Frontend WebCodecs voogude töötlemine: Reaalajas meediavoogude loomine

Veeb on pikka aega olnud meedia tarbimise platvorm, kuid kuni viimase ajani on keerukate, reaalajas meedia rakenduste loomine otse brauseris olnud märkimisväärne väljakutse. Traditsioonilistel veebi API-del puudus sageli vajalik madala taseme kontroll ja jõudlus, mida nõuavad ülesanded nagu videokonverentsid, otseülekanded ja täiustatud heli/video redigeerimine. WebCodecs muudab seda maastikku, pakkudes frontend arendajatele otsest juurdepääsu brauseripõhistele koodekitele, avades ukse võimsate, jõudluspõhiste ja kohandatavate reaalajas meediavoogude ehitamiseks.

Mis on WebCodecs?

WebCodecs on JavaScripti API, mis pakub madala taseme juurdepääsu brauseris olevatele video- ja helikoodekitele. See tähendab, et arendajad saavad nüüd meediaandmeid kodeerida, dekodeerida ja töödelda otse brauseris, ilma et peaks paljude tavaliste ülesannete jaoks toetuma välistele pistikprogrammidele või serveripoolsele töötlemisele. See avab laia valiku võimalusi interaktiivsete ja kaasahaaravate meediakogemuste loomiseks.

WebCodecs'i peamised eelised:

• Jõudlus: Omamaine juurdepääs koodekitele võimaldab varasemate lähenemisviisidega võrreldes oluliselt paremat jõudlust.
• Madal latentsus: WebCodecs võimaldab madala latentsusega meediatöötlust, mis on ülioluline reaalajas rakenduste, nagu videokonverentsid ja otseülekanded, jaoks.
• Paindlikkus: Arendajatel on peeneteraline kontroll kodeerimis- ja dekodeerimisparameetrite üle, mis võimaldab kohandamist ja optimeerimist konkreetsete kasutusjuhtude jaoks.
• Juurdepääsetavus: WebCodecs on standardiseeritud veebi API, mis tagab laialdase ühilduvuse kaasaegsete brauseritega.

Põhikomponentide mõistmine

WebCodecs'i tõhusaks kasutamiseks on oluline mõista selle põhikomponente:

• VideoEncoder: Vastutab toorvideokaadrite kodeerimise eest tihendatud vormingusse (nt H.264, VP9, AV1).
• VideoDecoder: Vastutab tihendatud videoandmete dekodeerimise eest tagasi toorvideokaadriteks.
• AudioEncoder: Vastutab toorheliandmete kodeerimise eest tihendatud vormingusse (nt Opus, AAC).
• AudioDecoder: Vastutab tihendatud heliandmete dekodeerimise eest tagasi toorheliandmeteks.
• EncodedVideoChunk: Esindab ühte kodeeritud videokaadrit.
• EncodedAudioChunk: Esindab ühte kodeeritud helikaadrit.
• VideoFrame: Esindab toorest, tihendamata videokaadrit.
• AudioData: Esindab tooreid, tihendamata heliandmeid.
• MediaStreamTrackProcessor: Võtab MediaStreamTrack'i (kaamerast või mikrofonist) ja pakub juurdepääsu toorele heli- või videoandmetele kui VideoFrame või AudioData objektidele.
• MediaStreamTrackGenerator: Võimaldab luua uue MediaStreamTrack'i töödeldud heli- või videoandmetest, mida saab seejärel kuvada või voogesitada.

Lihtsa reaalajas videovoo loomine: praktiline näide

Illustreerime WebCodecs'i võimsust lihtsustatud näitega reaalajas videovoost. See näide salvestab videot veebikaamerast, kodeerib selle WebCodecs'i abil, dekodeerib selle ja seejärel kuvab dekodeeritud video eraldi canvas-elemendil. Pange tähele, et see on põhinäide ja nõuab tootmiskasutuseks veatöötlust ja robustsemaid konfiguratsioone.

1. Video salvestamine veebikaamerast

Kõigepealt peame kasutaja veebikaamerale juurde pääsema, kasutades getUserMedia API-t:

            
async function startWebcam() {
  try {
    const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({ video: true, audio: false });
    const videoElement = document.getElementById('webcamVideo'); // Eeldades, et teil on 
            

              
                Copy
              
            
          

2. Kodeerija ja dekoodri seadistamine

Järgmiseks peame lähtestama VideoEncoder'i ja VideoDecoder'i. Selles näites kasutame H.264 koodekit, kuid sõltuvalt brauseri toest ja teie konkreetsetest nõuetest võiksite kasutada ka VP9 või AV1.

            
async function setupWebCodecs(stream) {
  const track = stream.getVideoTracks()[0];
  const trackProcessor = new MediaStreamTrackProcessor(track);
  const reader = trackProcessor.readable.getReader();

  const videoDecoder = new VideoDecoder({
    output: frame => {
      // Eeldades, et teil on  element id-ga "outputCanvas"
      const canvas = document.getElementById('outputCanvas');
      const ctx = canvas.getContext('2d');
      ctx.drawImage(frame, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
      frame.close(); // Oluline on kaader vabastada
    },
    error: e => console.error('Decoder error:', e)
  });

  const videoEncoder = new VideoEncoder({
    output: chunk => {
      videoDecoder.decode(chunk);
    },
    error: e => console.error('Encoder error:', e)
  });

  const config = {
    codec: 'avc1.42E01E', // H.264 Baseline Profile, tase 3.0
    width: track.getSettings().width,
    height: track.getSettings().height,
    framerate: 30,
    bitrate: 1000000, // 1 Mbps
  };

  videoEncoder.configure(config);
  videoDecoder.configure(config);

  return {reader, videoEncoder};
}

            

              
                Copy
              
            
          

Olulised märkused konfiguratsiooni kohta:

• codec'i string on ülioluline. See määrab kasutatava koodeki ja profiili. Toetatud koodekite ja profiilide täieliku loendi leiate WebCodecs'i dokumentatsioonist.
• width ja height peaksid vastama sisendvideo mõõtmetele.
• framerate'i ja bitrate'i saab reguleerida kvaliteedi ja ribalaiuse kasutuse kontrollimiseks.

3. Kaadrite kodeerimine ja dekodeerimine

Nüüd saame lugeda kaadreid veebikaamera voost, kodeerida need ja seejärel dekodeerida. Dekodeeritud kaadrid joonistatakse seejärel canvas-elemendile.

            
async function processFrames(reader, videoEncoder) {
  try {
    while (true) {
      const { done, value } = await reader.read();
      if (done) {
        break;
      }
      videoEncoder.encode(value);
      value.close(); //Oluline on kaader vabastada
    }
  } catch (error) {
    console.error('Error processing frames:', error);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. Kõige kokku panemine

Lõpuks saame kõiki neid funktsioone kutsuda, et videovoog käivitada:

            
async function main() {
  const stream = await startWebcam();
  if (stream) {
    const {reader, videoEncoder} = await setupWebCodecs(stream);
    await processFrames(reader, videoEncoder);
  }
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

See on lihtsustatud näide ja peate lisama veatöötluse, konfigureerima kodeerija ja dekoodri õigesti ning käsitlema erinevaid brauseri implementatsioone. Siiski demonstreerib see WebCodecs'i kasutamise põhiprintsiipe reaalajas videovoo loomiseks.

Täiustatud kasutusjuhud ja rakendused

WebCodecs avab ukse mitmesugustele täiustatud kasutusjuhtudele:

• Videokonverentsid: Kohandatud videokonverentsilahenduste loomine täiustatud funktsioonidega nagu tausta hägustamine, müra summutamine ja ekraani jagamine. Võimalus täpselt kontrollida kodeerimisparameetreid võimaldab optimeerimist madala ribalaiusega keskkondade jaoks, mis on ülioluline piiratud internetiühendusega kasutajatele sellistes piirkondades nagu Kagu-Aasia või Aafrika.
• Otseülekanded: Madala latentsusega otseülekandeplatvormide loomine mängude, spordi ja muude sündmuste jaoks. WebCodecs võimaldab adaptiivset bitikiiruse voogedastust, kohandades videokvaliteeti dünaamiliselt vaataja võrgutingimustest lähtuvalt.
• Videotöötlus: Veebipõhiste videotöötlustööriistade arendamine täiustatud võimalustega nagu reaalajas efektid, üleminekud ja kompositsioon. See võib olla kasulik loojatele arengumaades, kellel ei pruugi olla juurdepääsu kallile töölauatarkvarale.
• Liitreaalsus (AR) ja virtuaalreaalsus (VR): Videovoogude töötlemine kaameratest AR/VR rakenduste jaoks, võimaldades kaasahaaravaid ja interaktiivseid kogemusi. See hõlmab digitaalse teabe ülekandmist reaalsesse maailma (AR) ja täiesti uute virtuaalsete keskkondade loomist (VR).
• Masinõpe: Videoandmete eeltöötlemine masinõppemudelite jaoks, nagu objektide tuvastamine ja näotuvastus. Näiteks turvakaamerate salvestiste analüüsimine turvalisuse eesmärgil või automaatsete transkriptsiooniteenuste pakkumine.
• Pilvemängud: Mängude voogesitamine pilvest madala latentsusega, võimaldades mängijatel mängida nõudlikke mänge vähese võimsusega seadmetes.

Jõudluse ja brauseritevahelise ühilduvuse optimeerimine

Kuigi WebCodecs pakub märkimisväärseid jõudluseeliseid, on oluline oma koodi optimeerida ja arvestada brauseritevahelise ühilduvusega:

Jõudluse optimeerimine:

• Valige õige koodek: H.264, VP9 ja AV1 pakuvad erinevaid kompromisse tihendamise tõhususe ja kodeerimise/dekodeerimise keerukuse vahel. Valige koodek, mis sobib teie vajadustega kõige paremini. Arvestage iga koodeki brauseritoega; AV1, pakkudes paremat tihendust, ei pruugi olla universaalselt toetatud.
• Konfigureerige kodeerija ja dekooder: Konfigureerige hoolikalt kodeerimisparameetrid (nt bitikiirus, kaadrisagedus, kvaliteet), et tasakaalustada jõudlust ja kvaliteeti.
• Kasutage WebAssembly't (Wasm): Arvutusmahukate ülesannete jaoks kaaluge WebAssembly kasutamist peaaegu omamaise jõudluse saavutamiseks. WebAssembly't saab kasutada kohandatud koodekite või pilditöötlusalgoritmide rakendamiseks.
• Minimeerige mälueraldusi: Vältige tarbetuid mälueraldusi ja -vabastusi, et vähendada prügikoristuse lisakulu. Taaskasutage puhvreid alati, kui see on võimalik.
• Töötajate lõimed (Worker Threads): Suunake arvutusmahukad ülesanded töötajate lõimedele, et vältida peamise lõime blokeerimist ja säilitada reageeriv kasutajaliides. See on eriti oluline kodeerimis- ja dekodeerimistoimingute puhul.

Brauseritevaheline ühilduvus:

• Funktsioonide tuvastamine: Kasutage funktsioonide tuvastamist, et teha kindlaks, kas brauser toetab WebCodecs'i.
• Koodekite tugi: Kontrollige, milliseid koodekeid brauser toetab, enne kui proovite neid kasutada. Brauserid võivad toetada erinevaid koodekeid ja profiile.
• Polüfillid (Polyfills): Kaaluge polüfillide kasutamist, et pakkuda WebCodecs'i funktsionaalsust vanemates brauserites. Siiski ei pruugi polüfillid pakkuda sama jõudlustaset kui omamaised implementatsioonid.
• User Agent'i nuusutamine: Kuigi üldiselt ei soovitata, võib user agent'i nuusutamine mõnel juhul olla vajalik brauserispetsiifiliste vigade või piirangute ümber käimiseks. Kasutage seda säästlikult ja ettevaatlikult.

Latentsusprobleemide lahendamine reaalajas rakendustes

Latentsus on reaalajas meediarakendustes kriitiline tegur. Siin on mitu strateegiat latentsuse minimeerimiseks WebCodecs'i kasutamisel:

• Minimeerige puhverdamist: Vähendage puhverdamise hulka kodeerimis- ja dekodeerimisvoogudes. Väiksemad puhvrid toovad kaasa madalama latentsuse, kuid võivad suurendada ka kaadrite kaotamise riski.
• Kasutage madala latentsusega koodekeid: Mõned koodekid on loodud madala latentsusega rakenduste jaoks. Kaaluge koodekite nagu VP8 või H.264 kasutamist spetsiifiliste madala latentsusega profiilidega.
• Optimeerige võrgutransporti: Kasutage tõhusaid võrguprotokolle nagu WebRTC, et minimeerida võrgu latentsust.
• Vähendage töötlemisaega: Optimeerige oma koodi, et minimeerida iga kaadri töötlemiseks kuluvat aega. See hõlmab kodeerimise, dekodeerimise ja muude pilditöötlustoimingute optimeerimist.
• Kaadrite vahelejätmine: Äärmuslikel juhtudel kaaluge kaadrite vahelejätmist madala latentsuse säilitamiseks. See võib olla elujõuline strateegia, kui võrgutingimused on halvad või töötlemisvõimsus on piiratud.

WebCodecs'i tulevik: esilekerkivad suundumused ja tehnoloogiad

WebCodecs on suhteliselt uus API ja selle võimalused arenevad pidevalt. Siin on mõned esilekerkivad suundumused ja tehnoloogiad, mis on seotud WebCodecs'iga:

• AV1 kasutuselevõtt: AV1 on järgmise põlvkonna videokoodek, mis pakub H.264 ja VP9-ga võrreldes paremat tihendamise tõhusust. Kuna brauserite tugi AV1-le suureneb, saab sellest paljude WebCodecs'i rakenduste eelistatud koodek.
• Riistvaraline kiirendus: Brauserid kasutavad üha enam riistvaralist kiirendust WebCodecs'i kodeerimiseks ja dekodeerimiseks. See parandab veelgi jõudlust ja vähendab energiatarbimist.
• Integreerimine WebAssembly'ga: WebAssembly't kasutatakse kohandatud koodekite ja pilditöötlusalgoritmide rakendamiseks, laiendades WebCodecs'i võimalusi.
• Standardimisalased jõupingutused: WebCodecs API-t täiustab ja standardiseerib pidevalt World Wide Web Consortium (W3C).
• Tehisintellektil põhinev meediatöötlus: Integreerimine masinõppemudelitega ülesannete jaoks nagu intelligentne kodeerimine, sisuteadlik skaleerimine ja automatiseeritud videotöötlus. Näiteks videote automaatne kärpimine erinevate kuvasuhetega sobitamiseks või videokvaliteedi parandamine üleresolutsiooni tehnikate abil.

WebCodecs ja juurdepääsetavus: kaasavate meediakogemuste tagamine

WebCodecs'iga meediarakendusi luues on ülioluline arvestada puuetega kasutajate juurdepääsetavusega:

• Subtiitrid ja pealkirjad: Pakkuge kogu videosisule subtiitreid ja pealkirju. WebCodecs'i saab kasutada subtiitrite dünaamiliseks genereerimiseks helianalüüsi põhjal.
• Audiokirjeldused: Pakkuge nägemispuudega kasutajatele audiokirjeldusi. Audiokirjeldused jutustavad video visuaalseid elemente.
• Klaviatuuriga navigeerimine: Veenduge, et kõik juhtnupud oleksid klaviatuuriga navigeerimise kaudu juurdepääsetavad.
• Ekraanilugeja ühilduvus: Testige oma rakendust ekraanilugejatega, et tagada selle nõuetekohane juurdepääsetavus.
• Värvikontrastsus: Kasutage piisavat värvikontrastsust, et sisu oleks nägemispuudega kasutajatele loetav.

Globaalsed kaalutlused WebCodecs'i arendamisel

WebCodecs'i rakendusi globaalsele publikule arendades arvestage järgmisega:

• Erinevad võrgutingimused: Optimeerige oma rakendus erinevate võrgutingimuste jaoks, sealhulgas madala ribalaiuse ja kõrge latentsusega ühenduste jaoks. Kaaluge adaptiivset bitikiiruse voogedastust, et kohandada videokvaliteeti võrgutingimustest lähtuvalt. See on eriti oluline arengumaade kasutajatele, kellel on piiratud interneti infrastruktuur.
• Piirkondlikud sisupiirangud: Olge teadlik piirkondlikest sisupiirangutest ja litsentsilepingutest. Mõni sisu ei pruugi teatud riikides saadaval olla.
• Keeletugi: Pakkuge tuge mitmele keelele. See hõlmab kasutajaliidese tõlkimist ning subtiitrite ja pealkirjade pakkumist erinevates keeltes.
• Kultuuriline tundlikkus: Olge teadlik kultuurilistest erinevustest ja vältige sisu, mis võib olla teatud sihtrühmadele solvav või sobimatu.
• Juurdepääsetavuse standardid: Järgige rahvusvahelisi juurdepääsetavuse standardeid, nagu WCAG (Web Content Accessibility Guidelines).

Kokkuvõte: WebCodecs – murranguline muutus frontend meediatöötluses

WebCodecs esindab olulist edasiminekut frontend veebiarenduses, andes arendajatele võimaluse luua keerukaid reaalajas meediavooge otse brauseris. Pakkudes madala taseme juurdepääsu koodekitele, avab WebCodecs laia valiku võimalusi interaktiivsete ja kaasahaaravate meediakogemuste loomiseks. Kuna brauserite tugi WebCodecs'ile jätkab kasvamist, muutub see üha olulisemaks tööriistaks frontend arendajatele, kes loovad järgmise põlvkonna meediarakendusi.

Ükskõik, kas ehitate videokonverentsiplatvormi, otseülekandeteenust või veebipõhist videoredaktorit, pakub WebCodecs jõudlust, paindlikkust ja kontrolli, mida vajate tõeliselt uuenduslike ja kaasahaaravate meediakogemuste loomiseks globaalsele publikule.