文章導讀：本節內容如標題——“初識webrtc”，我將從這三個問題展開本節的內容：第一、 看看我們身邊音視頻應用的場景；第二、開發一個完整的的實時音視頻應用需要解決哪些技術問題；第三、webrtc是如何解決復雜的音視頻技術問題。
本書目錄
正文開始。
問題一、身邊的音視頻應用場景。
談到實時音視頻應用的市場需求情況，在前面的章節中也講到過，暫且不提知名的通信應用如Wechat（微信），QQ，Skype，當然，這些應用都是重度依賴實時音視頻通信技術的。接下來我要分析的這兩個應用是工程場景中的實時音視頻應用。
第一個——在線問診醫療系統。我在編寫本文的內容時，正是“新型冠狀病毒”爆發的高峰，每天看着新確診患者人數不斷上升，新死亡患者的數量也不斷增加，身為新一代的“IT 工作者”，我坐立不安，嘆自身能力的渺小，無法沖鋒陷陣。“激動”之余，冷靜思考，雖我不能同廣大的醫護人員一樣獻身前線，但我可以從自身做起，利用自身的技術知識和經驗，為這場“戰役”所需的IT技術貢獻一份綿薄之力。
在疫情抗戰中，第一個實時音視頻應用的典型場景——“在線問診醫療系統”被推到大眾的“視野焦點”，醫生和患者通過智能設備，如手機，平板電腦，個人電腦在線實時溝通，做到了低延時，高可靠的在線交流，提高了治療防疫的效率；同時也很大程度上阻止了疫情的傳播。這一切就如玄幻世界里的魔法棒，開啟時空之門，明明遠在天邊，卻可近在咫尺。回到現實，實時音視頻通信技術撐起了最關鍵的卡點。
第二個——“遠程辦公系統”。這類系統很早就有了，但一直沒有“大火”，疫情的爆發直接導致多家企業無法正常運營，遠程辦公系統借勢上位，仿佛一夜之間，互聯網變得熱鬧非凡，大家都在線上辦公。大廠研發的辦公軟件如釘釘、企業微信一度變成了熱門工具，在線面試，在線客服，在線培訓，在線會議應用等瞬間變成了時代眷顧的寵兒，共同造就了這個五彩繽紛的在線世界。互聯網之中，疫情又如何，擋不住我華夏子孫的勤勞刻苦、創造價值。回到現實，實時音視頻通信技術撐起了最關鍵的卡點。
事物在發展，技術在進步，機遇在到來，未來服務型的產品將會越來越具有互動性，越來越依賴實時通信技術，實時音視頻通信技術將會成為web技術體系中不可缺少的部分。
2019年，我們度過了一個充滿坎坷的一年；換一個視角，我們也經歷了一個科技進步的一年。2019年是5G技術的元年，相比4G高了幾十倍甚至更高的傳輸速度，帶來了更快、更高的網絡通信效率。我不知道會有哪些技術會順勢而生，但我知道，在即時通信領域里的實時音視頻應用中必定如雨后春筍，各類應用及類需求拔地而起。5G 就是實時音視頻的沃土，滋養這一切變得生機勃勃，在這片沃土中耕耘的人們充滿了機遇、希望與未來。我們必應順應時代，從點看面，把握先機，把握未來。
問題二、開發一個完整的實時音視頻應用需要解決哪些技術問題。
讀完這個問題，揭開“天涯咫尺”魔法背后的技術問題。 先來看一張圖，如1.2.1所示。先聲明下，考慮到大部分讀者的情況，下圖1.2.1中僅大體列出核心技術細節流程，真實的技術環節更為復雜。
圖 1.2.1 音視頻通信簡要流程圖
從上圖可以分析到，開發一套完整的音視頻應用需要考慮的技術問題：音視頻流媒體數據的采集、數據處理（如聲音的降噪、回聲消除、增益控制）、編碼、網絡傳輸、解碼、 再次數據處理，播放。細節挺多，總體來講，整個過程比較繁瑣，不誇張的說，任何一個環節都可以單獨提出來成為一個項目來運作，比如網絡傳輸，涉及技術細節有傳輸延時，網絡抖動，丟包處理，p2p傳輸，NAT打洞 ...... ；再比如視頻編解碼，主流的編解碼器如H.264 AVC、 H.265 HEVC、 VP8、 VP9，單獨的一個編解碼器就是一個項目，在音視頻應用中起到不可替代的作用。在這里插一個題外話，可能有小伙伴不知道視頻/音頻的編解碼有什么用，在這里先普及下基本常識， 程序從硬件設備中如攝像頭，麥克風采集到的原始的音視頻數據非常龐大，不便於在網絡中傳輸和磁盤數據存儲，於是編解碼器應運而生，編碼器對原始的音視頻數據進行了有規則的壓縮處理，在不影響體驗效果的情況下降低數據量；而解碼器則是把壓縮的數據進行還原，方便播放，不同的編解碼算法，編解碼質量不同，速度也不同。
如此復雜的一個技術體系不是一般的公司或者個人能獨立完成的，2011年之前，開發音視頻應用的代價很昂貴，技術問題復雜不說，成熟的解決方案並非免費；基於此類解決方案開發出來的應用，用戶的體驗也不好，如在web中則需要依賴各種插件。知名應用如QQ，Yahoo,IBM，SKYPE也在使用GIPS。由此看來，一面方面，自家研發實時音視頻技術的成本高；另外一方面，GIPS的技術確實可靠。
了解音視頻的通信流程之后，接下來我們來看看webrtc是如何解決這些技術問題。這里需要申明，使用第三方SDK的情況不在本書的討論范圍中，本書的重點是在沒有第三方SDK的幫助下，依靠開源的webrtc技術來解決問題。
問題三、webrtc如何解決復雜的音視頻通信中的技術問題。
你可以先體驗下webrtc的demo，在線地址：https://appr.tc/。
2011年webrtc誕生 。初期的webrtc除了谷歌自家的瀏覽器Chrome之外，其他瀏覽器廠商並未支持，特別是微軟更是不屑一顧。直到六年之后，WebRTC加入W3C家族，逐漸成為web的規范，截止2020年，在PC端，主流瀏覽器Chrome、Safari、Edge...... ；移動端，如Android、IOS、IoT（物聯網）等均已支持。 目前市面上只要涉及實時音視頻通信的應用，其技術解決方案9大部分是基於webrtc技術。webrtc是當下，更是未來。
webrtc的誕生解決了音視頻應用中復雜的技術問題，開發者可以其規范快速開發出安全可靠的實時音視頻應用。項目開發時，開發者只需關心上層API的調用，底層的復雜的技術均由webrtc的各種模塊來解決，如網絡傳輸功能，開發者只需要將采集到數據流添加到連接對象中，webrtc會自動選擇最優的傳輸路徑完成數據傳輸；再如音視頻數據采集功能，開發者只需要調用簡單的API即可完成流數據的采集。
在應用層，webrtc對開發者非常友好，那么webrtc是如何解決這么龐大的工程問題呢？這還要歸功於其優秀的架構設計，如下圖1.2.2 所示。注意，本節暫還不細講架構的各個組成部，在這里先讓各位讀者感受一下webrtc技術分層，另外，webrtc的完整源碼比較大，初學者我不建議直接下載源碼編譯或者學習。
圖 1.2.2 webrtc 架構圖
由上圖可以看出，webrtc的架構可以大致分為5層。最上層（應用層）——Web API是本書講解的重點， Web API層主要是以瀏覽器環境為主，基於JavaScript API的應用開發； 下層（核心層）分為四個子層，其中如上圖紅框所標注的部分是第三子核心層——引擎層，該層中分為三大模塊，分別是音頻引擎模塊，視頻引擎模塊，傳輸控制模塊；如此的模塊設計使得webrtc的音頻、視頻、網絡傳輸分而治之，業務邏輯清晰。其他層的介紹詳見下一節。
受益於webrtc的架構，我們開發音視頻應用時就簡單多了。再來參照下圖1.2.3，分析webrtch是如何解決這些技術問題的。
圖 1.2.3 （同圖1.2.1）
圖1.2.3的流程如下：
step1： 音視頻采集。 總體技術細節需要考慮硬件設備（攝像頭、麥克風）的管理，以及如何從硬件設備中讀取流數據,webrtc在底層已經解決了，開發者只需要考慮如何調用這些API。
step2：一系列處理。總體技術很復雜，webrtc都給你實現了，開發者只需要簡單的配置參數。
step3：編碼。總體技術復雜，webrtc已經在底層處理。
step4：網絡傳輸。開發者需要了解網絡處理的流程，如信令服務，ICE框架（數據傳輸框架），P2P穿洞原理、中轉傳輸原理等，並且會使用相關的API。底層的實現交給webrtc。
step5：解碼。同step3。
step6：一系列處理。同step2。
step7：音視頻播放。在web環境中，主要是基於H5的音視頻播放規范，如video標簽、audio標簽。開發者只需要用即可，無需自己實現。
最終基於webrtc實現出來的軟件的架構如下圖1.2.4所示。
圖 1.2.4
在圖1.2.4中，音視頻通信軟件以網頁應用的形式在瀏覽器中運行，中間經過服務器（信令服務器、TURN服務器，后續重點講解）的“搭橋牽線”，實現了兩個端之間的p2p通信/中轉通信。這里在解釋下什么是P2P通信，普通的網絡通信需要經過服務端的中轉，即A、B兩人聊天需要一個“媒婆”來中轉消息，媒婆就是服務端，而P2P通信則無需服務端中轉，服務端僅需為通信雙方建立起通信鏈路即可，通信由A和B直接完成。中轉通信的好處是消息可達性高，幾乎到100%，但缺點是需要服務端中轉，增加通信成本，如果服務端繁忙會導致通信阻塞；p2p通信的好處是無需服務端中轉，通信成本低，速度快，缺點是可達性不高，在我國境內p2p通道建立的成功率不到50%。在webrtc的數據傳輸模塊中會自動優選通信路線，優先使用p2p鏈路通信，如果p2p不成功，再使用中轉通信，而建立P2P鏈路的過程就是我們俗稱的“打洞、穿洞、NAT穿越”。
上述中step1到step7描述的就是一次完整的音視頻傳輸的流程，描述偏理論，當然本章的目標就是幫你構建起基本的概念，第二章開始，我們會有代碼的演示，但本書的定位為核心技術講解，所以所涉及的代碼都是核心代碼，項目實戰，請訂閱本書的姊妹篇——《搞定WebRTC實時音視頻直播技術（項目實戰篇）》 ，書籍的相關信息請在我的個人微信公眾號“晨叔周刊”獲取。
最后，附上本書指定交流微信公眾號——“晨叔周刊”，一起討論吧。