[转载]WebRTC手记之WebRtcVideoEngine2模块 - 孤竹君 - 博客园

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终于讲到视频 数据的编码发送模块了,不容易。总体来说也看了不少时间WebRTC的源码了,最大的感触就是各个模块在开发的时候非常独立,每个模块都定义了自己的一套 接口,最后串起来的时候添加各种适配对象来转接。这给我们这些刚开始源码阅读的人带来非常大的苦恼,不过WebRTC的模块内的结构设计还是很不错的,不 然我也没有看下去的动力。

注意命 名,WebRtcVideoEngine2带了个2字,不用想,这肯定是个升级版本的VideoEngine,还有个WebRtcVideoEngine 类。从目前我的理解来看,WebRtcVideoEngine2比WebRtcVideoEngine改进之处在于将视频流一分为二:发送流 (WebRtcVideoSendStream)和接收流(WebRtcVideoReceiveStream),从而结构上更合理,源码更清晰。这个部 分等下会细说。在介绍WebRtcVideoEngine2之前,先简单地分析一下WebRTC的Media Engine结构,说实话,我真不会表达Engine是个怎样的概念,但既然这样命名,核心模块肯定是错不了的。结构很简单:

 

  • MediaEngineInterface:抽象Media Engine的逻辑接口,负责创建用于视频传输的VideoMediaChannel、用于音频传输的VoiceMediaChannel、注册音频数据处理接口等。
  • CompositeMediaEngine: 实现MediaEngineInterface接口,本身也是个模板类,两个模板参数分别是视频Engine和音频Engine。其派生类 WebRtcMediaEngine依赖的模板参数是WebRtcVoiceEngine和WebRtcVideoEngine,而用于Chromium 的WebRtcMediaEngine2则依赖WebRtcVoiceEngine和WebRtcVideoEngine2。

WebRtcVideoEngine2主要作用在于创建视频channel对象WebRtcVideoChannel2。结构如下:

当调用WebRtcVideoChannel2的AddSendStream方法时,会创建一个WebRtcVideoSendStream对象,同样,调用AddRecvStream成员方法,会创建一个WebRtcVideoReceiveStream对象。

当 外部调用WebRtcVideoChannel2的SetCapturer方法时,会转给WebRtcVideoSendStream来响 应,WebRtcVideoSendStream内部将InputFrame成员方法挂接VideoCapturer的SignalVideoFrame 信号来接收视频采集器传输过来的视频帧数据。

WebRtcVideoChannel2的AddSendStream和SetCapturer的调用时机这里暂时不考虑,这些涉及到网络连接,等每个节点的内容分析完后,再探讨整个流程。

如图所 示,WebRtcVideoSendStream和WebRtcVideoReceiveStream也只是个包装类,内部依赖Call接口创建对应的 VideoSendStream接口实现类和VideoReceiveStream接口实现类。在internal命名空间内,分别有一个Call类、 VideoSendStream类、VideoReceiveStream类来实现这三个接口,Call类创建关键的VideoEngine对象来管理视 频数据发送过程中的一系列处理逻辑。从代码结构上看,VideoEngine是一个相对独立的模块,它封装视频数据采集后的处理、编码等逻辑,下面仔细分 析一下VideoEngine的结构:

 

VideoEngine模块里有ViEBase、ViECodec、ViECapture、ViEImageProcess、ViENetwork、ViERender、ViERTP_RTCP、ViEExternalCodec接口,注意,这些都是功能性的 接口,它们相应的实现分别对应于上图中的XXXImpl类,VideoEngineImpl类从所有的XXXImpl接口派生,因此外部有了 VideoEngine接口,都可以通过强转的方式获取ViEBase、ViECapture等之类的接口(根据VideoEngine强转成相应的接口 的逻辑封装在目标接口的GetInterface静态方法中),外界可以通过这些接口来完成视频数据做相应的设置,而这些设置最终都反映到一个名叫 ViESharedData的类对象里。该对象由ViEBaseImpl创建并在各接口的实现之间共享,XXXImpl可以通过ViEBaseImpl的 shared_data方法来访问,用于共享的数据有三类:ViEInputManager、ViEChannelManager和 ViERenderManager。下面分别介绍一下这关键的三个对象。

  • ViEInputManager:封装了视频采集/输入逻辑(哈哈,又是一套视频输入逻辑),结构:

ViEInputManager 为每个通道分配一个ViECapturer对象来做为视频源,ViECapturer可以传入也可以自己创建一个VideoCaptureModule视 频采集模块,并通过VideoCaptureDataCallback接口从其接收数据,也可以直接通过ViEExternalCapture接口接收从 外部直接传入的视频帧数据(调用ViEExternalCapture接口的IncomingFrame方法)。VideoSendStream就是通过 ViEInputManager创建一个ViEExternalCapture对象来传入外界传来的视频帧数据(通过 WebRtcVideoSendStream的InputFrame传来)。这里要注意,ViEInputManager为创建的ViECapturer 对象分配一个capture_id,外界可以通过这个capture_id来操作其对应的ViECapturer。视频源传入逻辑已经明了,接下来分析一 下视频是怎么传出去的。无论通过哪种视频数据接收方法,ViECapturer都不会立即将数据传递出去,因为它内部需要对这些视频数据做相关的处理。数 据处理必然耗时,如果采用同步的方式,必将阻塞视频传入的流程。因此,在创建ViECapturer的时候,会启动一采集线程,该线程调用 ViECaptureProcess处理函数,在该处理函数里,先调用VideoProcessingModule对视频数据进行处理(灯光加亮、去闪 烁),如果在ViEImageProcessImpl里注册了ViEEffectFilter处理对象,这里也会调用该对象来处理视频帧数据,最后通过 DeliverFrame方法分发到注册进来的所有ViEFrameCallback接口。

  • ViEChannelManager:封装了视频编码和传输逻辑,这块结构比较复杂,总体如下:

ViEChannelManager 维护了ViEEncoder和ViEChannel对象,ViEEncoder实现了ViEFrameCallback接口从ViECapturer对象 中接收视频帧数据,ViEEncoder对接收到的视频帧数据进行编码,然后将编码后的数据传给ViEChannel(通过两者之间共享的 PayloadRouter对象),ViEChannel将编码后的视频数据通过RTP/RTCP协议发送出去。下面分别分析一下ViEEncoder和 ViEChannel。

    1) ViEEncoder类:封装了视频编码流程。

视 频编码由VideoCodingModule模块统一管理,视频帧传入接口是通过VideoCodingModule的的AddVideoFrame方 法,编码后的视频传出接口是借助VCMPacketizationCallback接口来回调。具体选取哪种视频编码的逻辑位于 VCMCodecDataBase类,当前支持VP8编码、VP9编码和视频格式到I420格式的转换。

2)ViEChannel类:封装了编码后的视频数据发送逻辑和视频数据接收解码逻辑。

视 频数据发送逻辑是通过PayloadRouter对象委托给RtpRtcp模块做RTP协议的封装,具体的网络发送操作还是回托给ViESender做数 据的网络发送操作。ViESender的逻辑相对简单,限于篇幅,图中无法做详细的标注。ViESender的发送操作依赖外部设置给它的 Transport接口(通过VideoEngine模块的ViENetwork接口来完成设置)。

当 WebRtcVideoChannel2接收到网路数据包后(通过OnPacketReceived或OnRtcpReceived方法响应),会在 VideoReceiveStream对象中通过VideoEngine模块暴露出去的ViENetwork接口来响应数据包处理,最终触发到 ViEChannel的ReceivedRTPPacket或ReceivedRTCPPacket方法。ViEChannel中将接收并解码网络视频数 据的任务分配给ViEReceiver对象。ViEReceiver先调用RTP/RTCP模块做协议的解析(图中限于篇幅未标注出来),解析完成后调用 VideoCodingModule模块进行数据的解码操作(参见ViEReceiver的OnReceivedPayloadData方 法),VideoCodingModule模块内部维护了一个与VideoSender对应的VideoReceiver来完成解码逻辑,这块与 VideoSender的编码逻辑完全对称,这里不再表述。

  • ViERenderManager:这个类封装了视频渲染逻辑,结构如下:

当 ViEChannel接收到网络数据解包并解码后,就会开启触发渲染流程(参见FrameToRender方法),ViEChannel会调用向其注册的 ViEFrameCallback接口来派发视频帧数据。ViERenderManager维护了一个ViERenderer对象来实现 ViEFrameCallback接口,它将数据进一步派发,最终通过ExternalRenderer接口派发给 WebRtcVideoChannel2的VideoReceiveStream对象。VideoReceiveStream通过VideoSource 设置进来的VideoRenderer接口将数据派发给VideoTrack,用户可以挂接VideoRendererInterface接口来接收视频 帧数据。真够绕的,而且那么多命名的相似性(比如VideoRender/VideoRenderer),感觉各模块开发期间,都实现了自己的一套接口规 范,最后强行串在一起了。

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