CN116760803A - 基于WebRTC技术的实时视频通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于WebRTC技术的实时视频通信系统及方法，属于电数字数据处理技术领域，使用WebRTC技术建立点对点连接，可以实现低延迟、高质量的音视频通信；支持视频编解码、数据加密和传输控制等功能，提高音视频数据传输的稳定性和安全性；支持录制视频和实时视频流分发等功能，满足不同用户的需求。本发明适用于各种需要实现实时音视频通信的场合，例如在线教育、远程会议、视频直播等。

Description

基于WebRTC技术的实时视频通信系统

技术领域

本发明属于电数字数据处理技术领域，具体涉及基于WebRTC技术的实时视频通信系统。

背景技术

现有的实时音视频通信技术存在以下缺点：

传输延迟较高：传统的音视频通信技术往往需要通过中心服务器进行数据传输，导致传输延迟较高，无法满足实时通信的需求。

传输稳定性差：由于传输链路的复杂性，传统的音视频通信技术在传输过程中容易出现数据丢失、卡顿等问题，降低了通信质量。

安全性低：传统的音视频通信技术往往没有采用加密措施，容易被黑客攻击，导致通信数据泄露。

缺乏扩展性：传统的音视频通信技术往往只能满足基本的音视频通信需求，缺乏扩展性。

基于以上缺点，需要开发一种新的实时音视频通信技术，以满足实时通信的需求，并提高通信的质量和安全性。WebRTC技术正是针对这些问题而开发的一种新型实时音视频通信技术，可以有效地解决传统音视频通信技术的缺点。

发明内容

本发明目的在于提供基于WebRTC技术的实时视频通信系统，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，需要开发一种新的实时音视频通信技术，以满足实时通信的需求，并提高通信的质量和安全性。WebRTC技术正是针对这些问题而开发的一种新型实时音视频通信技术，可以有效地解决传统音视频通信技术的缺点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

基于WebRTC技术的实时视频通信系统，包括客户端部分和服务器部分；

所述客户端部分包括音视频采集模块、音视频编码模块、传输模块、音视频解码模块、播放模块；其中，所述音视频采集模块、音视频编码模块、传输模块、音视频解码模块、播放模块依次连接；

所述音视频采集模块用于从设备摄像头和麦克风中采集音视频信号；

所述音视频编码模块用于将采集到的音视频信号编码为预设格式的数据包；

所述传输模块用于将编码后的数据包传输到服务器部分或其他客户端部分；

所述音视频解码模块用于将接收到的数据包解码为原始音视频信号；

所述播放模块用于将解码后的音视频信号播放出来；

所述服务器部分包括信令服务器、STUN服务器、TURN服务器；

所述信令服务器用于协调客户端之间的音视频传输，包括建立和关闭连接、传输控制、错误处理功能；

所述STUN服务器用于协助客户端之间的直接P2P连接；

所述TURN服务器用于在直接P2P连接无法建立时提供转发服务，以保证音视频数据的传输和质量。

进一步的，还包括采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块、播放输入检测模块；其中，

所述采集输出检测模块用于检测音视频采集模块的输出端是否存在输出信号；

所述编码输入检测模块用于检测音视频编码模块的输入端是否存在输入信号；

所述编码输出检测模块用于检测音视频编码模块的输出端是否存在输出信号；

所述传输输入检测模块用于检测传输模块的输入端是否存在输入信号；

所述传输输出检测模块用于检测传输模块的输出端是否存在输出信号；

所述解码输入检测模块用于检测音视频解码模块的输入端是否存在输入信号；

所述解码输出检测模块用于检测音视频解码模块的输出端是否存在输出信号；

所述播放输入检测模块用于检测播放模块的输入端是否存在输入信号。

进一步的，所述采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块处于常闭状态；所述播放输入检测模块处于常开状态；

当所述播放输入检测模块检测到播放模块的输入端不存在输入信号时，所述解码输出检测模块开启，若解码输出检测模块检测到音视频解码模块的输出端存在输出信号，则判定音视频解码模块、播放模块之间的数据传输中断故障，否则，所述解码输入检测模块开启；

当所述解码输入检测模块检测到音视频解码模块的输入端存在输入信号时，判定音视频解码模块故障，否则，所述传输输出检测模块开启；

当所述传输输出检测模块检测到传输模块的输出端存在输出信号时，判定传输模块、音视频解码模块之间的数据传输中断故障，否则，所述传输输入检测模块开启；

当所述传输输入检测模块检测到传输模块的输入端存在输入信号时，判定传输模块故障，否则，所述编码输出检测模块开启；

当所述编码输出检测模块检测到音视频编码模块的输出端存在输出信号时，判定所述音视频编码模块、传输模块之间的数据传输中断故障，否则，所述编码输入检测模块开启；

当所述编码输入检测模块检测到音视频编码模块的输入端存在输入信号时，判定所述音视频编码模块故障，否则，所述采集输出检测模块开启；

当所述采集输出检测模块检测到音视频采集模块的输出端存在输出信号时，判定所述音视频采集模块、音视频编码模块之间的数据传输中断故障，否则，判定音视频采集模块故障。

基于WebRTC技术的实时视频通信方法，包括以下步骤：

客户端启动并连接到服务器：

在启动客户端后，用户需要打开本地音视频通信应用程序，并通过网络连接到服务器；此时，客户端会向服务器发送连接请求，并进行身份验证，以保证只有合法用户才能使用该应用程序；

客户端进行身份验证和信令交换，建立连接：

在客户端通过身份验证后，服务器会为其分配一个唯一的标识符，并通过信令交换协议与客户端进行通信，以协调音视频通信的各项操作；信令交换包括建立连接、传输控制、错误处理功能；

客户端之间建立P2P连接或通过TURN服务器进行转发连接：

在客户端之间进行音视频通信时，如果能够建立直接P2P连接，则可通过连接直接传输音视频数据；客户端之间无法建立直接P2P连接时，需通过TURN服务器进行转发连接，以保证音视频数据的传输和质量；

客户端进行音视频采集、编码和传输：

在音视频通信过程中，客户端从摄像头和麦克风中采集音视频信号，并将其编码为预设格式的数据包；然后，客户端通过网络将编码后的数据包传输到其他客户端或服务器，以保证音视频数据的传输和完整性；

客户端之间进行音视频解码和播放：

在接收到其他客户端或服务器传输的音视频数据包后，客户端需要将其解码为原始音视频信号，并将其播放出来；用户听到对方的声音、看到对方的画面，以实现实时音视频通信。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案其中一个有益效果在于，实现低延迟、高质量的音视频通信；本技术方案采用WebRTC技术，能够实现低延迟、高质量的音视频通信。与传统的音视频通信技术相比，WebRTC具有更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的网络适应性。这样，用户可以获得更加流畅、清晰、稳定的音视频通信体验。具有良好的兼容性和可移植性；本技术方案采用的WebRTC技术是基于Web标准的开放式技术，具有良好的兼容性和可移植性。无论是在桌面端还是移动端，都可以使用WebRTC技术实现音视频通信。同时，WebRTC技术还可以与其他Web技术进行集成，以实现更加丰富的应用场景。提供安全、可靠的音视频通信服务；本技术方案提供了安全、可靠的音视频通信服务。WebRTC技术采用端到端的加密机制，保证了音视频通信的安全性。同时，WebRTC技术还可以通过选择最佳路径、提供弱网络环境下的故障恢复机制等方式，提高音视频通信的可靠性和稳定性。简化音视频通信的开发和部署；本技术方案采用的WebRTC技术是基于Web标准的开放式技术，具有良好的开发和部署性。开发人员可以使用WebRTC提供的API和工具，快速开发出符合需求的音视频通信应用程序，并进行部署和维护。同时，WebRTC技术还可以与其他Web技术进行集成，实现更加丰富的应用场景，提高开发效率和用户体验。

附图说明

图1为本发明中一个具体实施方式的系统优化结构的运行原理示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

提供基于WebRTC技术的实时视频通信系统，包括客户端部分和服务器部分；

所述客户端部分包括音视频采集模块、音视频编码模块、传输模块、音视频解码模块、播放模块；其中，所述音视频采集模块、音视频编码模块、传输模块、音视频解码模块、播放模块依次连接；

所述音视频采集模块用于从设备摄像头和麦克风中采集音视频信号；

所述音视频编码模块用于将采集到的音视频信号编码为预设格式的数据包；

所述传输模块用于将编码后的数据包传输到服务器部分或其他客户端部分；

所述音视频解码模块用于将接收到的数据包解码为原始音视频信号；

所述播放模块用于将解码后的音视频信号播放出来；

所述服务器部分包括信令服务器、STUN服务器、TURN服务器；

所述信令服务器用于协调客户端之间的音视频传输，包括建立和关闭连接、传输控制、错误处理功能；

所述STUN服务器用于协助客户端之间的直接P2P连接；

所述TURN服务器用于在直接P2P连接无法建立时提供转发服务，以保证音视频数据的传输和质量。

上述方案中，实现低延迟、高质量的音视频通信；本技术方案采用WebRTC技术，能够实现低延迟、高质量的音视频通信。与传统的音视频通信技术相比，WebRTC具有更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的网络适应性。这样，用户可以获得更加流畅、清晰、稳定的音视频通信体验。具有良好的兼容性和可移植性；本技术方案采用的WebRTC技术是基于Web标准的开放式技术，具有良好的兼容性和可移植性。无论是在桌面端还是移动端，都可以使用WebRTC技术实现音视频通信。同时，WebRTC技术还可以与其他Web技术进行集成，以实现更加丰富的应用场景。提供安全、可靠的音视频通信服务；本技术方案提供了安全、可靠的音视频通信服务。WebRTC技术采用端到端的加密机制，保证了音视频通信的安全性。同时，WebRTC技术还可以通过选择最佳路径、提供弱网络环境下的故障恢复机制等方式，提高音视频通信的可靠性和稳定性。简化音视频通信的开发和部署；本技术方案采用的WebRTC技术是基于Web标准的开放式技术，具有良好的开发和部署性。开发人员可以使用WebRTC提供的API和工具，快速开发出符合需求的音视频通信应用程序，并进行部署和维护。同时，WebRTC技术还可以与其他Web技术进行集成，实现更加丰富的应用场景，提高开发效率和用户体验。

进一步的，还包括采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块、播放输入检测模块；其中，

所述采集输出检测模块用于检测音视频采集模块的输出端是否存在输出信号；

所述编码输入检测模块用于检测音视频编码模块的输入端是否存在输入信号；

所述编码输出检测模块用于检测音视频编码模块的输出端是否存在输出信号；

所述传输输入检测模块用于检测传输模块的输入端是否存在输入信号；

所述传输输出检测模块用于检测传输模块的输出端是否存在输出信号；

所述解码输入检测模块用于检测音视频解码模块的输入端是否存在输入信号；

所述解码输出检测模块用于检测音视频解码模块的输出端是否存在输出信号；

所述播放输入检测模块用于检测播放模块的输入端是否存在输入信号。

上述方案中，通过设计采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块、播放输入检测模块之间的配合方案，可实时监测客户端部分发生信号传输中断异常的情况，便于相关管理人员快速应急反应。

进一步的，如图1所示，所述采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块处于常闭状态；所述播放输入检测模块处于常开状态；

当所述播放输入检测模块检测到播放模块的输入端不存在输入信号时，所述解码输出检测模块开启，若解码输出检测模块检测到音视频解码模块的输出端存在输出信号，则判定音视频解码模块、播放模块之间的数据传输中断故障，否则，所述解码输入检测模块开启；

当所述解码输入检测模块检测到音视频解码模块的输入端存在输入信号时，判定音视频解码模块故障，否则，所述传输输出检测模块开启；

当所述传输输出检测模块检测到传输模块的输出端存在输出信号时，判定传输模块、音视频解码模块之间的数据传输中断故障，否则，所述传输输入检测模块开启；

当所述传输输入检测模块检测到传输模块的输入端存在输入信号时，判定传输模块故障，否则，所述编码输出检测模块开启；

当所述编码输出检测模块检测到音视频编码模块的输出端存在输出信号时，判定所述音视频编码模块、传输模块之间的数据传输中断故障，否则，所述编码输入检测模块开启；

当所述编码输入检测模块检测到音视频编码模块的输入端存在输入信号时，判定所述音视频编码模块故障，否则，所述采集输出检测模块开启；

当所述采集输出检测模块检测到音视频采集模块的输出端存在输出信号时，判定所述音视频采集模块、音视频编码模块之间的数据传输中断故障，否则，判定音视频采集模块故障。

上述方案中，通过采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块、播放输入检测模块之间的有序配合启动，可避免多个检测模块长时间处于无效动作状态，降低系统整体能耗；并且，实现以各个检测模块最少运行次数下完成异常故障精确定位，低功耗的基础上还极大程度上帮助相关管理人员快速采取应急措施。

基于WebRTC技术的实时视频通信方法，包括以下步骤：

客户端启动并连接到服务器：

在启动客户端后，用户需要打开本地音视频通信应用程序，并通过网络连接到服务器；此时，客户端会向服务器发送连接请求，并进行身份验证，以保证只有合法用户才能使用该应用程序；

客户端进行身份验证和信令交换，建立连接：

在客户端通过身份验证后，服务器会为其分配一个唯一的标识符，并通过信令交换协议与客户端进行通信，以协调音视频通信的各项操作；信令交换包括建立连接、传输控制、错误处理功能；

客户端之间建立P2P连接或通过TURN服务器进行转发连接：

在客户端之间进行音视频通信时，如果能够建立直接P2P连接，则可通过连接直接传输音视频数据；客户端之间无法建立直接P2P连接时，需通过TURN服务器进行转发连接，以保证音视频数据的传输和质量；

以下是转发连接的详细描述：

客户端发起连接请求

当客户端A无法直接与客户端B建立P2P连接时，客户端A会向TURN服务器发送连接请求。

TURN服务器接收连接请求

TURN服务器接收到客户端A的连接请求后，会为其分配一个公共IP地址和端口号。这个公共地址和端口号将充当中转通道，用于转发客户端A和客户端B之间的数据。

客户端B获取中转通道信息

TURN服务器将分配给客户端A的中转通道信息发送回客户端A。客户端A将这些信息传递给客户端B，以便客户端B能够连接到中转通道。

客户端B连接到中转通道

客户端B使用客户端A提供的中转通道信息，向TURN服务器发起连接请求。TURN服务器验证该请求，并为客户端B分配一个公共IP地址和端口号，作为客户端B与中转通道的连接点。

数据传输通过中转通道

一旦客户端A和客户端B都连接到中转通道，它们可以开始通过TURN服务器进行数据传输。数据从客户端A发送到TURN服务器，然后通过中转通道转发给客户端B。

中转通道的持续维护

TURN服务器会持续监控中转通道的状态，并确保数据传输的可靠性和稳定性。如果其中一个客户端的连接断开，TURN服务器将尝试重新建立连接，以保持数据传输的连续性。

客户端进行音视频采集、编码和传输：

在音视频通信过程中，客户端从摄像头和麦克风中采集音视频信号，并将其编码为特定格式的数据包；然后，客户端通过网络将编码后的数据包传输到其他客户端或服务器，以保证音视频数据的传输和完整性；

音视频采集：

客户端通过麦克风和摄像头进行音视频采集。麦克风用于捕捉音频，摄像头用于捕捉视频。通过操作系统或相关的API，客户端可以获取来自麦克风和摄像头的原始音视频数据。

音视频编码：

原始音视频数据通常非常庞大，需要进行编码以减小数据的大小并提高传输效率。客户端使用音视频编码器对原始数据进行压缩和编码，将其转换为压缩格式，如H.264（视频）和Opus（音频）。编码后的数据包含了压缩后的音视频流。

数据封装和打包：

编码后的音视频数据需要进行封装和打包，以便进行传输。客户端将音频数据和视频数据封装到媒体容器格式中，如WebM或MP4。此过程还可以包括添加必要的元数据、时间戳和同步信号等，以确保接收端可以正确解析和播放音视频数据。

传输和网络传输协议：

客户端通过网络将封装后的音视频数据发送给对方。在WebRTC中，常用的传输协议是实时传输协议（Real-Time Transport Protocol，简称RTP）。RTP提供了音视频数据的分包、传输和恢复功能，并通过用户数据报协议（User Datagram Protocol，简称UDP）或传输控制协议（Transmission Control Protocol，简称TCP）进行网络传输。

数据传输和接收：

接收端客户端接收来自发送端的音视频数据。它通过网络接收数据包，并进行解包和解析，还原出音频和视频的压缩数据。

客户端之间进行音视频解码和播放：

在接收到其他客户端或服务器传输的音视频数据包后，客户端需要将其解码为原始音视频信号，并将其播放出来；用户听到对方的声音、看到对方的画面，以实现实时音视频通信。

解码和渲染：

接收端客户端使用音视频解码器对接收到的音视频数据进行解码。解码器将压缩数据解码为原始的音频和视频数据。解码后的数据传递给音频和视频渲染器，通过扬声器播放音频和显示器显示视频。

同步和播放：

接收端客户端对解码后的音频和视频数据进行同步处理，确保音视频的时序和同步。音频和视频的同步以及播放控制由客户端应用程序或播放器负责。

上述方案中，使用WebRTC技术建立点对点连接，可以实现低延迟、高质量的音视频通信；支持视频编解码、数据加密和传输控制等功能，提高音视频数据传输的稳定性和安全性；支持录制视频和实时视频流分发等功能，满足不同用户的需求。本发明适用于各种需要实现实时音视频通信的场合，例如在线教育、远程会议、视频直播等。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.基于WebRTC技术的实时视频通信系统，其特征在于，包括客户端部分和服务器部分；

所述客户端部分包括音视频采集模块、音视频编码模块、传输模块、音视频解码模块、播放模块；其中，所述音视频采集模块、音视频编码模块、传输模块、音视频解码模块、播放模块依次连接；

所述音视频采集模块用于从设备摄像头和麦克风中采集音视频信号；

所述音视频编码模块用于将采集到的音视频信号编码为预设格式的数据包；

所述传输模块用于将编码后的数据包传输到服务器部分或其他客户端部分；

所述音视频解码模块用于将接收到的数据包解码为原始音视频信号；

所述播放模块用于将解码后的音视频信号播放出来；

所述服务器部分包括信令服务器、STUN服务器、TURN服务器；

所述信令服务器用于协调客户端之间的音视频传输，包括建立和关闭连接、传输控制、错误处理功能；

所述STUN服务器用于协助客户端之间的直接P2P连接；

所述TURN服务器用于在直接P2P连接无法建立时提供转发服务，以保证音视频数据的传输和质量。

2.如权利要求1所述的基于WebRTC技术的实时视频通信系统，其特征在于，还包括采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块、播放输入检测模块；其中，

所述采集输出检测模块用于检测音视频采集模块的输出端是否存在输出信号；

所述编码输入检测模块用于检测音视频编码模块的输入端是否存在输入信号；

所述编码输出检测模块用于检测音视频编码模块的输出端是否存在输出信号；

所述传输输入检测模块用于检测传输模块的输入端是否存在输入信号；

所述传输输出检测模块用于检测传输模块的输出端是否存在输出信号；

所述解码输入检测模块用于检测音视频解码模块的输入端是否存在输入信号；

所述解码输出检测模块用于检测音视频解码模块的输出端是否存在输出信号；

所述播放输入检测模块用于检测播放模块的输入端是否存在输入信号。

3.如权利要求2所述的基于WebRTC技术的实时视频通信系统，其特征在于，所述采集输出检测模块、编码输入检测模块、编码输出检测模块、传输输入检测模块、传输输出检测模块、解码输入检测模块、解码输出检测模块处于常闭状态；所述播放输入检测模块处于常开状态；

当所述播放输入检测模块检测到播放模块的输入端不存在输入信号时，所述解码输出检测模块开启，若解码输出检测模块检测到音视频解码模块的输出端存在输出信号，则判定音视频解码模块、播放模块之间的数据传输中断故障，否则，所述解码输入检测模块开启；

当所述解码输入检测模块检测到音视频解码模块的输入端存在输入信号时，判定音视频解码模块故障，否则，所述传输输出检测模块开启；

当所述传输输出检测模块检测到传输模块的输出端存在输出信号时，判定传输模块、音视频解码模块之间的数据传输中断故障，否则，所述传输输入检测模块开启；

当所述传输输入检测模块检测到传输模块的输入端存在输入信号时，判定传输模块故障，否则，所述编码输出检测模块开启；

当所述编码输出检测模块检测到音视频编码模块的输出端存在输出信号时，判定所述音视频编码模块、传输模块之间的数据传输中断故障，否则，所述编码输入检测模块开启；

当所述编码输入检测模块检测到音视频编码模块的输入端存在输入信号时，判定所述音视频编码模块故障，否则，所述采集输出检测模块开启；

当所述采集输出检测模块检测到音视频采集模块的输出端存在输出信号时，判定所述音视频采集模块、音视频编码模块之间的数据传输中断故障，否则，判定音视频采集模块故障。