張智，熊禹

（武漢科技大學計算機科學與技術學院，武漢 430068）

0 引言

傳統(tǒng)的音視頻即時通訊類軟件如QQ、微信以及Skype等，雖憑借助大廠的技術實力可以為我們保證視頻通訊的質(zhì)量和效率，但這些大多不是基于網(wǎng)頁的，而且需要有特定的客戶端軟件支持。在WebRTC技術出現(xiàn)以前，要在瀏覽器上實現(xiàn)點對點視頻通訊是很耗時耗力的復雜的工程，其中不僅涉及到復雜的視頻編解碼問題，同時還有通信協(xié)議、回聲消除、去噪等復雜性很高的專業(yè)性難題，更重要的是不同瀏覽器對協(xié)議支持的不統(tǒng)一，要實現(xiàn)跨瀏覽器之間的視頻通訊難上加難。

WebRTC作為Google的一個開源實時通信項目，已經(jīng)成為下一代視頻通話的標準，在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛的支持和應用。WebRTC使用統(tǒng)一簡單的接口處理那些復雜的通信過程，底層的細節(jié)如編解碼、視頻質(zhì)量、去噪、回聲消除等就可以直接交由瀏覽器廠商和Google統(tǒng)一解決，而開發(fā)者在瀏覽器上實現(xiàn)點對點視頻通訊的功能將和調(diào)用庫函數(shù)一樣簡單，這樣開發(fā)者將更專注于系統(tǒng)的業(yè)務邏輯。

1 WebRTC主要運行機制

1.1 從攝像頭獲取視頻流

WebRTC調(diào)用攝像頭過程如圖1所示。

圖1 WebRTC調(diào)用攝像頭過程

調(diào) 用 的核心 方 法：navigator.getUserMedia（con?straints,successCallback,errorCallback）;其中 constraints參數(shù)允許用戶規(guī)定獲取哪種媒體資源，其參數(shù)配置如var constraints={audio:true,video:true};

如果getUserMedia（）方法調(diào)用成功，那么從攝像頭獲取的視頻流將作為video元素的源，調(diào)用成功會觸發(fā)相應的回調(diào)函數(shù)：function successCallback（stream）{…}

1.2 從RTCPeerConnection下獲取視頻流

RTCPeerConnection接口代表一個由本地計算機到遠端的WebRTC連接。該接口提供了創(chuàng)建，保持，監(jiān)控，關閉連接的方法，是一個用于請求WebRTC的多媒體視頻、音頻通訊以及數(shù)據(jù)交換的API，它在不同的瀏覽器中有不同的實現(xiàn)方式。

一個基本的RTCPeerConnection使用需要協(xié)調(diào)本地機器以及遠端機器的連接，它可以通過在兩臺機器間生成Session Description的數(shù)據(jù)交換協(xié)議來實現(xiàn)。呼叫方發(fā)送一個offer（請求），被呼叫方發(fā)出一個answer（應答）來回答請求。雙方-呼叫方以及被呼叫方，最開始的時候都要建立它們各自的RTCPeerConnection對象。

1.3 使用RTCDataChannel來交換數(shù)據(jù)

RTCDataChannel接口代表在兩者之間建立了一個雙向數(shù)據(jù)通道的連接。RTCDataChannel API支持靈活的數(shù)據(jù)類型，并且支持JavaScript中的二進制類型如Blob、ArrayBuffer和ArrayBufferView，另外還支持字符串。這些類型對于文件傳輸和多玩家的游戲來說意義重大。

RTCDataChannel在不可靠模式（類似于UDP）或可靠模式（類似于TCP）下都能夠正常工作，在不會丟包的情況下，這兩種模式的效率差不多。然而，在可靠模式下，丟包將造成后續(xù)的所有包阻塞，丟失的數(shù)據(jù)包也將重傳直至其成功到達。當然，可以在同一個應用中使用多個數(shù)據(jù)通道，每一個有自己的可靠性。

1.4 其他機制

盡管WebRTC允許點對點的通信，但它依然需要服務器：

●信令傳輸：建立點對點的連接需要傳輸一些媒體和網(wǎng)絡相關的元數(shù)據(jù)信息，需要通過服務器。

●NAT和防火墻穿透：可以使用STUN服務以及TURN服務器。

2 實時在線教學系統(tǒng)的設計

2.1 系統(tǒng)功能模塊設計

本系統(tǒng)主要分為實時視頻教學，教學桌面共享，教學資源管理，教學統(tǒng)計與分析以及系統(tǒng)后臺管理等5大功能模塊。具體的功能如下：

（1）實時視頻教學

能創(chuàng)建視頻教學房間、加入/退出視頻教學房間、視頻教學評價與留言等。

（2）桌面教學共享

能創(chuàng)建共享桌面教學房間、加入/退出共享桌面教學房間、共享桌面教學房間評價與留言等。

（3）教學資源管理

主要是教學資源資料在線分享，如文檔上傳、文檔分類、文檔點贊、評價等功能。

（4）統(tǒng)計與分析

主要有教學資源統(tǒng)計分析，教師評價統(tǒng)計分析，在線教學課堂統(tǒng)計分析等，包括如文檔查看量、文檔下載量、文檔點贊量、文檔收藏量、教師受訪量、教師評星打分、在線視頻課堂評分、最佳排名等功能。

（5）后臺管理

主要有學生管理、教師管理，班級管理，文檔資源類別管理，文檔操作記錄管理等，包括如文檔收藏記錄、文檔查看記錄、文檔評星記錄、文檔下載記錄、文檔點贊記錄、課堂留言管理等功能。

2.2 數(shù)據(jù)表設計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)表清單如表1所示，以WebRTCAudio VideoClassRoomItem表作為示例，其結構如表2.2所示。

表1 數(shù)據(jù)表清單

表2 WebRTCAudioVideoClassRoomItem表

3 實時在線教學系統(tǒng)的實現(xiàn)

本系統(tǒng)是一個Java Web項目，嵌入了單獨的We?bRTC服務程序。因此需要部署兩套應用，首先打包Web項目發(fā)布到Web服務器的Tomcat中，同時還需要將WebRTC服務搭建起來。WebRTC服務器端使用Node.js搭建，并直接以鏈接的形式連接到Web項目中，由于WebRTC視頻通訊系統(tǒng)還需要處理復雜的外網(wǎng)環(huán)境，此時需要自行搭建WebRTC的信令服務器，信令服務器也是使用Node.js搭建。

系統(tǒng)實現(xiàn)的如實時視頻教學，教學桌面共享，教學統(tǒng)計與分析等模塊分別如圖1-4所示。

圖1 實時視頻教學

圖2 視頻教學PC端

圖3 教學桌面共享

圖4 教學統(tǒng)計與分析

4 結語

本文利用WebRTC技術，設計并實現(xiàn)了一個實時在線教學系統(tǒng)，主要實現(xiàn)了實時視頻教學，教學桌面共享，教學資源管理，教學統(tǒng)計與分析以及系統(tǒng)后臺管理等功能。實踐證明WebRTC技術可以成為在線教學的一種有效的即時通訊手段，可以讓在線教學系統(tǒng)的服務更上一個臺階，更好地服務于我們的學生，讓廣大學生通過瀏覽器能便捷地接觸到更優(yōu)質(zhì)的在線教學資源。

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