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java实现超低延迟 webrtc 直播

通过转化 RTSP/ RTMP 视频流为 webrtc 推送到云端，实现超低延迟的视频直播，涉及到许多计算机网络的知识，这里就不深入讲解，感兴趣的可以自行研究。

环境描述

软件环境

• JDK 1.8
• kurento
• RabbitMQ
• coturn

硬件环境

• 海康摄像头
• 腾讯/阿里云 centos7

定义、首字母缩写词和缩略词

• NAT (Network Address Translator)
• STUN (Simple Traversal of UDP Through NAT): NAT会话穿越应用程序
• TURN (Traversal Using Relays around NAT)
• ICE (Interactive Connectivity Establishment): 互动式连接建立

目标

摄像头连接局域网，服务器拉取摄像头 RTSP 流，通过广域网推送到流媒体服务器，浏览器实时播放摄像头影像。如果网络环境运行，实现 P2P 的视频传输。基于JAVA进行消息交互。

主要流程

sequenceDiagram
A - 信令服务: connect
B - 信令服务: connect
A - A: 创建 Offer
A - stun/turn: bing request
A - 信令服务: 发送 SDP Offer
信令服务 - B: 发送 SDP Offer
B - B: 创建 Answer
B - stun/turn: bing request
B - 信令服务: 发送 SDP Answer
信令服务 - A: 发送 SDP Answer
stun/turn - A: OnICECandidate
A - 信令服务: 发送 candidate
信令服务 - B: 发送 candidate
stun/turn - B: OnICECandidate
B - 信令服务: 发送 candidate
信令服务 - A: 发送 candidate
A ->> B: 音视频传输

信令服务器 – RabbitMQ

可以手动写一个 socket 服务进行SDP等消息交互，由于前端可以直接连接 MQ 服务，这里就直接使用 MQ 服务进行消息交互，不再手写信令服务，感兴趣的人可以自行手写 java 版的信令服务项目。

消息传输使用 RabbitMQ 中的 topic 模式进行消息传输。主要的消息类型

• start：开启视频流推送，传输 SDP （Answer/Offer）消息
• iceCandidate：获取
• heart：设备心跳消息
• stop：停止视频流推送
• reload：重载视频流
• list：获取摄像头列表

一方手机到所有候选者后，通过信令传给对方；同样，另一方收到候选者后，也做收集工作；当双方拿到全部列表后，将候选者进行配对

Kurento

kurento 已经完成 STUN/TURN 协议的交互，无需自己进行协议解析。

// todo

Coturn 搭建

• libevent 版本 2.1.12 (2021年2月14日)

• coturn 版本 3.2.5.9 (2021年2月14日)

安装所需依赖

$ yum install gcc -y
$ yum install openssl openssl-libs libevent2 libevent-devel 
# 如果libevent2安装失败
$ wget https://github.com/libevent/libevent/releases/download/release-2.1.12-stable/libevent-2.1.12-stable.tar.gz
$ tar xvfz libevent-2.1.12-stable.tar.gz
$ cd libevent-2.1.12-stable && ./configure make && make install && cd ..

安装 coturn

$ wget https://github.com/coturn/rfc5766-turn-server/archive/3.2.5.9.tar.gz
$ tar zxf 3.2.5.9.tar.gz
$ cd rfc5766-turn-server-3.2.5.9
$ ./configure && make && make install

配置

$ find / -name turnserver.conf
/usr/local/turnserver/etc/turnserver.conf
/usr/local/turnserver/share/examples/turnserver/etc/turnserver.conf
/root/coturn/turnserver-4.5.0.8/examples/etc/turnserver.conf
$ vim /usr/local/turnserver/etc/turnserver.conf
relay-device=eth0
listening-ip=172.17.0.13
listening-port=3478
tls-listening-port=5349
external-ip=121.*.*.153
relay-threads=50
lt-cred-mech
cert=/usr/local/turnserver/etc/webrtc.mufeng.info_chain.crt
pkey=/usr/local/turnserver/etc/webrtc.mufeng.info_key.key
pidfile="/var/run/turnserver.pid"
user=liurui:***
cli-password=qwerty
min-port=40000
max-port=60000
realm=webrtc.mufeng.info

部分参数说明

• external-ip：外网ip

• listening-ip：内网ip

测试工具

https://webrtc.github.io/samples/src/content/peerconnection/trickle-ice/

附页

NAT种类

1. 全锥型(Full Cone)

2. 受限锥型(Restricted Cone)， 或者说是IP受限锥型

3. 端口受限锥型(Port Restricted Cone), 或者说是IP + PORT受限锥型

4. 对称型(Symmetric)

NAT 穿透原理

STUN 试探每种组合进行打洞

ICE

candidate 类型

• 主机候选者（Host candidate）：本机所有 IP 和指定端口
• 反射候选者（Reflexive Candidate）：STUN/TURN
• 中继候选者（Relay Candidate）：TURN