一、 概述

实现直播过程中共享屏幕分为两个步骤：屏幕数据采集和流媒体数据推送。前对于 iOS 来说，屏幕采集需要系统的权限，受制于 iOS 系统的限制，第三方 app 并没有直接录制屏幕的权限，必须通过系统的功能来实现。

本文将描述 iOS 系统的屏幕共享的应用、实现、限制、实现细节等方面调研结果。（注：由于 iOS 10 和之前的系统只支持 App 内录制屏幕，所以只做简单的介绍，不做详细说明）

二、 应用

屏幕共享早起出现在视频会议当中，后来在一些游戏直播中也出现了大规模应用，Apple 早期不支持屏幕共享，但随着直播的盛行，Apple 也是根据用户的需求，给予了屏幕共享的支持，推出了 ReplayKit 库来迎合这种场景。

市面上的屏幕共享的场景大致分类如下：

  • 一、：远程操作屏幕 ：辅助他人对手机进行操作。如年轻人帮组老年人进行远程设置，客服帮组客户解决软件故障或者使用帮组，有效的解决语言表述低效的问题。
  • 二、：游戏直播：知名游戏主播可以把手机上玩游戏的画面直播给其他人，可以进行游戏教学，游戏解说，让其他人更好的学习游戏技巧。
  • 三、：视频会议，开会房把手机内容给他人观看进行解说，如手机中的邮件内容、图片、文档等，方便参会方快速共享信息，提高沟通效率。

三、 各系统实现屏幕共享

iOS 系统上实现屏幕共享的技术，主要在于系统各个版本的差异，下面将针对各个系统版本实现方式和限制性等方面进行比较。首先，由于需要使用手机的相机和麦克等硬件，无法在模拟器上调试使用。首先我们了解下目前各个版本的覆盖率情况。

系统覆盖率

根据苹果官网的数据显示，截止到 2021 年 6 月，iOS 系统各个系统版本占有率大致如下图所示，可见，目前 iOS13 及以下系统的用户覆盖率不足 2%，而 iOS14 系统的覆盖率约为 90%，iOS13 系统的覆盖率约为 8 %。顾为了兼顾老版本，目前市面上应用一般会兼容到 iOS 9。

iOS开发-iOS音视频开发-iOS 端屏幕录制开发指南 - 图1

iOS 8

iOS8 以及以前的版本，系统没有提供相应的功能，通过破解系统的功能调用私有的 API 来实现。由于 iOS8 太过古老而且运行 iOS8 系统的设备也基本上支撑不起来直播的功能，我们这里不做详细讨论，有兴趣的可以研究一下。

iOS 9 系统

Apple 在 iOS 9 推出了 ReplayKit 框架，提供了录屏功能，但是限制是只能录制本 App 内的屏幕。录制完成后会生成一个视频文件，只能通过 RPPreviewViewController 来预览，编译生成的文件，录制过程中无法获取数据，只能将最终录制完毕的整个 mp4 文件提供给开发者，所以实际上并非真正的屏幕的直播共享，无法保证实时性。

iOS 10 系统

iOS 10 Apple 推出了 Broadcast Upload Extention 和 Broadcast Setup UI Extention，来解决录屏的问题。

首先介绍一下 App Extension，官方文档（Extension的官方文档）。Extension 是对 App 的扩展，在一定程度上打破了沙盒的限制，提供了应用间通信的可能。Extension 是一个独立运行的进程，有自己的生命周期。下图所示：

iOS开发-iOS音视频开发-iOS 端屏幕录制开发指南 - 图2

虽然 iOS 10 系统解决了之前系统的一系列弊病，但是仍然没能解决只能录制当前 app 的屏幕内容的问题，这样会限制一些应用的使用场景。

iOS 11 系统

iOS 11 的发布正式直播兴盛的年代，为了迎合市场需求，Apple 提供了跨 app 录屏的功能，可以实现录取整个屏幕的功能。 虽然 ReplayKit2 已经可以满足开发者的多数需求，但是对于用户来说，这个版本在实现屏幕直播时，需要用户提前在手机设置中配置出屏幕录制的访问控制权限，使屏幕录制按钮显示在系统的上拉管理菜单中，并且在录制时，上拉底部菜单调出快捷管理菜单，并且长按屏幕录制圆形按钮才能开始录制和直播。复杂的操作流程，让用户使用的门槛增高。所以在 iOS 11 上屏幕共享功能也显得很单薄。

iOS12 系统

iOS 12 在 iOS11 的基础上进行了优化，并提供了 RPSystemBroadcastPickerView，解决了录制屏幕，用户无需在控制中心手动启动。

总结

结合上面 iOS 各个系统版本对屏幕录制的限制的分析，从版本稳定性和发布可靠性角度来说，我们应该从 iOS12 系统开始提供屏幕录制功能，而之前的系统版本不做兼容。如果只录制 app 页面进行直播，那么系统可兼容到 iOS 9。

四. 屏幕共享注意事项

  • 由于 iOS 手机屏幕分辨率较高，考虑到内存占用和传输效率，需要对采集图像和处理过程进行优化,一般限制分辨率在 720P 以内。
  • Extension 子进程有 50M 内存限制，当在该线程内存超过 50M 会导致程序崩溃，就是由于这个限制，业界相似的处理方案都会限制其视频质量不超过 720P，高端机型的视频针数保持在 30 之内，低端机型视频帧率保持在 10 之内。
  • 子进程崩溃会导致页面一直弹提示框，用户只能重启手机来解决该问题。
  • 子进程和 host app 通信，需要看传输的内容选择不同的形式：
  • 1、通过配置 app group 的方式共享文件或者 UserDefault。
  • 2、进程间通知：CFNotificationCenter，一般开启关闭等可以通过通知实现。
  • 3、通过 Socket 传输，像屏幕分享这样的场景比较适合这么做。

五. anyRTC 屏幕共享实现

anyRTC 视频屏幕共享可有两种实现方式：

  • 一种是在 Extension 子进程中通过 Socket 传输发送屏幕共享视频数据到 host app 中，host app 中以自采集 Push 的方式向 SDK 塞流，该方式只能传输一路视频流，要么屏幕共享要么摄像头的视频流。
  • 一种是在 Extension 子进程中初始化 SDK， 拉流设置为不订阅其他人的音频和视频，只做发送端。该方式实现了一个客户端可以发送自己的摄像头的视频流，也可以发送屏幕共享的流，只是以两个 uid 进入同一个频道的形式。

本地 Socket 传输到 host app

思路参考:博客

大致的思路是：本地起一个 socket,通过 tcp 的形式传输到 host app,复杂的操作在 host app 中进行，有效解决 Extension 50M 的限制问题。

子进程中直接使用 SDK

思路：在 Extension 中直接使用 SDK ，只做发流，不接收流。同时也要注意 Extension 50M 的问题（1：应用限制横竖屏直播，要么横盘、要么竖屏，应用横竖屏切换容易导致内存突增。2：低性能机器限制视频的帧率（1~10 帧））

1.初始化

设置频道属性为直播模式，并设置为主播角色，启用视频模块

  2.   // 实例化 rtc 对象
  4.   rtcKit = [ARtcEngineKit sharedEngineWithAppId:appId delegate:self];
  6.   [rtcKit setChannelProfile:ARChannelProfileLiveBroadcasting];
  8.   [rtcKit setClientRole:ARClientRoleBroadcaster];
  10.   [rtcKit enableVideo];

2.设置屏幕共享的分辨率

  • 由于子进程中有 50M 限制，为了系统的稳定性建议分辨率不要设置超过 720P
  • 根据屏幕的宽高，跟分辨率做换算，计算出最佳的分辨率输出
  • 视频的帧率，如果在低端机型下，建议设置 5 帧，高端机器不要超过 30 帧
  • 屏幕共享的清晰度，可以适当调整 bitrate，建议不要超过 1800 
  2.   // 获取当前屏幕的最佳分辨率
  3.   CGSize screenSize = [[UIScreen mainScreen] currentMode].size;
  4.   CGSize boundingSize = CGSizeMake(720, 1280);
  5.   CGFloat mW = boundingSize.width / screenSize.width;
  6.   CGFloat mH = boundingSize.height / screenSize.height;
  7.   if( mH < mW ) {
  8.       boundingSize.width = boundingSize.height / screenSize.height * screenSize.width;
  9.   }
  10.   else if( mW < mH ) {
  11.       boundingSize.height = boundingSize.width / screenSize.width * screenSize.height;
  12.   }
  13.   // 视频编码配置
  14.   ARVideoEncoderConfiguration *config = [[ARVideoEncoderConfiguration alloc] init];
  15.   config.dimensions = boundingSize;
  16.   config.bitrate = 1500;
  17.   config.frameRate = 10;
  18.   config.orientationMode = ARVideoOutputOrientationModeAdaptative;
  19.   [rtcKit setVideoEncoderConfiguration:config];

3.设置使用外部音视频源

  • 设置使用外部视频源采集，打开后内部采集自动关停
  • 设置使用外部音频源采集，打开后内部音频采集自动关停 
  2.   // 配置外部视频源
  3.   [rtcKit setExternalVideoSource:YES useTexture:YES pushMode:YES];
  4.   // 推送外部音频帧
  5.   [rtcKit enableExternalAudioSourceWithSampleRate:48000 channelsPerFrame:2];

4.禁止接收音视频

作为屏幕共享端只需要发流，不需要接收流。

  1.  // 禁止接收所有音视频流
  2.   [rtcKit muteAllRemoteVideoStreams:YES];
  3.   [rtcKit muteAllRemoteAudioStreams:YES];

5.加入频道

  • 获取 host app 中的用户 Id,在进行一层组装，标记为某个人的辅流
  • 获取 host app 中正在使用的频道 Id,开始屏幕共享的时候以该用户的辅流的形式进入频道 
  1.   // 获取 host app 中的用户Id,在进行一层组装，标记为某个人的辅流
  2.   NSString *uid = [NSString stringWithFormat:@"%@_sub",self.userId];
  3.   // 加入频道
  4.   [rtcKit joinChannelByToken:nil channelId:self.channelId uid:uid joinSuccess:^(NSString * _Nonnull channel, NSString * _Nonnull uid, NSInteger elapsed) {
  5.         NSLog(@"joinSuccess");
  6.   }];

6.发流

  • RPSampleBufferTypeVideo：获取视频数据，并使用外置塞流接口把视频数据发送出去
  • RPSampleBufferTypeAudioApp：获取应用内的声音源，并使用外置塞流接口把音频数据发送出去
  • RPSampleBufferTypeAudioMic：获取麦克风声音源，并使用外置塞流接口把音频数据发送出去
  • 视频塞流，需要对视频数据进行组装，视频类型、时间戳、旋转角度等信息 
  1. - (void)processSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer withType:(RPSampleBufferType)sampleBufferType {
  2.     switch (sampleBufferType) {
  3.         case RPSampleBufferTypeVideo:
  4.         {
  5.             // 处理视频数据
  6.             CVPixelBufferRef pixelBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer);
  7.             if (pixelBuffer) {
  8.                 CMTime timestamp = CMSampleBufferGetPresentationTimeStamp(sampleBuffer);
  9.                 ARVideoFrame *videoFrame = [[ARVideoFrame alloc] init];
  10.                 videoFrame.format = 12;
  11.                 videoFrame.time = timestamp;
  12.                 videoFrame.textureBuf = pixelBuffer;
  13.                 videoFrame.rotation = [self getRotateByBuffer:sampleBuffer];
  14.                 [rtcKit pushExternalVideoFrame:videoFrame];
  15.             }
  16.         }
  17.             break;
  18.         case RPSampleBufferTypeAudioApp:
  20.             // 处理音频数据，音频由App产生
  21.             [rtcKit pushExternalAudioFrameSampleBuffer:sampleBuffer type:ARAudioTypeApp];
  22.             break;
  23.         case RPSampleBufferTypeAudioMic:
  25.             // 处理音频数据，音频由麦克风产生
  26.             [rtcKit pushExternalAudioFrameSampleBuffer:sampleBuffer type:ARAudioTypeMic];
  27.             break;
  28.         default:
  29.             break;
  30.     }
  31. }

经过上述步骤，便可实现屏幕共享功能。为了方便开发者更能快速上手，可以参考 demo 快速上手。

iOS 屏幕共享

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