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JS `WebRTC` `Simulcast` / `SVC` (Scalable Video Coding) `Codec Negotiation`

各位朋友，大家好！我是今天的主讲人，很高兴能和大家一起聊聊WebRTC中关于Simulcast、SVC以及Codec Negotiation这些有点“绕”但又非常重要的概念。准备好，咱们这就开始一场WebRTC的“探险”之旅！

第一站：WebRTC的“冰山一角”

WebRTC，全称Web Real-Time Communication，顾名思义，就是让网页拥有实时通信的能力。它就像一个“万能插头”，让浏览器之间可以直接进行音视频通话、数据传输，而无需中间服务器的“牵线搭桥”。

但WebRTC的世界远不止于此，为了适应各种复杂的网络环境和设备能力，我们需要Simulcast和SVC来“助攻”。

第二站：Simulcast——“多生孩子好打架”

想象一下，你在参加一个在线会议，你的网络时好时坏，一会儿高清，一会儿模糊得像打了马赛克。这就是没有Simulcast的典型场景。

Simulcast，可以理解为“同时广播”。它允许客户端同时发送多个不同分辨率、不同码率的视频流。这样，接收端就可以根据自己的网络状况和设备能力，选择最合适的视频流进行播放。

就像“多生孩子好打架”，Simulcast就是让发送端“生”出多个视频流，然后让接收端自己“挑”。

  • 优点： 适应性强，可以应对不同的网络环境和设备能力。
  • 缺点： 占用带宽较高，因为需要同时发送多个视频流。
  • 适用场景： 多方视频会议，网络环境复杂的场景。

Simulcast的代码实现（以JavaScript为例）：

// 假设我们已经获取了音视频流
navigator.mediaDevices.getUserMedia({ video: true, audio: true })
  .then(stream => {
    // 创建RTCPeerConnection对象
    const peerConnection = new RTCPeerConnection();

    // 添加track到peerConnection，并指定RTP sender的编码参数
    stream.getTracks().forEach(track => {
      const transceiver = peerConnection.addTransceiver(track, {
        direction: 'sendonly',
        sendEncodings: [
          { rid: 'q', maxBitrate: 100000 },  // 低分辨率，低码率
          { rid: 'h', maxBitrate: 500000 },  // 中分辨率，中码率
          { rid: 'f', maxBitrate: 1000000 }   // 高分辨率，高码率
        ]
      });
    });

    // 创建offer
    peerConnection.createOffer()
      .then(offer => {
        // 设置本地描述
        return peerConnection.setLocalDescription(offer);
      })
      .then(() => {
        // 将offer发送给对端
        // ...
      });

  })
  .catch(error => {
    console.error('获取媒体流失败', error);
  });
  • rid: RTP Stream ID，用于标识不同的视频流。
  • maxBitrate: 最大码率，用于限制视频流的码率。
  • sendEncodings: 一个数组，包含了多个编码参数，每个参数对应一个视频流。

第三站：SVC——“智能变形金刚”

SVC（Scalable Video Coding），即可伸缩视频编码。它是一种更高级的视频编码技术，可以将视频编码成多个层次（layer），每个层次都包含了不同程度的视频信息。

接收端可以根据自己的需求，选择接收不同的层次，从而获得不同质量的视频。就像一个“智能变形金刚”，可以根据需要变形为不同的形态。

  • 优点： 节省带宽，只需要接收需要的层次即可。
  • 缺点： 编码复杂度较高，需要更强大的计算能力。
  • 适用场景： 网络带宽有限的场景，需要灵活调整视频质量的场景。

SVC的特点：

特点 描述
分层编码 将视频编码成多个层次，每个层次都包含了不同程度的视频信息。
可伸缩性 接收端可以根据自己的需求，选择接收不同的层次，从而获得不同质量的视频。
时间可伸缩性 通过控制帧率，可以调整视频的时间分辨率。
空间可伸缩性 通过控制分辨率，可以调整视频的空间分辨率。
质量可伸缩性 通过控制量化参数，可以调整视频的质量。

SVC在WebRTC中的应用：

目前，WebRTC对SVC的支持还不够完善，主要依赖于VP9和AV1等支持SVC的编解码器。

第四站：Codec Negotiation——“媒婆”的角色

Codec Negotiation，即编解码器协商。在WebRTC连接建立的过程中，双方需要协商使用哪种编解码器进行音视频的编码和解码。

这就像“媒婆”一样，负责在双方之间“牵线搭桥”，最终确定一个双方都支持的编解码器。

  • 重要性： 确保双方能够正常进行音视频通信。
  • 过程： 通过SDP（Session Description Protocol）协议进行协商。
  • 常见编解码器： VP8, VP9, H.264, AV1, Opus, G.711等。

Codec Negotiation的代码实现（以JavaScript为例）：

// 创建RTCPeerConnection对象
const peerConnection = new RTCPeerConnection({
  // 配置支持的编解码器
  sdpSemantics: 'unified-plan', // 推荐使用unified-plan
  iceServers: [{ urls: 'stun:stun.l.google.com:19302' }]
});

//监听ice candidate事件
peerConnection.onicecandidate = (event) => {
    if (event.candidate) {
        // 将candidate发送给对端
        console.log('New ICE candidate:', event.candidate);
    }
};

// 监听track事件，用于接收对端的媒体流
peerConnection.ontrack = (event) => {
    console.log('Received remote track', event.track);
    // 将track添加到video元素中进行播放
    const remoteVideo = document.getElementById('remoteVideo');
    remoteVideo.srcObject = event.streams[0];
};

// 创建offer
peerConnection.createOffer()
  .then(offer => {
    // 修改SDP，指定支持的编解码器
    // 例如，优先使用VP9
    const modifiedSdp = preferCodec(offer.sdp, 'VP9');
    offer.sdp = modifiedSdp;

    // 设置本地描述
    return peerConnection.setLocalDescription(offer);
  })
  .then(() => {
    // 将offer发送给对端
    // ...
  });

//修改SDP的函数，用于指定优先使用的编解码器
function preferCodec(sdp, codec) {
  const lines = sdp.split('rn');
  let mLineIndex = null;
  let payloadType = null;

  // 寻找音视频的m行
  for (let i = 0; i < lines.length; i++) {
    if (lines[i].startsWith('m=video')) {
      mLineIndex = i;
      break;
    }
  }

  if (mLineIndex === null) {
    return sdp;
  }

  // 寻找codec的payload type
  for (let i = 0; i < lines.length; i++) {
    if (lines[i].includes(codec)) {
      payloadType = lines[i].split(' ')[3];
      break;
    }
  }

  if (payloadType === null) {
    return sdp;
  }

  // 将codec的payload type移动到m行的前面
  const mLine = lines[mLineIndex];
  const newMLine = mLine.replace('m=video', `m=video ${payloadType}`);
  lines[mLineIndex] = newMLine;

  return lines.join('rn');
}

// 接收到answer后，设置远端描述
function handleAnswer(answerSdp) {
    peerConnection.setRemoteDescription({type: 'answer', sdp: answerSdp})
    .then(() => {
      console.log('Remote description set successfully.');
    })
    .catch(error => {
      console.error('Error setting remote description:', error);
    });
}
  • sdpSemantics: 'unified-plan'：指定使用unified-plan SDP语义，这是WebRTC推荐的SDP语义，可以更好地支持Simulcast和SVC。
  • preferCodec函数：用于修改SDP，将指定的编解码器移动到m行的前面，从而让对端优先选择该编解码器。

第五站：Simulcast + SVC + Codec Negotiation = 最佳实践

将Simulcast、SVC和Codec Negotiation结合起来，可以实现更加灵活和高效的WebRTC应用。

  • 流程：

    1. 通过Codec Negotiation，确定双方都支持的编解码器（例如，VP9或AV1，它们支持SVC）。
    2. 使用Simulcast，同时发送多个不同分辨率、不同码率的视频流。
    3. 接收端根据自己的网络状况和设备能力，选择接收不同的层次（SVC）和视频流（Simulcast）。

  • 优势：

    • 在网络状况良好的情况下，可以获得高质量的视频体验。
    • 在网络状况不佳的情况下，可以保证视频的流畅性。
    • 可以适应不同的设备能力。

第六站：常见问题与解答

  • Q：Simulcast和SVC有什么区别？

    • A：Simulcast是同时发送多个完整的视频流，而SVC是将视频编码成多个层次。Simulcast更侧重于适应不同的网络环境，而SVC更侧重于节省带宽。

  • Q：WebRTC默认支持Simulcast和SVC吗？

    • A：WebRTC本身并不直接支持Simulcast和SVC，需要通过配置RTP sender的编码参数和使用支持SVC的编解码器来实现。

  • Q：如何选择合适的编解码器？

    • A：需要根据具体的应用场景和设备能力进行选择。一般来说，VP9和AV1是比较好的选择，它们支持SVC，并且具有较好的压缩效率。H.264是兼容性最好的选择，但压缩效率相对较低。

第七站：总结与展望

Simulcast、SVC和Codec Negotiation是WebRTC中非常重要的概念，它们可以帮助我们构建更加灵活和高效的实时通信应用。

虽然目前WebRTC对SVC的支持还不够完善，但随着技术的不断发展，相信未来WebRTC将会更好地支持SVC，从而为我们带来更加出色的实时通信体验。

希望今天的“探险”之旅能够帮助大家更好地理解WebRTC中关于Simulcast、SVC和Codec Negotiation的知识。 感谢大家的参与！如果大家还有什么问题，欢迎随时提问。

第八站：深入探讨 – SDP的“秘密花园”

既然提到了Codec Negotiation，那我们就不得不聊聊SDP（Session Description Protocol）。SDP在WebRTC中扮演着至关重要的角色，它就像一份“简历”，描述了媒体会话的各种信息，包括：

  • 媒体类型： 音频、视频
  • 编解码器： VP8, VP9, H.264, Opus等等
  • IP地址和端口： 用于建立连接
  • ICE Candidate： 用于NAT穿透

了解SDP的结构，可以帮助我们更好地理解Codec Negotiation的过程，以及如何手动修改SDP来实现一些高级功能。

SDP的结构：

SDP是由一系列文本行组成的，每行都以一个字母开头，表示不同的属性。

属性 描述 示例
v= SDP协议版本 v=0
o= 会话发起者和会话标识符 o=alice 1234567890 1234567890 IN IP4 192.168.1.100
s= 会话名称 s=WebRTC Session
c= 连接信息 c=IN IP4 192.168.1.100
t= 会话活动时间 t=0 0
m= 媒体描述，包括媒体类型、端口、传输协议和编解码器列表 m=video 9 UDP/TLS/RTP/SAVPF 100 101
a= 媒体属性，包括编解码器的具体参数、RTP映射、方向等等 a=rtpmap:100 VP8/90000
a=rtpmap:101 H264/90000
a=fmtp:101 profile-level-id=42e01f; packetization-mode=1
a=ice-ufrag:abcdefgh
a=ice-pwd:ijklmnopqrst
a=candidate:1 1 UDP 1234567890 192.168.1.100 33472 typ host
a=end-of-candidates

手动修改SDP的示例：

除了前面提到的preferCodec函数，我们还可以通过手动修改SDP来实现其他一些高级功能，例如：

  • 禁用某个编解码器： 可以删除SDP中对应的m=行和a=rtpmap:行。
  • 修改编解码器的参数： 可以修改a=fmtp:行中的参数。
  • 添加ICE Candidate： 可以手动添加a=candidate:行。

注意事项：

  • 修改SDP需要谨慎，错误的修改可能会导致连接失败。
  • 不同的浏览器和WebRTC库对SDP的支持可能有所不同，需要进行兼容性测试。

第九站：扩展阅读

如果大家对WebRTC、Simulcast、SVC和Codec Negotiation感兴趣，可以参考以下资源：

通过阅读这些资源，可以更加深入地了解WebRTC的原理和实现细节。

结束语

希望这次的分享能够帮助大家更好地理解WebRTC中关于Simulcast、SVC和Codec Negotiation的知识。WebRTC的世界非常广阔，还有很多值得探索的地方。 期待未来能和大家一起继续学习和进步！

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