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【TypeScript】mediasoup+socket.ioによる通話を簡単に動かしてみる

Last updated at Posted at 2022-06-03

mediasoupをできるだけシンプルな構成で動かしてみる。

SFUとは？

webRTCにおける接続をサーバー経由で行うことで多人数通話の負荷を下げる仕組みのこと。

上記動画のサムネイルのように、送信方向の接続が1つだけで済むことになる。

これを実現するためにOSSで公開されているライブラリがmediasoup。

導入

ドキュメントを参照すること。なお、これの通り行っても自分の環境だとあるwindows1台では成功、別のwindows1台では失敗した。原因は不明。(代わりにubuntuでの導入を行った)

理解する必要のある概念

参考:

まず、サーバー(mediasoup)とクライアント(mediasoup-client)のそれぞれ出てくるオブジェクトを理解する必要がある。

サーバーサイド

  • Worker
    • C++のサブプロセスであり、どんなシーンでも一つは必要となる。
    • 以下のように作成する。
const worker = await createWorker();
  • Router
    • 複数の接続を作りだす、ルームのようなもの。
    • 以下のように作成する。
router = await worker.createRouter({ mediaCodecs });
  • Transport
    • Routerと繋げることによってメディアの転送を行う橋のようなもの。
    • 送信用で一本、受信用で一本。クライアント側と同じものを持つ
    • 以下のようにして作成する。
  const transport = await router.createWebRtcTransport({
    listenIps: [{ ip: '0.0.0.0', announcedIp: '192.168.0.110' }],
  });
  • Producer
    • produceとはメディアに送信することを指す。
    • クライアントと対応してProducerオブジェクトとして持つ。
    • transport上で作成する。
const producer = await transport.produce(parameters);
  • Consumer
    • consumeとはメディアに送信することを指す。
    • クライアントと対応してConsumerオブジェクトとして持つ。
    • transportで作成する。
  const consumer = await transport.consume({ producerId, rtpCapabilities });

クライアントサイド

  • Device
    • クライアント、ユーザーエージェントそのもの
    • 以下のように作成する。
const device = new mediasoupClient.Device();
  • Transport
    • サーバー側のTransportに対応して持つ。
    • 送信用で一本、受信用で一本。作成用の関数が異なる。
    • 以下のようにして作成する。
   const sendTransport = device.createSendTransport(params);
   const recvTransport = device.createRecvTransport(params);
  • Producer
    • サーバーと対応してProducerオブジェクトとして持つ。
const producer = await sendTransport.produce({ track });
  • Consumer
    • サーバーと対応してConsumerオブジェクトとして持つ。
    • transportで作成する。
const consumer = await recvTransport.consume(params);

実際に動かしてみよう

ソースコードは以下に公開した。

以下のような流れによって行うことができる。

大まかな流れ

  • サーバー側はworker、routerを作る
  • クライアント側はdeviceを作る
  • サーバー側でrouterRtpCapabilities(受信可能なメディアの形式などの情報)をクライアント側に渡し、クライアントはそれをdevicesに登録する
  • サーバー側はtransportを作成。そのid, iceParametersなどの情報をクライアント側に渡す。クライアントはその情報をもとに送信用、受信用のtransportを作る。
  • アプリが任意のtrackを取得し、transport.produce()でproducer()を作成する
    • この際に発火するイベントで情報をサーバー側に渡し、対応するproducerをサーバー側でも作る
  • 別のクライアントはそのproducerのidを指定してtransport.consume()を行う
    • サーバーは送信元のtransportに対してconsume()を行い、consumerのid等パラメータを返す
    • アプリは受け取った情報をもとに対応するconsumerを作成する。
    • consumerからtrackを取り出すことで再生できる

前準備: socket.ioでの通信

今回はsocket.ioでサーバーとの通信を行う。

クライアント側

app.js
import { io } from 'socket.io-client';
const socket = io('http://localhost:5000');

// サーバーへの送信用
const emitTo = (msg: any) => {
    socket.emit('message', msg);
}
socket.on('message', (message) => {
  // 必要な処理は以下の関数で行う
  getServerMessage();
});
app.js
// 受け取ったメッセージによって処理を分ける
const getServerMessage = (msg: any) => {
  if (msg.type == "rtpCapabilities") {
    return setCapabilities(msg);
  }
  if (msg.type == "transport") {
    return setTransport(msg);
  }
  if (msg.type == "produce") {
    return setProduce(msg);
  }
  if (msg.type == "consume") {
    return setConsume(msg);
  }
}

サーバー側

server.js
import { Server, Socket }  from 'socket.io';
import http from 'http';

const server: http.Server = http.createServer();
const io = new Server(server);
var port = 5000;
server.listen(port);

io.on('connection', (socket: Socket) => {
  // メッセージを受け取った時
  socket.on('message', (message) => {
    // 必要な処理は以下の関数で行う
    const res: any = await getClientMessage(msg);
    socket.emit("message", res);
  });
});
server.js
// 受け取ったメッセージによって処理を分ける
const getClientMessage = async(msg: any) => {
  if (msg.type == "rtpCapabilities") {
    return getCapabilities();
  }
  if (msg.type == "transport") {
    return get2Transports();
  }
  if (msg.type == "connect") {
    return getConnect(msg);
  }
  if (msg.type == "produce") {
    return getProduce(msg);
  }
  if (msg.type == "consume") {
    return getConsume(msg);
  }

クライアントの表示用ページを作っておく。自分のid表示、自分と相手のビデオ、通話相手のid入力欄と接続ボタンを用意しておく。

index.html
<!DOCTYPE html>
<body>
    <label>my producer id: </label>
    <input id="myProducerId"></div>
    <video id="localVideo" autoplay></video>
    <label><input type="text" id="callProducerId"></label>
    <button type="button" id="call">call</button>
    <video id="remoteVideo" autoplay></video>
    <script src="app/app.js" type="module"></script>
</body>
</html>

app.js内でこの5つのエレメントを読み込んでおく。

app.js
const localVideo = <HTMLVideoElement>document.getElementById("localVideo");
const remoteVideo = <HTMLVideoElement>document.getElementById("remoteVideo");
const myProducerId = <HTMLTextAreaElement>document.getElementById('myProducerId');
const producerId = <HTMLTextAreaElement>document.getElementById('callProducerId');
const callButton = <HTMLButtonElement>document.getElementById('call');

サーバー側準備: WorkerとRouterの作成

Workerオブジェクト、Routerオブジェクトを作成しておく。RouterにはmediaCodecsを指定する。

server.js
import { Router } from 'mediasoup/node/lib/Router';
import { Transport } from 'mediasoup/node/lib/Transport';
import { Producer } from 'mediasoup/node/lib/Producer';

let router: Router;

const initMediaSoupServer = async () => {
  const worker = await createWorker();
  const mediaCodecs = [
    {
      kind: 'audio',
      mimeType: 'audio/opus',
      clockRate: 48000,
      channels: 2,
    },
    {
      kind: 'video',
      mimeType: 'video/H264',
      clockRate: 90000,
      parameters: {
        'packetization-mode': 1,
        'profile-level-id': '42e01f',
        'level-asymmetry-allowed': 1,
      },
    },
  ];

  router = await worker.createRouter({ mediaCodecs });
}

initMediaSoupServer();

クライアント側準備: Deviceの作成

クライアント側でビデオからstreamを取得して、確認用に再生しておく。

Deviceオブジェクトを作成する。

app.js
import { Device } from "mediasoup-client";
import { Transport } from "mediasoup-client/lib/Transport";
let device: Device;
let stream: MediaStream;

const initMediaSoupClient = async () => {
  stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({
    video: true,
  });
  localVideo.srcObject = stream;
  device = new Device();

  emitTo({"type": "rtpCapabilities"});
}
initMediaSoupClient();

最後のemitTo()でサーバーにrtpCapabilitiesを要求し、接続処理を開始する。

サーバー→クライアント rtpCapabilitiesの取得

RouterのrtpCapabilitiesはrouter.rtpCapabilitiesで取得できる。

サーバー側はこの情報を返す。

server.js
const getCapabilities = () => {
  return { "type": "rtpCapabilities", "rtpCapabilities": router.rtpCapabilities };
}

クライアント側はこの情報を受け取り、設定する。

app.js
const setCapabilities = async (msg: any) => {
  const routerRtpCapabilities = msg.rtpCapabilities;
  device.load({ routerRtpCapabilities });
  emitTo({ "type": "transport" });
}

device.load()が済んだら、今度はクライアントがtransportをサーバーに要求する。

サーバー→クライアント transportの取得

サーバーはtransportの情報を作成し、その情報を返す。idに対応するように連想配列に登録しておく。

server.js
let transports: { [key: string]: Transport } = {};

const getTransport = async () => {
  const transport = await router.createWebRtcTransport({
    listenIps: [{ ip: '0.0.0.0', announcedIp: '192.168.0.110' }],
  });
  const { id, iceParameters, iceCandidates, dtlsParameters } = transport;
  transports[id] = transport;

  return {
    id,
    iceParameters,
    iceCandidates,
    dtlsParameters,
  };
}

これを送信用と受信用の二つ作成し、セットでクライアントに送信する。

server.js
const get2Transports = async () => {
  const sendTransport = await getTransport();
  const recvTransport = await getTransport();
  return {
    "type": "transport",
    "sendTransport": sendTransport,
    "recvTransport": recvTransport,
  }
}

クライアントは二つ分を受け取り、それぞれを登録する。

app.js
const setTransport = async (msg: any) => {
  sendTransport = await createTransport(msg.sendTransport, "send");
  recvTransport = await createTransport(msg.recvTransport, "recv");
  produceMedia();
}
app.js
const createTransport = async(params: any, dir: string) => {
  let transport: Transport;
  if(dir == "send")
  {
    transport = device.createSendTransport(params);
  }
  else
  {
    transport = device.createRecvTransport(params);
  }
  transport.on("connect", async ({ dtlsParameters }, callback, errback) => {
    emitTo({ "type": "connect", id: transport.id, "dtlsParameters": dtlsParameters });
    callback();
  });

  transport.on("produce", async (parameters, callback, errback) => {
    emitTo({ "type": "produce", id: transport.id, parameters });
  });
  return transport;
}

これが完了したらproducer作成の関数を動かす。

クライアント→サーバー→クライアント producerの作成

クライアント側でsendTransport.produce()を動かす。

app.js
const produceMedia = async () => {
  const track = stream.getVideoTracks()[0];
  const producer = await sendTransport.produce({ track });
}

この際に先ほど設定しておいたtransport内のイベント２つが順番に実行される。

まずはconnectが発火。(以下は再掲)

app.js
const createTransport = async(params: any, dir: string) => {
  // 省略
  transport.on("connect", async ({ dtlsParameters }, callback, errback) => {
    emitTo({ "type": "connect", id: transport.id, "dtlsParameters": dtlsParameters });
    callback();
  });
	// 省略
  return transport;
}

サーバーはこれを受け取ってtransport.connect()を行う。

server.js
const getConnect = async (msg: any) => {
  const { id, dtlsParameters } = msg;
  const transport = transports[id];
  await transport.connect({ dtlsParameters });
  return {"type": "connect"};
}

クライアント側のconnectでcallback()が行われたことをトリガーにイベントproduceが発火する。(以下は再掲)

app.js
const createTransport = async(params: any, dir: string) => {
  // 省略
  transport.on("produce", async (parameters, callback, errback) => {
    emitTo({ "type": "produce", id: transport.id, parameters });
  });
	// 省略
  return transport;
}

サーバー側は再び受け取り、producerのidを返す。

server.js
const getProduce = async (msg: any) => {
  const { id, parameters } = msg;
  const transport = transports[id];
  const producer = await transport.produce(parameters);
  producers[producer.id] = producer;
  return ({ "type": "produce", id: producer.id });
}

クライアント側でこれを受け取り、idを表示しておく。

app.js
const setProduce = (msg: any) => {
  myProducerId.value = msg.id;
  console.log("produce ready");
}

これで自身の映像をproduceするまでの処理が完成。

クライアント→サーバー→クライアント Consumeの実行

クライアント側で、ボタンを押された時にconsume処理を開始するように設定。この際に自分の受信用transportのid、相手のproducerのid、rtpCapabilitiesを合わせて送る。

app.js
const call = () => {
  emitTo({
    "type": "consume", 
    id: recvTransport.id,
    producerId: producerId.value,
    rtpCapabilities: device.rtpCapabilities,
  })
}

callButton.onclick = () => {
  call();
}

サーバー側はこれを受け取り、transport.consume()を実行する。consumerのid等の情報を返す。

server.js
const getConsume = async (msg: any) => {
  const { id, producerId, rtpCapabilities } = msg;
  const transport = transports[id];
  const consumer = await transport.consume({ producerId, rtpCapabilities });

  return ({
    "type": "consume",
    id: consumer.id,
    kind: consumer.kind,
    rtpParameters: consumer.rtpParameters
  });
}

クライアント側がこの情報を受け取り、consumerオブジェクトを作成する。

app.js
const setConsume = async(msg: any) =>
{
  const consumerOptions = msg;
  
  const consumer = await recvTransport.consume({
    id: consumerOptions.id,
    producerId: producerId.value,
    kind: consumerOptions.kind,
    rtpParameters: consumerOptions.rtpParameters,
  });
  // 以下から再生
  remoteVideo.srcObject = new MediaStream([consumer.track]);
  
}

ここからtrackを取り出し、映像を再生できる。

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