WebRTC源码研究（1）：深入解析WebRTC架构设计

一、WebRTC架构的层次划分与核心模块

WebRTC的架构设计遵循”分层解耦”原则，将功能划分为应用层、API层、核心传输层和硬件适配层。这种分层设计使得开发者可以灵活替换底层实现（如硬件编码器），同时保持上层接口的稳定性。

1.1 应用层与API层

应用层通过PeerConnection API与WebRTC核心交互，该API由webrtc::PeerConnectionInterface抽象类定义，核心方法包括：

// webrtc/api/peer_connection_interface.h
class PeerConnectionInterface {
public:
    virtual void CreateOffer(CreateOfferObserver* observer, 
                           const RTCOfferAnswerOptions& options) = 0;
    virtual void CreateAnswer(CreateAnswerObserver* observer,
                            const RTCOfferAnswerOptions& options) = 0;
    virtual void SetLocalDescription(SetSessionDescriptionObserver* observer,
                                   SessionDescriptionInterface* desc) = 0;
};

API层通过PeerConnectionFactory类管理对象生命周期，其创建过程涉及线程模型初始化：

// webrtc/api/peer_connection_factory.cc
std::unique_ptr<PeerConnectionFactory> CreatePeerConnectionFactory(
    rtc::scoped_refptr<AudioDeviceModule> adm,
    rtc::scoped_refptr<VideoEncoderFactory> encoder_factory,
    rtc::scoped_refptr<VideoDecoderFactory> decoder_factory) {
    auto network_thread = rtc::Thread::CreateWithSocketServer();
    auto worker_thread = rtc::Thread::Create();
    auto signaling_thread = rtc::Thread::Current();
    // 初始化各模块...
}

1.2 核心传输层

传输层由P2PTransportChannel和DtlsTransport组成，实现SRTP加密和ICE连通性检测。ICE框架通过IceTransportInternal类管理候选地址收集：

// webrtc/p2p/base/ice_transport_internal.cc
void IceTransportInternal::GatherCandidates() {
    host_candidates_gatherer_->Start();
    stun_candidates_gatherer_->Start();
    relay_candidates_gatherer_->Start();
}

DTLS握手过程在DtlsTransport::StartDtls()中触发，使用OpenSSL实现密钥交换，其状态机通过DtlsTransportState枚举管理：

enum class DtlsTransportState {
    kNew,
    kConnecting,
    kConnected,
    kFailed,
    kClosed
};

1.3 音视频处理模块

视频处理流水线包含VideoSendStream和VideoReceiveStream，编码器配置通过VideoEncoderConfig结构体传递：

// webrtc/api/video/video_encoder_config.h
struct VideoEncoderConfig {
    VideoCodecType codec_type;
    int width;
    int height;
    int max_bitrate_bps;
    // 其他参数...
};

音频模块采用AudioState类管理3A处理（AEC、ANS、AGC），其缓冲机制通过AudioBuffer类实现：

// webrtc/modules/audio_processing/audio_buffer.h
class AudioBuffer {
public:
    void Interleave(const float* const* src, float* dest, size_t samples);
    void Deinterleave(const float* src, float** dest, size_t samples);
};

二、关键架构设计解析

2.1 线程模型优化

WebRTC采用专用线程处理不同任务：

• 网络线程：处理ICE/DTLS/SRTP协议
• 工作线程：执行编解码和3A处理
• 信号线程：处理API调用和回调

线程间通信通过rtc::MessageQueue实现，例如视频帧传输：

// webrtc/modules/video_coding/video_send_stream.cc
void VideoSendStream::OnReceivedIntraFrameRequest(uint32_t ssrc) {
    worker_thread_->PostTask(std::bind(&VideoSendStream::SendKeyFrame, this));
}

2.2 拥塞控制机制

GCC（Google Congestion Control）算法通过SendSideBandwidthEstimation类实现：

// webrtc/modules/congestion_controller/send_side_congestion_controller.cc
void SendSideBandwidthEstimation::UpdateBandwidthEstimate(
    const RtpReceivePacketHistories& histories,
    int64_t now_ms) {
    // 计算往返时间和丢包率
    float rtt = CalculateRtt(histories);
    float loss_rate = CalculateLossRate(histories);
    // 更新带宽估计
    bandwidth_estimate_ = UpdateEstimate(rtt, loss_rate);
}

2.3 硬件加速集成

视频编码器通过VideoEncoderFactory抽象硬件接口，以H.264为例：

// webrtc/modules/video_coding/codecs/h264/h264_encoder_impl.h
class H264EncoderImpl : public VideoEncoder {
public:
    int32_t InitEncode(const VideoCodec* config,
                      int32_t number_of_cores,
                      size_t max_payload_size) override;
    int32_t Encode(const VideoFrame& input_image,
                  const std::vector<VideoFrameType>* frame_types,
                  const CodecSpecificInfo* codec_specific_info,
                  std::vector<RtpFragment>* encoded_images) override;
};

三、源码级优化实践

3.1 自定义编解码器集成

开发者可通过实现VideoEncoder接口集成第三方编码器：

class CustomVideoEncoder : public webrtc::VideoEncoder {
public:
    int32_t InitEncode(const webrtc::VideoCodec* config,
                      int32_t number_of_cores,
                      size_t max_payload_size) override {
        // 初始化编码器参数
        return WEBRTC_VIDEO_CODEC_OK;
    }
    // 实现其他必要方法...
};

3.2 传输层性能调优

调整RtpTransportControllerSend中的参数可优化传输：

// webrtc/modules/rtp_rtcp/source/rtp_transport_controller_send.cc
void RtpTransportControllerSend::SetTargetBitrate(int target_bitrate_bps) {
    pacer_->SetPacketQueueTimeLimit(
        CalculatePacingDelay(target_bitrate_bps));
    bandwidth_estimator_->SetTargetBitrate(target_bitrate_bps);
}

3.3 调试与日志系统

WebRTC提供多级日志系统，通过RTC_LOG宏输出：

// webrtc/rtc_base/logging.h
#define RTC_LOG(LS_INFO) \
    rtc::LogMessage(__FILE__, __LINE__, rtc::LS_INFO).stream()
// 使用示例
RTC_LOG(LS_INFO) << "Current bandwidth estimate: " << bandwidth_estimate_;

四、架构演进趋势

最新版本（M114）引入以下改进：

1. WebTransport集成：通过WebTransportStream类支持QUIC传输
2. 机器学习降噪：新增NsNet模块实现AI降噪
3. SVC分层编码：增强VideoSender对空间可分层编码的支持

开发者可通过webrtc::Version接口检查版本特性：

// webrtc/rtc_base/system/rtc_export.h
const char* webrtc::Version() {
    return "114.0.0";
}

本文通过源码级分析揭示了WebRTC架构的设计哲学，开发者可基于这些原理进行二次开发或性能优化。实际项目中，建议从PeerConnectionFactory初始化开始逐步深入各模块实现，结合Chrome浏览器源码（位于third_party/webrtc目录）进行对比学习。