WebCodecs VideoFrame'i täiustamise torujuhe: mitmeastmeline videotöötlus

WebCodecs muudab põhjalikult seda, kuidas me veebis meediat käsitleme. See võimaldab juurdepääsu video- ja helikoodekitele madalal tasemel, avades võimalused jõudluse ja keerukate meediarakenduste loomiseks otse brauseris. Üks põnevamaid WebCodecside rakendusi on kohandatud videotöötlustorujuhtmete loomine reaalajas täiustamiseks, filtreerimiseks ja analüüsimiseks. See artikkel süveneb mitmeastmelise videotöötlustorujuhtme loomisesse, kasutades WebCodecse, uurides põhikontseptsioone, tehnikaid ja praktilisi kaalutlusi.

Mis on VideoFrame?

WebCodecside keskmes on objekt VideoFrame. Mõtle sellele kui lõuendile, mis esindab ühte videokaadrit. Erinevalt traditsioonilistest videoelementidest, mis abstraheerivad aluseks olevad andmed, pakub VideoFrame otsest juurdepääsu piksliandmetele, võimaldades manipuleerimist ja töötlemist granulariseeritud tasemel. See juurdepääs on oluline kohandatud videotöötlustorujuhtmete loomisel.

VideoFrame'i peamised omadused:

• Toored piksliandmed: Sisaldab tegelikke piksliandmeid kindlas formaadis (nt YUV, RGB).
• Metaandmed: Sisaldab teavet nagu ajatempel, kodeeritud laius, kodeeritud kõrgus, kuvamise laius, kuvamise kõrgus ja värviruum.
• Üle kantav: Saab tõhusalt üle kanda teie rakenduse erinevate osade vahel või isegi veebitöötajatele pealiinilõime välise töötlemise jaoks.
• Suletav: Peab olema selgesõnaliselt suletud ressursside vabastamiseks, vältides mälulekkeid.

Mitmeastmelise videotöötlustorujuhtme ehitamine

Mitmeastmeline videotöötlustorujuhe hõlmab videote täiustamise protsessi jagamist mitmeks erinevaks sammuks või astmeks. Iga aste teostab konkreetse transformatsiooni VideoFrame'ile, näiteks filtri rakendamine, heleduse reguleerimine või servade tuvastamine. Ühe astme väljund muutub järgmise sisendiks, luues toimingute ahela.

Siin on tüüpiline videotöötlustorujuhtme struktuur:

1. Sisendi aste: Saab toored videoandmed allikast, nagu kaameravoog (getUserMedia), videofail või kaugvoog. Teisendab selle sisendi VideoFrame objektideks.
2. Töötlemise astmed: Rida etappe, mis teostavad konkreetseid videotransformatsioone. Need võivad sisaldada:
   • Värviparandus: Heleduse, kontrasti, küllastuse ja tooni reguleerimine.
   • Filtreerimine: Udususe, teravustamise või servade tuvastamise filtrite rakendamine.
   • Efektid: Visuaalsete efektide lisamine, nagu seepia toon, halltoonid või värvide inverteerimine.
   • Analüüs: Arvutinägemise ülesannete, nagu objektide tuvastamine või liikumise jälgimine, teostamine.
3. Väljundi aste: Võtab töödeldud VideoFrame'i ja renderdab selle ekraanile (nt <canvas> element) või kodeerib selle salvestamiseks või edastamiseks.

Näide: Lihtne kaheastmeline torujuhe (halltoonid ja heleduse reguleerimine)

Illustreerime seda lihtsa näitega, mis hõlmab kahte etappi: videokaadri teisendamine halltoonidesse ja seejärel selle heleduse reguleerimine.

1. aste: halltoonidesse teisendamine

See aste teisendab värvilise VideoFrame'i halltoonidesse.

            async function toGrayscale(frame) {
  const width = frame.codedWidth;
  const height = frame.codedHeight;
  const bitmap = await createImageBitmap(frame);
  const canvas = new OffscreenCanvas(width, height);
  const ctx = canvas.getContext('2d');
  ctx.drawImage(bitmap, 0, 0);

  const imageData = ctx.getImageData(0, 0, width, height);
  const data = imageData.data;

  for (let i = 0; i < data.length; i += 4) {
    const avg = (data[i] + data[i + 1] + data[i + 2]) / 3;
    data[i] = avg;    // Punane
    data[i + 1] = avg; // Roheline
    data[i + 2] = avg; // Sinine
  }

  ctx.putImageData(imageData, 0, 0);
  bitmap.close();
  frame.close();

  return new VideoFrame(canvas.transferToImageBitmap(), { timestamp: frame.timestamp });
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. aste: heleduse reguleerimine

See aste reguleerib halltoonides VideoFrame'i heledust.

            async function adjustBrightness(frame, brightness) {
  const width = frame.codedWidth;
  const height = frame.codedHeight;
  const bitmap = await createImageBitmap(frame);
  const canvas = new OffscreenCanvas(width, height);
  const ctx = canvas.getContext('2d');
  ctx.drawImage(bitmap, 0, 0);

  const imageData = ctx.getImageData(0, 0, width, height);
  const data = imageData.data;

  for (let i = 0; i < data.length; i += 4) {
    data[i] = Math.max(0, Math.min(255, data[i] + brightness));     // Punane
    data[i + 1] = Math.max(0, Math.min(255, data[i + 1] + brightness)); // Roheline
    data[i + 2] = Math.max(0, Math.min(255, data[i + 2] + brightness)); // Sinine
  }

  ctx.putImageData(imageData, 0, 0);
  bitmap.close();
  frame.close();

  return new VideoFrame(canvas.transferToImageBitmap(), { timestamp: frame.timestamp });
}

            

              
                Copy
              
            
          

Torujuhtme integreerimine

Täielik torujuhe hõlmaks videokaadri toomist, selle läbimist halltoonidesse teisendamisega, seejärel heleduse reguleerimisega ja lõpuks renderdamist lõuendile.

            async function processVideoFrame(frame) {
  let grayscaleFrame = await toGrayscale(frame);
  let brightenedFrame = await adjustBrightness(grayscaleFrame, 50); // Näide heleduse reguleerimisest

  // Renderda brightenedFrame lõuendile
  renderFrameToCanvas(brightenedFrame);

  brightenedFrame.close();
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tähtis: Pea alati meeles oma VideoFrame ja ImageBitmap objekte close()'da, et vältida mälulekkeid!

Põhilised kaalutlused WebCodecs torujuhtmete ehitamisel

Tõhusate ja robustsete WebCodecs torujuhtmete ehitamine nõuab mitmete tegurite hoolikat kaalumist:

1. Jõudluse optimeerimine

Videotöötlus võib olla arvutuslikult intensiivne. Siin on mõned optimeerimistehnikad:

• Välise pealiini lõime töötlemine: Kasutage veebitöötajaid arvutuslikult kallite ülesannete teisaldamiseks pealiinist välja, vältides kasutajaliidese blokeerimist.
• Mälu haldamine: Hallake hoolikalt mälu, sulgedes VideoFrame ja ImageBitmap objektid viivitamatult pärast kasutamist. Vältige tarbetut objektide loomist.
• Algoritmi valik: Valige tõhusad algoritmid videotöötlusülesannete jaoks. Näiteks värvide transformatsioonide puhul võib otsingu tabelite kasutamine olla kiirem kui piksli-haaval arvutused.
• Vektoreerimine (SIMD): Uurige SIMD (Single Instruction, Multiple Data) juhiste kasutamist arvutuste paralleelseks tegemiseks mitmel pikslil korraga. Mõned JavaScripti teegid pakuvad SIMD-võimeid.
• Lõuendi optimeerimine: Kaaluge OffscreenCanvas'i kasutamist renderdamiseks, et vältida pealiini blokeerimist. Optimeerige lõuendi joonistamistoiminguid.

2. Veahaldus

Rakendage robustne veahaldus, et sujuvalt käsitleda võimalikke probleeme, nagu koodekivigad, vigased sisendandmed või ressursside ammendumine.

• Try-Catch blokid: Kasutage try...catch bloke, et püüda erandeid, mis võivad tekkida videotöötluse ajal.
• Lubade tagasilükkamise haldamine: Hallake nõuetekohaselt lubade tagasilükkamist asünkroonsetes toimingutes.
• Koodeki tugi: Kontrollige koodeki tuge enne video dekodeerimise või kodeerimise katsetamist.

3. Koodeki valik

Koodeki valik sõltub teguritest, nagu soovitud videokvaliteet, tihendussuhe ja brauseri ühilduvus. WebCodecs toetab mitmesuguseid koodekeid, sealhulgas VP8, VP9 ja AV1.

• Brauseri ühilduvus: Veenduge, et valitud koodek on sihtbrauserite poolt toetatud.
• Jõudlus: Erinevatel koodekitel on erinevad jõudlusomadused. Katsetage, et leida oma rakenduse jaoks parim koodek.
• Kvaliteet: Kaaluge soovitud videokvaliteeti koodeki valimisel. Kõrgema kvaliteediga koodekid nõuavad tavaliselt rohkem töötlemisvõimsust.
• Litsentsimine: Olge teadlik erinevate koodekite litsentsimise tagajärgedest.

4. Kaadrisagedus ja ajastus

Ühtlase kaadrisageduse säilitamine on sujuva video taasesituse jaoks ülioluline. WebCodecs pakub mehhanisme videote töötlemise kaadrisageduse ja ajastuse kontrollimiseks.

• Ajamargid: Kasutage VideoFrame'i omadust timestamp, et sünkroonida videotöötlus videovooga.
• RequestAnimationFrame: Kasutage requestAnimationFrame'i, et ajastada renderdusvärskendused brauseri jaoks optimaalse kaadrisageduse juures.
• Kaadri mahajätmine: Rakendage kaadri mahajätmise strateegiad, kui töötlemise torujuhe ei suuda sissetuleva kaadrisagedusega sammu pidada.

5. Internationaliseerimine ja lokaliseerimine

Globaalsele publikule video rakenduste loomisel kaaluge järgmist:

• Keele tugi: Pakkuge kasutajaliideses tuge mitmele keelele.
• Kuupäeva- ja kellaajavormingud: Kasutage kasutaja lokaadi jaoks sobivaid kuupäeva- ja kellaajavorminguid.
• Kultuuriline tundlikkus: Arvestage kultuuriliste erinevustega kasutajaliidese ja sisu kujundamisel.

6. Juurdepääsetavus

Veenduge, et teie video rakendused on puuetega kasutajatele kättesaadavad.

• Subtiitrid ja pealdised: Pakkuge videotele subtiitreid ja pealdisi.
• Helikirjeldused: Pakkuge videotele helikirjeldusi, mis kirjeldavad visuaalset sisu.
• Klaviatuuri navigeerimine: Veenduge, et rakendust saab navigeerida klaviatuuri abil.
• Ekraanilugeja ühilduvus: Veenduge, et rakendus on ühilduv ekraanilugejatega.

Reaalmaailma rakendused

WebCodecs-põhised videotöötlustorujuhtmed on laiaulatuslikud rakendused:

• Videokonverentsid: Reaalajas video täiustamine, tausta hägustamine ja müra vähendamine. Kujutage ette videokonverentsisüsteemi, mis reguleerib automaatselt valgustust ja rakendab taustale peenekoelise hägususe, parandades kasutaja välimust ja minimeerides häireid.
• Videotöötlus: Kohandatud videoefektide ja filtrite loomine veebipõhistes videotöötlusprogrammides. Näiteks veebipõhine redaktor võiks pakkuda täiustatud värvide gradatsiooni tööriistu, mida toetavad WebCodecs, võimaldades kasutajatel oma videote välimust ja tunnetust otse brauseris peenhäälestada.
• Reaalajas voogedastus: Reaalajas efektide ja ülekattematerjalide lisamine reaalajas videovoogudele. Mõelge reaalajas voogedastusplatvormidele, mis võimaldavad kasutajatel lisada oma saadetele reaalajas dünaamilisi filtreid, animeeritud ülekattematerjale või isegi interaktiivseid elemente.
• Arvutinägemine: Reaalajas objektide tuvastamine, näotuvastus ja muud arvutinägemise ülesanded brauseris. Kaaluge turvarakendust, mis kasutab WebCodecse turvakaamerate videovoo analüüsimiseks ja kahtlase tegevuse tuvastamiseks reaalajas.
• Liitreaalsus (AR): Videovoogude integreerimine AR-i ülekattematerjalide ja efektidega. Kujutage ette veebipõhist AR-rakendust, mis kasutab WebCodecse video jäädvustamiseks kasutaja kaamerast ja virtuaalsete objektide paigutamiseks stseenile reaalajas.
• Kaugkoostöö tööriistad: Parandage videokvaliteeti madala ribalaiusega keskkondades, kasutades tehnikaid nagu ülisuhtlus. See on eriti kasulik ülemaailmsetele meeskondadele, kes teevad koostööd piiratud interneti infrastruktuuriga piirkondades.

Näited kogu maailmast

Vaatleme mõningaid potentsiaalseid näiteid, kuidas WebCodecside video täiustamise torujuhtmeid saaks kasutada erinevates piirkondades:

• Aasia: Kaug- ja maapiirkonnas, kus on piiratud ribalaius, saaks telemeditsiini platvorm kasutada WebCodecse, et optimeerida videokvaliteeti kaugkonsultatsioonide jaoks, tagades selge suhtluse arstide ja patsientide vahel. Torujuhe võiks seada esikohale olulised üksikasjad, minimeerides samal ajal ribalaiuse tarbimist.
• Aafrika: Haridusplatvorm saaks kasutada WebCodecse, et pakkuda interaktiivseid videotunde reaalajas keele tõlke ja ekraanile märkustega, muutes õppimise kättesaadavamaks õpilastele erinevates keelekogukondades. Videotorujuhe võiks dünaamiliselt kohandada subtiitreid vastavalt kasutaja keele-eelistusele.
• Euroopa: Muuseum võiks kasutada WebCodecse interaktiivsete näituste loomiseks, millel on liitreaalsuse elemendid, võimaldades külastajatel ajaloolisi esemeid ja keskkondi kaasahaaravamalt uurida. Külastajad saaksid kasutada oma nutitelefone esemete skaneerimiseks ja AR-i ülekattematerjalide käivitamiseks, mis pakuvad lisateavet ja konteksti.
• Põhja-Ameerika: Ettevõte võiks kasutada WebCodecse, et arendada kaasavamat videokonverentsi platvormi, pakkudes funktsioone nagu automaatne viipekeele tõlge ja reaalajas transkriptsioon kurdi ja kuulmispuudega kasutajatele.
• Lõuna-Ameerika: Põllumehed saaksid kasutada droone, mis on varustatud WebCodecsidega töötava videoanalüüsiga, et jälgida põllukultuuride tervist ja tuvastada kahjureid reaalajas, võimaldades tõhusamaid ja jätkusuutlikumaid põllumajandustavasid. Süsteem võiks tuvastada piirkondi, kus on toitainete puudus või kahjurite nakatumine, ja hoiatada põllumehi parandusmeetmete võtmisest.

Järeldus

WebCodecs avab uue ajastu veebipõhiseks meediatöötluseks. Kasutades VideoFrame'i võimsust ja ehitades mitmeastmelisi töötlemise torujuhtmeid, saavad arendajad luua keerukaid video rakendusi, mida varem ei olnud brauseris võimalik saavutada. Kuigi jõudluse optimeerimise ja koodeki toetusega seotud väljakutsed eksisteerivad, on paindlikkuse, juurdepääsetavuse ja reaalajas töötlemise potentsiaalsed eelised tohutud. Kuna WebCodecs areneb edasi ja levib laiemalt, võime oodata veelgi uuenduslikumate ja mõjusamate rakenduste tekkimist, muutes viisi, kuidas me veebis videoga suhtleme.

Edasine uurimine

• WebCodecs API dokumentatsioon
• WebCodecs proovid GitHubis
• Web.dev artikkel WebCodecside kohta