：延迟通常在几百毫秒以内，接近面对面交流的体验
  2. P2P连接：端到端直接通信，减少服务器负担
  3. 开源标准：由Google主导，W3C标准化，各大浏览器都支持
  4. 音视频处理能力：内置音频降噪、回声消除、视频编码等功能

WebRTC的工作原理

简单的类比：邮寄包裹的过程

让我们用邮寄包裹来理解WebRTC的工作流程：

  1. 收集信息：你要知道朋友的地址（网络地址）
  2. 协商路线：通过邮局（信令服务器）交换地址信息
  3. 建立连接：确定最优路线（建立P2P连接）
  4. 发送包裹：开始发送包裹（传输音视频数据）
  5. 保持沟通：持续监控连接状态，确保包裹顺利送达

技术流程详解

第一步：获取媒体流（Media Stream）
javascript 复制代码 
// 获取用户的摄像头和麦克风
const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({
  video: true,  // 启用视频
  audio: true   // 启用音频
});

这一步相当于"打开你的摄像头和麦克风"。

第二步：建立连接（RTCPeerConnection）

WebRTC使用RTCPeerConnection对象来建立连接。但问题是：你的浏览器不知道对方的网络地址，这就需要**信令服务器（Signaling Server）**的帮助。

信令服务器的作用：

  • 交换双方的网络信息（IP地址、端口等）
  • 协商音视频编码格式
  • 协调连接建立过程

注意：信令服务器只负责"介绍"，不负责传输音视频数据。真正的音视频数据是直接在两个浏览器之间传输的。

第三步：ICE候选（ICE Candidates）

由于网络环境的复杂性（NAT、防火墙等），浏览器需要通过**ICE（Interactive Connectivity Establishment）**来找到可用的网络路径。

浏览器会尝试多种方式建立连接：

  • 本地网络：如果在同一局域网
  • STUN服务器：帮助发现公网IP
  • TURN服务器：如果直连失败，作为中继
第四步：数据交换（Data Exchange）

一旦建立连接，音视频数据就可以开始传输了。

核心技术概念

1. 音视频轨道（Tracks）

Audio Track（音频轨道） ：来自麦克风的音频数据
Video Track（视频轨道）：来自摄像头的视频数据

一个媒体流可以包含多个轨道，例如：

  • 一个音频轨道（麦克风）
  • 一个视频轨道（摄像头）

2. 信令（Signaling）

信令是用来交换网络信息和控制消息的机制。常见方式：

  • WebSocket：实时双向通信
  • Socket.IO：基于WebSocket的封装
  • HTTP轮询：简单的请求-响应模式

3. STUN和TURN服务器

  • STUN（Session Traversal Utilities for NAT）：帮助发现公网IP地址
  • TURN（Traversal Using Relays around NAT）：当直连失败时，作为中继服务器转发数据

4. SDP（Session Description Protocol）

SDP是描述媒体会话信息的协议，包含：

  • 支持的音视频编码格式
  • 网络地址信息
  • 其他会话参数

为什么使用Agora SDK

虽然WebRTC是浏览器原生支持的，但直接使用原生API会遇到很多问题：

原生WebRTC的挑战

  1. 浏览器兼容性：不同浏览器API差异大
  2. 代码复杂度：需要处理STUN/TURN、ICE、信令等复杂逻辑
  3. 音视频处理：降噪、回声消除等需要自己实现
  4. 跨平台支持：Web、iOS、Android需要分别处理
  5. 服务器搭建：需要自己搭建和维护TURN服务器

Agora SDK的优势

Agora（声网）是一个专业的实时音视频云服务提供商，他们的SDK解决了上述所有问题：

  1. 统一API：一套代码支持多个平台
  2. 高质量传输：全球CDN节点，自动选择最优路径
  3. 音视频增强：内置降噪、回声消除、美颜等功能
  4. 简单易用：几行代码就能实现音视频通话
  5. 稳定可靠：企业级服务保障

在项目中的使用

我们项目使用agora-rtc-sdk-ng（Agora RTC SDK for Web），这是Agora官方提供的Web版本SDK。

项目中的三种应用场景

我们的项目基于Agora SDK实现了三种不同的实时通信场景。每种场景都有不同的特点和实现方式。

1v1视频通话

场景描述

这是最常见的视频通话场景：两个人互相视频聊天，就像微信视频通话一样。

特点：

  • 双方都可以看到对方
  • 双方都可以听到对方
  • 双方都要发布（publish）自己的音视频
  • 双方都要订阅（subscribe）对方的音视频
技术实现

1v1视频通话实现如下。

关键配置：

typescript 复制代码 
// 创建RTC客户端，使用rtc模式
client: createClient({ mode: 'rtc', codec: 'vp8' })

为什么使用'rtc'模式？

rtc（Real-Time Communication）模式是专门为实时通信设计的：

  • 所有参与者都可以发布和订阅媒体流
  • 低延迟优化
  • 适合双向通信场景
实现流程

第一步：加入频道

typescript 复制代码 
// 加入RTC频道
await rtc.client.join(
  appId,      // Agora应用ID
  channel,    // 频道名称（房间号）
  token,      // 安全令牌
  uid         // 用户ID
);

第二步：创建并发布本地音视频

typescript 复制代码 
// 创建本地音视频轨道
const [localAudioTrack, localVideoTrack] = await createMicrophoneAndCameraTracks(
  {},                           // 音频配置
  { facingMode: 'user' }        // 视频配置（前置摄像头）
);

// 保存轨道
rtc.localAudioTrack = localAudioTrack;
rtc.localVideoTrack = localVideoTrack;

// 发布到频道
await rtc.client.publish([localAudioTrack, localVideoTrack]);

第三步：监听远程用户

typescript 复制代码 
// 监听用户发布事件
rtc.client.on('user-published', async (user, mediaType) => {
  // 订阅远程用户的媒体流
  await rtc.client.subscribe(user, mediaType);
  
  if (mediaType === 'video') {
    // 播放远程视频
    user.videoTrack?.play('remote-player-container');
  }
  
  if (mediaType === 'audio') {
    // 播放远程音频
    user.audioTrack?.play();
  }
});
代码示例：加入视频通话

在face-time.vue中：

typescript 复制代码 
function joinChannel() {
  const userId = userStore.userInfo.userId;
  
  join({
    channel: faceTimeStore.currentChannel!.channelName,  // 频道名
    token: faceTimeStore.currentChannel!.rtcToken,       // Token
    uid: userId,                                          // 用户ID
    success(rtc) {
      // 加入成功后的回调
      // 渲染本地摄像头
      rtc.localVideoTrack!.play('local-player-container');
    }
  });
}
关键特性

  1. 双发布双订阅：

    • 用户A发布自己的音视频 → 用户B订阅用户A的音视频
    • 用户B发布自己的音视频 → 用户A订阅用户B的音视频

  2. 本地预览：

    • 在发布的同时，可以在页面上预览自己的视频

  3. 动态管理：

    • 监听user-left事件，当对方离开时自动处理

1v1直播

场景描述

这是典型的直播场景：一个人（主播）在直播，很多人（观众）在观看。

特点：

  • 只有主播发布音视频
  • 观众只能订阅（观看）主播的流
  • 观众不能发布自己的音视频
  • 一对多或一对一的关系（可以只有一个观众）
技术实现

1v1直播使用src/utils/agora-service-live.ts文件实现。

关键配置：

typescript 复制代码 
// 创建RTC客户端，使用live模式
client: createClient({ mode: 'live', codec: 'vp8' })

// 默认设置为观众角色
client.setClientRole('audience', { level: 1 })

为什么使用'live'模式？

live模式是专门为直播场景设计的：

  • 支持角色区分：主播（host）和观众（audience）
  • 主播可以发布流，观众只能订阅
  • 适合一对多的广播场景
实现流程

第一步：加入频道（作为观众）

typescript 复制代码 
// 加入频道，默认是观众角色
await rtc.client.join(appId, channel, token, uid);

第二步：监听主播的流

typescript 复制代码 
// 监听主播发布流的事件
rtc.client.on('user-published', async (user, mediaType) => {
  // 订阅主播的媒体流
  await rtc.client.subscribe(user, mediaType);
  
  if (mediaType === 'video' && user.videoTrack) {
    // 播放主播的视频
    const remoteVideoTrack = user.videoTrack;
    remoteVideoTrack.play('live-video');
    
    // 监听视频状态变化
    remoteVideoTrack.on('video-state-changed', (event) => {
      if (event === 0) {
        // 检测到黑屏，尝试重新播放
        remoteVideoTrack.stop();
        await rtc.client.subscribe(user, 'video');
        remoteVideoTrack.play('live-video');
      }
      if (event === 2) {
        // 视频正常播放
        onPlay(event);
      }
    });
  }
  
  if (mediaType === 'audio' && user.audioTrack) {
    // 播放主播的音频
    const remoteAudioTrack = user.audioTrack;
    remoteAudioTrack.setVolume(150); // 设置音量
    remoteAudioTrack.play();
  }
});
代码示例：加入直播间

在src/pages/index/components/living/living-room/home.vue中：

typescript 复制代码 
const joinAgora = async (showRoomNo, token) => {
  const userId = userStore.userInfo?.userId;
  
  // 加入声网频道
  await retryJoinAgora(showRoomNo, token, userId, 1);
  
  // 处理视频流回调
  const onPlayCallback = (eventState) => {
    if (eventState === 2) {
      // 视频流正在解码，正常播放
      loading.value = false;
      inCall.value = false;
    }
  };
  
  // 获取音视频流
  getLiveStream(null, onPlayCallback, onConnectCallback);
};
关键特性

  1. 角色区分：

    • 观众角色：只能订阅，不能发布
    • 主播角色：可以发布，也可以订阅其他主播（连麦场景）

  2. 流状态监听：

    • 监听视频状态变化，处理黑屏、卡顿等问题
    • 自动重连机制

  3. 连接状态管理：

    • 监听连接状态变化，处理断线重连

  4. 预加载机制：

    • 使用preloadAgora函数提前加载频道，减少延迟
typescript 复制代码 
async function preloadAgora(options: { channel: string; token: string; uid: string }) {
  await preload(
    appId,
    options.channel,
    options.token,
    options.uid
  );
}

多语音房（MG房间）

场景描述

这是多人在线互动的场景：一个房间里有多个人，可以开启摄像头和麦克风进行互动。类似于视频会议或语音聊天室。

特点：

  • 多人可以同时发布音视频
  • 支持动态加入和离开
  • 有角色区分：管理员、主播、普通用户
  • 需要管理多个视频窗口的位置
技术实现

多语音房使用src/utils/agora-service-mg.ts文件实现。

关键配置：

typescript 复制代码 
// 创建RTC客户端，使用live模式
mgRtc.client = createClient({
  mode: 'live',      // 直播模式
  codec: 'vp8'       // 视频编码格式
});

// 设置小流参数（用于节省带宽）
client.setLowStreamParameter({
  width: 160,
  height: 120,
  framerate: 15,
  bitrate: 120
});

// 开启双流模式（大流+小流）
client.enableDualStream();

// 默认设置为观众角色
client.setClientRole('audience');

为什么使用'live'模式？

  • 支持动态的角色切换（观众↔主播）
  • 可以同时有多人发布流
  • 适合复杂的多对多场景
实现流程

第一步：加入房间

typescript 复制代码 
const joinMGRoom = async (options: {
  channel: string;  // 房间号
  token: string;    // 房间令牌
  uid: string;      // 用户ID
}) => {
  const client = initMGClient(); // 初始化客户端
  
  // 清理之前的连接
  if (connStates.includes(client.connectionState)) {
    await client.leave();
  }
  
  // 清理所有视频容器
  clearAllVideoContainers();
  
  // 加入房间
  await client.join(appId, options.channel, options.token, options.uid);
};

第二步：监听多用户流

typescript 复制代码 
const getMGLiveStream = async (onPlayCallback, onConnectCallback) => {
  const client = initMGClient();
  
  // 监听用户发布流
  client.on('user-published', async (user, mediaType) => {
    await client.subscribe(user, mediaType);
    
    const userId = user.uid.toString();
    // 根据userId获取渲染位置
    const containerId = getRenderPosition(userId);
    
    // 播放媒体流到指定位置
    playMedia(user, containerId, mediaType);
    
    // 执行播放回调
    onPlayCallback && onPlayCallback(2, user, user.uid);
  });
  
  // 监听用户取消发布
  client.on('user-unpublished', async (user, mediaType) => {
    const userId = user.uid.toString();
    
    if (mediaType === 'audio') {
      // 更新麦克风UI状态
      updateMicUI(userId, false);
    }
    
    if (mediaType === 'video') {
      // 清理视频容器
      clearVideoContainer(getRenderPosition(userId));
    }
    
    await client.unsubscribe(user, mediaType);
  });
};

第三步：管理用户位置

typescript 复制代码 
// 成员位置映射：userId -> position
let memberPositions: Record<string, number> = {};

// 根据userId获取渲染位置
const getRenderPosition = (userId: string): string => {
  const position = memberPositions[userId];
  
  if (position == null) return '';
  
  // 根据位置返回对应的容器ID
  if (position === 6) return 'admin-video';        // 管理员位置
  if (position === 7) return 'user-video';         // 用户位置
  return `host-video-${position + 1}`;             // 主播位置
};

第四步：发布本地流（当需要上麦时）

typescript 复制代码 
const publishLocalTracks = async (onConfirmPublishedCallback) => {
  // 创建本地音视频轨道
  const [localAudioTrack, localVideoTrack] = await createMicrophoneAndCameraTracks();
  
  mgRtc.localAudioTrack = localAudioTrack;
  mgRtc.localVideoTrack = localVideoTrack;
  
  // 切换为主播角色
  await mgRtc.client.setClientRole('host');
  
  // 发布视频流
  if (mgRoomStore.cameraStatus) {
    await mgRtc.client.publish([mgRtc.localVideoTrack]);
  }
  
  // 发布音频流
  if (mgRoomStore.micStatus) {
    await mgRtc.client.publish([mgRtc.localAudioTrack]);
  }
  
  // 播放本地视频
  await mgRtc.localVideoTrack!.play('user-video');
};
关键特性

  1. 多用户管理：

    • 维护用户ID到位置的映射关系
    • 动态分配视频容器位置
    • 处理用户加入/离开事件

  2. 角色动态切换：

    • 观众可以随时上麦（切换到host角色）
    • 上麦后可以发布音视频
    • 下麦后切换回观众角色

  3. 媒体流管理：

    • 单独控制音频和视频的发布
    • 可以只开音频不开视频（语音聊天）
    • 可以只开视频不开音频（静音模式）

  4. 视频容器管理：

    • 管理员位置：admin-video
    • 用户自己位置：user-video
    • 其他主播位置：host-video-1 ~ host-video-6

  5. UI状态同步：

    • 根据音频流状态显示麦克风图标
    • 自动更新UI反馈

  6. 双流模式：

    • 支持大小流切换，节省带宽
    • 根据网络情况自动选择

技术实现细节

三种场景对比

特性 1v1视频通话 1v1直播 多语音房
模式 rtc live live
角色 无需角色 audience（观众） audience/host（观众/主播）
发布流 双方都发布 只有主播发布 多人可发布
订阅流 双方都订阅 观众订阅主播 所有人订阅所有发布者
适用场景 视频通话 直播观看 多人互动

代码结构

复制代码 
/utils/
├── agora-service.ts          # 1v1视频通话服务
├── agora-service-live.ts      # 1v1直播服务
└── agora-service-mg.ts        # 多语音房服务

每个服务都提供以下核心方法：

  • join() - 加入频道/房间
  • leave() - 离开频道/房间
  • getLiveStream() - 获取并处理媒体流
  • 其他辅助方法（切换摄像头、控制音视频开关等）

核心事件监听

所有场景都需要监听以下关键事件：

  1. user-joined：用户加入频道
  2. user-left：用户离开频道
  3. user-published：用户发布媒体流
  4. user-unpublished：用户取消发布媒体流
  5. connection-state-change：连接状态变化

常见问题与优化

1. 黑屏问题

问题：视频播放时出现黑屏

解决方案：

typescript 复制代码 
// 监听视频状态变化
remoteVideoTrack.on('video-state-changed', async (event) => {
  if (event === 0) {
    // 检测到黑屏，尝试重新播放
    remoteVideoTrack.stop();
    await rtc.client.subscribe(user, 'video');
    remoteVideoTrack.play('live-video');
  }
});

2. 连接断开重连

问题：网络不稳定导致连接断开

解决方案：

typescript 复制代码 
// 监听连接状态变化
rtc.client.on('connection-state-change', async (curState, revState) => {
  if (curState === 'DISCONNECTED' && revState === 'CONNECTED') {
    // 重新订阅所有用户的流
    for (const user of rtc.client.remoteUsers) {
      await rtc.client.subscribe(user, 'video');
      user.videoTrack?.play('live-video');
    }
  }
});

3. 权限问题

问题：用户拒绝授予摄像头/麦克风权限

解决方案：

typescript 复制代码 
try {
  const [localAudioTrack, localVideoTrack] = await createMicrophoneAndCameraTracks();
  // ... 发布流
} catch (error: any) {
  if (error.message?.includes('PERMISSION_DENIED')) {
    // 显示权限提示对话框
    confirmDialog.show({
      content: '请允许访问麦克风和摄像头权限'
    });
  }
}

4. 多频道切换

问题：从一个频道切换到另一个频道时，可能还存在旧连接

解决方案：

typescript 复制代码 
// 在加入新频道前，检查并退出旧频道
const connStates = ['CONNECTING', 'CONNECTED', 'RECONNECTING'];
if (connStates.includes(rtc.client.connectionState)) {
  await rtc.client.leave();
}

5. 内存泄漏

问题：页面关闭时没有正确清理资源

解决方案：

typescript 复制代码 
onUnload(async () => {
  // 关闭本地轨道
  rtc.localAudioTrack?.close();
  rtc.localVideoTrack?.close();
  
  // 离开频道
  await rtc.client.leave();
  
  // 移除所有事件监听
  rtc.client.removeAllListeners();
});

6. 预加载优化

问题：进入直播间时等待时间过长

解决方案：

typescript 复制代码 
// 提前预加载频道，减少延迟
async function preloadAgora(options: { channel: string; token: string; uid: string }) {
  await preload(appId, options.channel, options.token, options.uid);
}

总结

WebRTC技术总结

WebRTC是一项强大的实时通信技术，它：

  • 实现了浏览器间的直接通信
  • 提供了低延迟、高质量的音视频传输
  • 是构建实时通信应用的基础

项目应用总结

在我们的项目中：

  1. 1v1视频通话 ：使用rtc模式，实现双向视频通话，适合点对点交流
  2. 1v1直播 ：使用live模式，观众角色，实现直播观看，适合内容展示
  3. 多语音房 ：使用live模式，支持多角色切换，实现多人互动，适合社交场景

技术选型

选择Agora SDK而不是原生WebRTC的原因：

  • 简化开发流程
  • 提供稳定的服务保障
  • 内置丰富的音视频处理功能
  • 跨平台统一API

最佳实践

  1. 错误处理：完善的错误捕获和用户提示
  2. 状态管理：合理使用Store管理通话状态
  3. 资源清理：页面卸载时正确释放资源
  4. 用户体验：提供加载状态、错误提示等反馈
  5. 性能优化：使用预加载、双流模式等技术

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