Frontend WebCodecs reaalajas töötlemine: reaalajas meediavoo töötlemine

WebCodecs API muudab revolutsiooniliselt seda, kuidas me veebis meediat käsitleme. See pakub madala taseme juurdepääsu video- ja helikoodekitele, võimaldades arendajatel luua võimsaid reaalajas meediatöötlusrakendusi otse brauseris. See avab põnevaid võimalusi reaalajas voogedastuseks, videokonverentsideks, interaktiivseks meediakunsti jaoks ja paljuks muuks. See artikkel juhendab teid WebCodecs'i kasutamise põhitõdedes reaalajas töötlemiseks, keskendudes reaalajas meediavoogudele.

Mis on WebCodecs API?

WebCodecs on kaasaegne veebi API, mis pakub JavaScriptile madala taseme koodekite funktsioone (kodeerijad ja dekodeerijad). Traditsiooniliselt on veebibrauserid tuginenud sisseehitatud või OS-i pakutavatele koodekitele, piirates arendajate kontrolli ja kohandamist. WebCodecs muudab seda, võimaldades arendajatel:

• Kodeerida ja dekodeerida videot ja heli: Kontrollida otse kodeerimis- ja dekodeerimisprotsesse, valides konkreetseid koodekeid, parameetreid ja kvaliteediseadeid.
• Juurdepääs toormedia andmetele: Töötada toorvideokaadritega (nt YUV, RGB) ja helinäidistega, võimaldades täiustatud manipuleerimist ja analüüsi.
• Saavutada madal latentsus: Optimeerida reaalajas stsenaariumide jaoks, minimeerides puhverdamist ja töötlemisviivitusi.
• Integreerida WebAssemblyga: Kasutada WebAssembly jõudlust arvutusmahukate ülesannete jaoks, nagu kohandatud koodekite juurutused.

Põhimõtteliselt annab WebCodecs frontend-arendajatele enneolematu kontrolli meedia üle, avades võimalusi, mis varem piirdusid natiivrakendustega.

Miks kasutada WebCodecs'i reaalajas meediatöötluseks?

WebCodecs pakub reaalajas meediarakenduste jaoks mitmeid eeliseid:

• Vähendatud latentsus: Minimeerides sõltuvust brauseri hallatavatest protsessidest, võimaldab WebCodecs peenhäälestatud kontrolli puhverdamise ja töötlemise üle, mis viib oluliselt madalama latentsuseni, mis on ülioluline interaktiivsete rakenduste, näiteks videokonverentside jaoks.
• Kohandamine: WebCodecs pakub otsest juurdepääsu koodeki parameetritele, võimaldades arendajatel optimeerida konkreetsete võrgutingimuste, seadme võimaluste ja rakenduse nõuete jaoks. Näiteks saate ribalaiuse põhjal dünaamiliselt bitikiirust reguleerida.
• Täiustatud funktsioonid: Võimalus töötada toormedia andmetega avab uksed täiustatud funktsioonidele, nagu reaalajas videoefektid, objektituvastus ja helianalüüs, kõik toimub otse brauseris. Kujutage ette reaalajas filtrite rakendamist või kõne reaalajas transkribeerimist!
• Platvormidevaheline ühilduvus: WebCodecs on loodud platvormideüleseks, tagades, et teie rakendused töötavad järjepidevalt erinevates brauserites ja operatsioonisüsteemides.
• Täiustatud privaatsus: Töödeldes meediat otse brauseris, saate vältida tundlike andmete saatmist välistesse serveritesse, parandades kasutaja privaatsust. See on eriti oluline rakenduste puhul, mis käsitlevad isiklikku või konfidentsiaalset sisu.

Põhimõistete mõistmine

Enne koodi sukeldumist vaatame üle mõned peamised mõisted:

• MediaStream: Esindab meediaandmete voogu, tavaliselt kaamerast või mikrofonist. MediaStreami saate API getUserMedia() abil.
• VideoEncoder/AudioEncoder: Objektid, mis kodeerivad toorvideokaadreid või helinäidiseid tihendatud andmeteks (nt H.264, Opus).
• VideoDecoder/AudioDecoder: Objektid, mis dekodeerivad tihendatud video- või helid andmed tagasi toorkaadriteks või näidisteks.
• EncodedVideoChunk/EncodedAudioChunk: Andmestruktuurid, mis esindavad kodeeritud video- või helid andmeid.
• VideoFrame/AudioData: Andmestruktuurid, mis esindavad toorvideokaadreid (nt YUV-vormingus) või helinäidiseid.
• Koodeki konfiguratsioon: Parameetrid, mis määratlevad, kuidas kodeerija ja dekodeerija töötavad, näiteks koodeki profiilid, eraldusvõimed, kaadrisagedused ja bitikiirused.

Lihtsa reaalajas videoprotsessori torujuhtme ehitamine

Vaatame läbi lihtsustatud näite WebCodecs'i abil reaalajas videoprotsessori torujuhtme seadistamisest. See näide demonstreerib, kuidas kaamerast videot jäädvustada, seda kodeerida, dekodeerida ja dekodeeritud videot lõuendil kuvada.

1. samm: MediaStreami hankimine

Esiteks peate kasutaja kaamerale juurde pääsema API getUserMedia() abil:

            async function startCamera() {
  try {
    const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({ video: true, audio: false });
    const videoElement = document.getElementById('camera-feed');
    videoElement.srcObject = stream;
  } catch (error) {
    console.error('Viga kaamerale juurdepääsul:', error);
  }
}

startCamera();

            

              
                Copy
              
            
          

See kood taotleb juurdepääsu kasutaja kaamerale (antud juhul ainult video) ja määrab saadud MediaStreami elemendile <video>.

2. samm: Kodeerija loomine

Järgmisena looge VideoEncoder eksemplar. Peate kodeerija konfigureerima soovitud koodeki, eraldusvõime ja muude parameetritega. Valige laialdaselt toetatud koodek, näiteks H.264 (avc1):

            let encoder;

async function initEncoder(width, height) {
  const config = {
    codec: 'avc1.42001E', // H.264 Baseline profiil
    width: width,
    height: height,
    bitrate: 1000000, // 1 Mbps
    framerate: 30,
    latencyMode: 'realtime',
    encode: (chunk, config) => {
      // Käsitle kodeeritud tükke siin (nt saada serverisse)
      console.log('Kodeeritud tükk:', chunk);
    },
    error: (e) => {
      console.error('Kodeerija viga:', e);
    },
  };

  encoder = new VideoEncoder(config);
  encoder.configure(config);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tagasihelistusfunktsioon encode on ülioluline. Seda kutsutakse alati, kui kodeerija toodab kodeeritud tüki. Tavaliselt saadaksite need tükid eemaldatud partnerile (nt videokonverentsi rakenduses) või salvestaksite need hilisemaks taasesitamiseks.

3. samm: Dekodeerija loomine

Sarnaselt looge VideoDecoder eksemplar, mis on konfigureeritud sama koodeki ja eraldusvõimega nagu kodeerija:

            let decoder;
let canvasContext;

async function initDecoder(width, height) {
  const config = {
    codec: 'avc1.42001E', // H.264 Baseline profiil
    width: width,
    height: height,
    decode: (frame) => {
      // Käsitle dekodeeritud kaadreid siin (nt kuva lõuendil)
      canvasContext.drawImage(frame, 0, 0, width, height);
      frame.close(); // Oluline: vabasta kaadri ressursid
    },
    error: (e) => {
      console.error('Dekodeerija viga:', e);
    },
  };

  decoder = new VideoDecoder(config);
  decoder.configure(config);

  const canvas = document.getElementById('output-canvas');
  canvas.width = width;
  canvas.height = height;
  canvasContext = canvas.getContext('2d');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tagasihelistusfunktsiooni decode kutsutakse alati, kui dekodeerija toodab dekodeeritud kaadri. Selles näites joonistatakse kaader elemendile <canvas>. On ülioluline kutsuda frame.close(), et vabastada kaadri ressursid pärast sellega lõpetamist, et vältida mälulekkeid.

4. samm: Videokaadrite töötlemine

Nüüd peate jäädvustama videokaadreid MediaStreamist ja edastama need kodeerijale. Toorvideo andmete esindamiseks saate kasutada objekti VideoFrame.

            async function processVideo() {
  const videoElement = document.getElementById('camera-feed');
  const width = videoElement.videoWidth;
  const height = videoElement.videoHeight;

  await initEncoder(width, height);
  await initDecoder(width, height);

  const frameRate = 30; // Kaadrit sekundis
  const frameInterval = 1000 / frameRate;

  setInterval(() => {
    // Loo videokaader videoelemendist
    const frame = new VideoFrame(videoElement, { timestamp: performance.now() });

    // Kodeeri kaader
    encoder.encode(frame);

    // Dekodeeri kaader (kohaliku kuvamise jaoks selles näites)
    decoder.decode(frame);

    frame.close(); // Vabasta algne kaader
  }, frameInterval);
}

const videoElement = document.getElementById('camera-feed');
videoElement.addEventListener('loadedmetadata', processVideo);

            

              
                Copy
              
            
          

See kood loob videoelemendi praegusest sisust kaadri VideoFrame määratud kaadrisagedusel ja edastab selle nii kodeerijale kui ka dekodeerijale. Oluline: Ressursside vabastamiseks kutsuge pärast kodeerimist/dekodeerimist alati frame.close().

Täielik näide (HTML)

Siin on selle näite põhiline HTML-struktuur:

            <video id="camera-feed" autoplay muted></video>
<canvas id="output-canvas"></canvas>

            

              
                Copy
              
            
          

Reaalsed rakendused ja näited

WebCodecs leiab kasutust mitmesugustes uuenduslikes rakendustes. Siin on mõned näited selle kohta, kuidas ettevõtted WebCodecs'i kasutavad:

• Videokonverentside platvormid: Ettevõtted nagu Google Meet ja Zoom kasutavad WebCodecs'i videokvaliteedi optimeerimiseks, latentsuse vähendamiseks ja täiustatud funktsioonide (nt taustahägu ja müra summutamine) lubamiseks otse brauseris. See viib reageerimisvõimelisema ja kaasahaaravama kasutuskogemuseni.
• Reaalajas voogedastusteenused: Platvormid nagu Twitch ja YouTube uurivad WebCodecs'i reaalajas voogude tõhususe ja kvaliteedi parandamiseks, võimaldades ringhäälingutel jõuda laiema publikuni madalamate ribalaiuse nõuetega.
• Interaktiivsed meediakunsti installatsioonid: Kunstnikud kasutavad WebCodecs'i interaktiivsete installatsioonide loomiseks, mis reageerivad reaalajas video- ja helisisendile. Näiteks võiks installatsioon kasutada WebCodecs'i näoilmete analüüsimiseks ja visuaalide vastavalt muutmiseks.
• Kaugtööriistad: Kaugprojekteerimise ja inseneritööriistad kasutavad WebCodecs'i kõrge eraldusvõimega video- ja helivoogude reaalajas jagamiseks, võimaldades meeskondadel tõhusalt koostööd teha isegi siis, kui nad on geograafiliselt hajutatud.
• Meditsiiniline pildistamine: WebCodecs võimaldab meditsiinitöötajatel vaadata ja manipuleerida meditsiinilisi pilte (nt röntgenikiirgus, MRI) otse brauseris, hõlbustades kaugnõustamisi ja diagnoose. See võib olla eriti kasulik alateenindusega piirkondades, kus on piiratud juurdepääs spetsiaalsetele meditsiiniseadmetele.

Jõudluse optimeerimine

Reaalajas meediatöötlus on arvutusmahukas, seega on jõudluse optimeerimine ülioluline. Siin on mõned näpunäited WebCodecs'i abil jõudluse maksimeerimiseks:

• Valige õige koodek: Erinevad koodekid pakuvad erinevaid kompromisse tihendustõhususe ja töötlemise keerukuse vahel. H.264 (avc1) on laialdaselt toetatud ja suhteliselt tõhus koodek, mis teeb sellest hea valiku paljude rakenduste jaoks. AV1 pakub paremat tihendust, kuid nõuab rohkem arvutusvõimsust.
• Reguleerige bitikiirust ja eraldusvõimet: Bitikiiruse ja eraldusvõime vähendamine võib oluliselt vähendada töötlemiskoormust. Reguleerige neid parameetreid dünaamiliselt vastavalt võrgutingimustele ja seadme võimalustele.
• Kasutage WebAssembly: Arvutusmahukate ülesannete jaoks, nagu kohandatud koodekite rakendused või täiustatud pilditöötlus, kasutage WebAssembly jõudlust.
• Optimeerige JavaScripti koodi: Kasutage tõhusaid JavaScripti kodeerimistavasid, et minimeerida üldkulusid. Vältige tarbetut objektide loomist ja mälukasutust.
• Profileerige oma koodi: Kasutage brauseri arendajatööriistu, et tuvastada jõudluse kitsaskohad ja optimeerida vastavalt. Pöörake tähelepanu CPU kasutusele ja mälukasutusele.
• Tööniidid: Suunake suured töötlemisülesanded tööniitidesse, et vältida põhiniidi blokeerimist ja säilitada reageerimisvõimeline kasutajaliides.

Vigade ja äärmuslike juhtumite käsitlemine

Reaalajas meediatöötlus võib olla keeruline, seega on oluline vigu ja äärmuslikke juhtumeid graatsiliselt käsitleda. Siin on mõned kaalutlused:

• Kaamerale juurdepääsu vead: Käsitlege juhtumeid, kui kasutaja keelab kaamerale juurdepääsu või kaamera pole saadaval.
• Koodeki tugi: Enne konkreetse koodeki kasutamist kontrollige koodeki tuge. Brauserid ei pruugi kõiki koodekeid toetada.
• Võrgavead: Käsitlege võrgukatkestusi ja pakettide kadu reaalajas voogedastusrakendustes.
• Dekodeerimisvead: Rakendage dekodeerijas veakäsitlust, et vigade korral toime tulla rikutud või valede kodeeritud andmetega.
• Ressursihaldus: Mälulekete vältimiseks tagage õige ressurssihaldus. Pärast nende kasutamist kutsuge alati objektidel VideoFrame ja AudioData frame.close().

Turvalisuse kaalutlused

Kasutajate loodud meediaga töötamisel on turvalisus ülimalt tähtis. Siin on mõned turvalisuse kaalutlused:

• Sisendi valideerimine: Valideerige kõik sisendandmed, et vältida süstimisrünnakuid.
• Sisu turvapoliitika (CSP): Kasutage CSP-d, et piirata skriptide ja muude ressursside allikaid, mida teie rakendus saab laadida.
• Andmete puhastamine: Puhastage kogu kasutajate loodud sisu enne selle teistele kasutajatele kuvamist, et vältida saidiüleste skriptide (XSS) rünnakuid.
• HTTPS: Kasutage alati HTTPS-i, et krüpteerida klientide ja serveri vahelist sidet.

Tulevased suundumused ja arengud

WebCodecs API areneb pidevalt ja silmapiiril on mitmeid põnevaid arenguid:

• AV1 kasutuselevõtt: Kuna AV1 riist- ja tarkvaratugi muutub laialdasemaks, võime eeldada AV1 suuremat kasutuselevõttu reaalajas meediatöötluses.
• WebAssembly integratsioon: Edasine integratsioon WebAssemblyga võimaldab arendajatel kasutada WebAssembly jõudlust veelgi keerukamate meediatöötlusülesannete jaoks.
• Uued koodekid ja funktsioonid: Võime eeldada, et WebCodecs API-sse lisatakse tulevikus uusi koodekeid ja funktsioone, laiendades selle võimalusi veelgi.
• Parandatud brauseri tugi: Brauseri toe pidevad parandused muudavad WebCodecs'i arendajatele ja kasutajatele kogu maailmas kättesaadavamaks.

Kokkuvõte

WebCodecs API on võimas tööriist reaalajas meediatöötlusrakenduste loomiseks veebis. Pakkudes madala taseme juurdepääsu koodekitele, annab WebCodecs arendajatele võimaluse luua uuenduslikke ja kaasahaaravaid kogemusi, mis varem polnud võimalikud. Kuna API areneb edasi ja brauseri tugi paraneb, võime eeldada veelgi põnevamaid WebCodecs'i rakendusi tulevikus. Katsetage selles artiklis toodud näidetega, uurige ametlikku dokumentatsiooni ja liituge kasvava WebCodecs'i arendajate kogukonnaga, et avada selle transformatiivse tehnoloogia kogu potentsiaal. Võimalused on lõputud, alates videokonverentside täiustamisest kuni kaasahaaravate liitreaalsuse kogemuste loomiseni, mida toetab WebCodecs'i jõud brauseris.

Pidage meeles, et peate olema kursis brauseri uusimate värskenduste ja WebCodecs'i spetsifikatsioonidega, et tagada ühilduvus ja juurdepääs uusimatele funktsioonidele. Head kodeerimist!