پردازش استریم WebCodecs در فرانت‌اند: ساخت پایپ‌لاین‌های رسانه‌ای بلادرنگ

وب مدت‌هاست که پلتفرمی برای مصرف رسانه بوده است، اما تا همین اواخر، ایجاد برنامه‌های رسانه‌ای پیچیده و بلادرنگ مستقیماً در مرورگر یک چالش بزرگ بود. APIهای وب سنتی اغلب فاقد کنترل سطح پایین و عملکرد لازم برای کارهایی مانند کنفرانس ویدیویی، پخش زنده و ویرایش پیشرفته صوتی/تصویری بودند. WebCodecs با فراهم کردن دسترسی مستقیم توسعه‌دهندگان فرانت‌اند به کدک‌های مبتنی بر مرورگر، این چشم‌انداز را تغییر می‌دهد و راه را برای ساخت پایپ‌لاین‌های رسانه‌ای قدرتمند، کارآمد و قابل تنظیم باز می‌کند.

WebCodecs چیست؟

WebCodecs یک API جاوا اسکریپت است که دسترسی سطح پایین به کدک‌های ویدیویی و صوتی در مرورگر را فراهم می‌کند. این بدان معناست که توسعه‌دهندگان اکنون می‌توانند داده‌های رسانه‌ای را مستقیماً در مرورگر انکد، دیکد و پردازش کنند، بدون اینکه برای بسیاری از کارهای رایج به پلاگین‌های خارجی یا پردازش سمت سرور متکی باشند. این امر طیف گسترده‌ای از امکانات را برای ایجاد تجربیات رسانه‌ای تعاملی و فراگیر باز می‌کند.

مزایای کلیدی WebCodecs:

• عملکرد: دسترسی بومی به کدک‌ها امکان بهبود قابل توجه عملکرد را در مقایسه با رویکردهای قبلی فراهم می‌کند.
• تأخیر کم: WebCodecs پردازش رسانه‌ای با تأخیر کم را امکان‌پذیر می‌سازد که برای برنامه‌های بلادرنگ مانند کنفرانس ویدیویی و پخش زنده حیاتی است.
• انعطاف‌پذیری: توسعه‌دهندگان کنترل دقیقی بر پارامترهای انکدینگ و دیکدینگ دارند که امکان سفارشی‌سازی و بهینه‌سازی برای موارد استفاده خاص را فراهم می‌کند.
• دسترس‌پذیری: WebCodecs یک API وب استاندارد است که سازگاری گسترده را در مرورگرهای مدرن تضمین می‌کند.

درک اجزای اصلی

برای استفاده مؤثر از WebCodecs، درک اجزای اصلی آن مهم است:

• VideoEncoder: مسئول انکد کردن فریم‌های ویدیویی خام به یک فرمت فشرده (مانند H.264، VP9، AV1).
• VideoDecoder: مسئول دیکد کردن داده‌های ویدیویی فشرده به فریم‌های ویدیویی خام.
• AudioEncoder: مسئول انکد کردن داده‌های صوتی خام به یک فرمت فشرده (مانند Opus، AAC).
• AudioDecoder: مسئول دیکد کردن داده‌های صوتی فشرده به داده‌های صوتی خام.
• EncodedVideoChunk: نماینده یک فریم ویدیویی انکد شده.
• EncodedAudioChunk: نماینده یک فریم صوتی انکد شده.
• VideoFrame: نماینده یک فریم ویدیویی خام و غیرفشرده.
• AudioData: نماینده داده‌های صوتی خام و غیرفشرده.
• MediaStreamTrackProcessor: یک MediaStreamTrack (از دوربین یا میکروفون) را می‌گیرد و دسترسی به داده‌های صوتی یا ویدیویی خام را به عنوان اشیاء VideoFrame یا AudioData فراهم می‌کند.
• MediaStreamTrackGenerator: به شما امکان می‌دهد یک MediaStreamTrack جدید از داده‌های صوتی یا ویدیویی پردازش شده ایجاد کنید که سپس می‌تواند نمایش داده یا استریم شود.

ساخت یک پایپ‌لاین ویدیویی بلادرنگ ساده: یک مثال عملی

بیایید قدرت WebCodecs را با یک مثال ساده از یک پایپ‌لاین ویدیویی بلادرنگ نشان دهیم. این مثال ویدیو را از وب‌کم ضبط می‌کند، آن را با استفاده از WebCodecs انکد می‌کند، دیکد می‌کند و سپس ویدیوی دیکد شده را در یک عنصر canvas جداگانه نمایش می‌دهد. توجه داشته باشید که این یک مثال پایه است و برای استفاده در محیط پروداکشن به مدیریت خطا و پیکربندی‌های قوی‌تری نیاز دارد.

۱. ضبط ویدیو از وب‌کم

ابتدا، باید با استفاده از API getUserMedia به وب‌کم کاربر دسترسی پیدا کنیم:

            
async function startWebcam() {
  try {
    const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({ video: true, audio: false });
    const videoElement = document.getElementById('webcamVideo'); // Assuming you have a 
            

              
                Copy
              
            
          

۲. راه‌اندازی انکدر و دیکدر

سپس، باید VideoEncoder و VideoDecoder را راه‌اندازی کنیم. ما از کدک H.264 برای این مثال استفاده خواهیم کرد، اما بسته به پشتیبانی مرورگر و نیازهای خاص خود، می‌توانید از VP9 یا AV1 نیز استفاده کنید.

            
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 => {
      // Assuming you have a  element with id="outputCanvas"
      const canvas = document.getElementById('outputCanvas');
      const ctx = canvas.getContext('2d');
      ctx.drawImage(frame, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
      frame.close(); // Important to release the frame
    },
    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, Level 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
              
            
          

نکات مهم در مورد پیکربندی:

• رشته codec بسیار مهم است. این رشته کدک و پروفایل مورد استفاده را مشخص می‌کند. برای لیست کامل کدک‌ها و پروفایل‌های پشتیبانی شده، به مستندات WebCodecs مراجعه کنید.
• width و height باید با ابعاد ویدیوی ورودی مطابقت داشته باشند.
• framerate و bitrate را می‌توان برای کنترل کیفیت و میزان استفاده از پهنای باند تنظیم کرد.

۳. انکدینگ و دیکدینگ فریم‌ها

اکنون، می‌توانیم فریم‌ها را از استریم وب‌کم بخوانیم، آن‌ها را انکد کرده و سپس دیکد کنیم. فریم‌های دیکد شده سپس روی یک عنصر canvas رسم می‌شوند.

            
async function processFrames(reader, videoEncoder) {
  try {
    while (true) {
      const { done, value } = await reader.read();
      if (done) {
        break;
      }
      videoEncoder.encode(value);
      value.close(); //Important to release the frame
    }
  } catch (error) {
    console.error('Error processing frames:', error);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

۴. کنار هم قرار دادن همه چیز

در نهایت، می‌توانیم تمام این توابع را برای شروع پایپ‌لاین ویدیو فراخوانی کنیم:

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

main();

            

              
                Copy
              
            
          

این یک مثال ساده است و شما باید مدیریت خطا را اضافه کنید، انکدر و دیکدر را به درستی پیکربندی کنید و پیاده‌سازی‌های مختلف مرورگرها را مدیریت کنید. با این حال، این مثال اصول اولیه استفاده از WebCodecs برای ایجاد یک پایپ‌لاین ویدیویی بلادرنگ را نشان می‌دهد.

موارد استفاده پیشرفته و کاربردها

WebCodecs راه را برای طیف گسترده‌ای از موارد استفاده پیشرفته باز می‌کند:

• کنفرانس ویدیویی: ساخت راه‌حل‌های سفارشی کنفرانس ویدیویی با ویژگی‌های پیشرفته مانند محو کردن پس‌زمینه، حذف نویز و اشتراک‌گذاری صفحه. توانایی کنترل دقیق پارامترهای انکدینگ، بهینه‌سازی برای محیط‌های با پهنای باند کم را ممکن می‌سازد که برای کاربران با دسترسی محدود به اینترنت در مناطقی مانند جنوب شرقی آسیا یا آفریقا حیاتی است.
• پخش زنده: ایجاد پلتفرم‌های پخش زنده با تأخیر کم برای بازی، ورزش و رویدادهای دیگر. WebCodecs امکان پخش با بیت‌ریت تطبیقی را فراهم می‌کند و کیفیت ویدیو را به صورت پویا بر اساس شرایط شبکه بیننده تنظیم می‌کند.
• ویرایش ویدیو: توسعه ابزارهای ویرایش ویدیوی مبتنی بر وب با قابلیت‌های پیشرفته مانند افکت‌های بلادرنگ، ترنزیشن‌ها و کامپوزیتینگ. این می‌تواند برای تولیدکنندگان محتوا در کشورهای در حال توسعه که ممکن است به نرم‌افزارهای گران‌قیمت دسکتاپ دسترسی نداشته باشند، مفید باشد.
• واقعیت افزوده (AR) و واقعیت مجازی (VR): پردازش استریم‌های ویدیویی از دوربین‌ها برای برنامه‌های AR/VR، که امکان تجربیات فراگیر و تعاملی را فراهم می‌کند. این شامل قرار دادن اطلاعات دیجیتال بر روی دنیای واقعی (AR) و ایجاد محیط‌های کاملاً مجازی (VR) است.
• یادگیری ماشین: پیش‌پردازش داده‌های ویدیویی برای مدل‌های یادگیری ماشین، مانند تشخیص اشیاء و تشخیص چهره. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل فیلم‌های نظارتی برای اهداف امنیتی یا ارائه خدمات رونویسی خودکار.
• بازی ابری (Cloud Gaming): استریم بازی‌ها از ابر با تأخیر کم، که به گیمرها امکان می‌دهد بازی‌های سنگین را روی دستگاه‌های کم‌قدرت اجرا کنند.

بهینه‌سازی برای عملکرد و سازگاری بین مرورگرها

در حالی که WebCodecs مزایای عملکردی قابل توجهی ارائه می‌دهد، بهینه‌سازی کد و در نظر گرفتن سازگاری بین مرورگرها مهم است:

بهینه‌سازی عملکرد:

• انتخاب کدک مناسب: H.264، VP9 و AV1 هر کدام توازن متفاوتی بین کارایی فشرده‌سازی و پیچیدگی انکدینگ/دیکدینگ ارائه می‌دهند. کدکی را انتخاب کنید که به بهترین وجه با نیازهای شما مطابقت دارد. پشتیبانی مرورگر از هر کدک را در نظر بگیرید؛ AV1، در حالی که فشرده‌سازی برتری ارائه می‌دهد، ممکن است به طور جهانی پشتیبانی نشود.
• پیکربندی انکدر و دیکدر: پارامترهای انکدینگ (مانند بیت‌ریت، فریم‌ریت، کیفیت) را با دقت پیکربندی کنید تا بین عملکرد و کیفیت تعادل برقرار کنید.
• استفاده از WebAssembly (Wasm): برای کارهای محاسباتی سنگین، استفاده از WebAssembly را برای دستیابی به عملکردی نزدیک به بومی در نظر بگیرید. WebAssembly می‌تواند برای پیاده‌سازی کدک‌های سفارشی یا الگوریتم‌های پردازش تصویر استفاده شود.
• به حداقل رساندن تخصیص حافظه: از تخصیص و آزادسازی غیرضروری حافظه برای کاهش سربار جمع‌آوری زباله (garbage collection) خودداری کنید. هر زمان که ممکن است از بافرها مجدداً استفاده کنید.
• Worker Threads: کارهای محاسباتی سنگین را به worker threadها منتقل کنید تا از مسدود شدن thread اصلی جلوگیری کرده و رابط کاربری واکنش‌گرا را حفظ کنید. این امر به ویژه برای عملیات انکدینگ و دیکدینگ مهم است.

سازگاری بین مرورگرها:

• تشخیص ویژگی (Feature Detection): از تشخیص ویژگی برای تعیین اینکه آیا WebCodecs توسط مرورگر پشتیبانی می‌شود یا خیر، استفاده کنید.
• پشتیبانی از کدک: قبل از تلاش برای استفاده از کدک‌ها، بررسی کنید که کدام کدک‌ها توسط مرورگر پشتیبانی می‌شوند. مرورگرها ممکن است از کدک‌ها و پروفایل‌های متفاوتی پشتیبانی کنند.
• Polyfillها: استفاده از polyfillها را برای ارائه عملکرد WebCodecs در مرورگرهای قدیمی‌تر در نظر بگیرید. با این حال، polyfillها ممکن است سطح عملکردی مشابه پیاده‌سازی‌های بومی را ارائه ندهند.
• تشخیص User Agent: اگرچه به طور کلی توصیه نمی‌شود، اما تشخیص user agent ممکن است در برخی موارد برای دور زدن باگ‌ها یا محدودیت‌های خاص مرورگر ضروری باشد. از آن با احتیاط و به ندرت استفاده کنید.

پرداختن به نگرانی‌های تأخیر در برنامه‌های بلادرنگ

تأخیر یک عامل حیاتی در برنامه‌های رسانه‌ای بلادرنگ است. در اینجا چندین استراتژی برای به حداقل رساندن تأخیر هنگام استفاده از WebCodecs آورده شده است:

• به حداقل رساندن بافرینگ: میزان بافرینگ در پایپ‌لاین‌های انکدینگ و دیکدینگ را کاهش دهید. بافرهای کوچکتر منجر به تأخیر کمتر می‌شوند اما ممکن است خطر از دست رفتن فریم‌ها را نیز افزایش دهند.
• استفاده از کدک‌های با تأخیر کم: برخی از کدک‌ها برای برنامه‌های با تأخیر کم طراحی شده‌اند. استفاده از کدک‌هایی مانند VP8 یا H.264 با پروفایل‌های خاص تأخیر کم را در نظر بگیرید.
• بهینه‌سازی انتقال شبکه: از پروتکل‌های شبکه کارآمد مانند WebRTC برای به حداقل رساندن تأخیر شبکه استفاده کنید.
• کاهش زمان پردازش: کد خود را برای به حداقل رساندن زمان صرف شده برای پردازش هر فریم بهینه کنید. این شامل بهینه‌سازی انکدینگ، دیکدینگ و هرگونه عملیات پردازش تصویر دیگر است.
• حذف فریم (Frame Dropping): در موارد شدید، حذف فریم‌ها را برای حفظ تأخیر کم در نظر بگیرید. این می‌تواند یک استراتژی عملی باشد زمانی که شرایط شبکه ضعیف است یا قدرت پردازش محدود است.

آینده WebCodecs: روندها و فناوری‌های نوظهور

WebCodecs یک API نسبتاً جدید است و قابلیت‌های آن به طور مداوم در حال تحول است. در اینجا برخی از روندها و فناوری‌های نوظهور مربوط به WebCodecs آورده شده است:

• پذیرش AV1: AV1 یک کدک ویدیویی نسل بعدی است که کارایی فشرده‌سازی برتری نسبت به H.264 و VP9 ارائه می‌دهد. با افزایش پشتیبانی مرورگرها از AV1، این کدک به کدک ترجیحی برای بسیاری از برنامه‌های WebCodecs تبدیل خواهد شد.
• شتاب‌دهنده سخت‌افزاری: مرورگرها به طور فزاینده‌ای از شتاب‌دهنده سخت‌افزاری برای انکدینگ و دیکدینگ WebCodecs استفاده می‌کنند. این امر باعث بهبود بیشتر عملکرد و کاهش مصرف انرژی خواهد شد.
• ادغام با WebAssembly: WebAssembly برای پیاده‌سازی کدک‌های سفارشی و الگوریتم‌های پردازش تصویر استفاده می‌شود و قابلیت‌های WebCodecs را گسترش می‌دهد.
• تلاش‌های استانداردسازی: API WebCodecs به طور مداوم توسط کنسرسیوم وب جهانی (W3C) در حال اصلاح و استانداردسازی است.
• پردازش رسانه‌ای مبتنی بر هوش مصنوعی: ادغام با مدل‌های یادگیری ماشین برای کارهایی مانند انکدینگ هوشمند، مقیاس‌بندی آگاه از محتوا و ویرایش خودکار ویدیو. به عنوان مثال، برش خودکار ویدیوها برای متناسب شدن با نسبت‌های تصویر مختلف یا افزایش کیفیت ویدیو با استفاده از تکنیک‌های ابر-وضوح (super-resolution).

WebCodecs و دسترس‌پذیری: تضمین تجربیات رسانه‌ای فراگیر

هنگام ساخت برنامه‌های رسانه‌ای با WebCodecs، در نظر گرفتن دسترس‌پذیری برای کاربران دارای معلولیت بسیار مهم است:

• زیرنویس‌ها و کپشن‌ها: برای تمام محتوای ویدیویی زیرنویس و کپشن فراهم کنید. می‌توان از WebCodecs برای تولید پویای زیرنویس‌ها بر اساس تحلیل صوتی استفاده کرد.
• توضیحات صوتی: برای کاربران کم‌بینا توضیحات صوتی ارائه دهید. توضیحات صوتی عناصر بصری یک ویدیو را روایت می‌کنند.
• ناوبری با صفحه‌کلید: اطمینان حاصل کنید که تمام کنترل‌ها از طریق ناوبری با صفحه‌کلید قابل دسترسی هستند.
• سازگاری با صفحه‌خوان: برنامه خود را با صفحه‌خوان‌ها آزمایش کنید تا اطمینان حاصل شود که به درستی قابل دسترس است.
• کنتراست رنگ: از کنتراست رنگ کافی برای خوانا کردن محتوا برای کاربران دارای اختلالات بینایی استفاده کنید.

ملاحظات جهانی برای توسعه WebCodecs

هنگام توسعه برنامه‌های WebCodecs برای مخاطبان جهانی، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• شرایط شبکه متغیر: برنامه خود را برای شرایط مختلف شبکه، از جمله اتصالات با پهنای باند کم و تأخیر بالا، بهینه کنید. استریم با بیت‌ریت تطبیقی را برای تنظیم کیفیت ویدیو بر اساس شرایط شبکه در نظر بگیرید. این امر به ویژه برای کاربران در کشورهای در حال توسعه با زیرساخت اینترنت محدود مهم است.
• محدودیت‌های محتوای منطقه‌ای: از محدودیت‌های محتوای منطقه‌ای و توافق‌نامه‌های صدور مجوز آگاه باشید. ممکن است برخی از محتواها در کشورهای خاصی در دسترس نباشند.
• پشتیبانی از زبان: پشتیبانی از چندین زبان را فراهم کنید. این شامل ترجمه رابط کاربری و ارائه زیرنویس و کپشن به زبان‌های مختلف است.
• حساسیت فرهنگی: به تفاوت‌های فرهنگی توجه داشته باشید و از محتوایی که ممکن است برای برخی مخاطبان توهین‌آمیز یا نامناسب باشد، خودداری کنید.
• استانداردهای دسترس‌پذیری: به استانداردهای بین‌المللی دسترس‌پذیری، مانند WCAG (دستورالعمل‌های دسترس‌پذیری محتوای وب) پایبند باشید.

نتیجه‌گیری: WebCodecs – یک تغییردهنده بازی برای پردازش رسانه‌ای فرانت‌اند

WebCodecs یک پیشرفت قابل توجه در توسعه وب فرانت‌اند را نشان می‌دهد و به توسعه‌دهندگان قدرت می‌دهد تا پایپ‌لاین‌های رسانه‌ای پیچیده و بلادرنگ را مستقیماً در مرورگر بسازند. WebCodecs با فراهم کردن دسترسی سطح پایین به کدک‌ها، طیف گسترده‌ای از امکانات را برای ایجاد تجربیات رسانه‌ای تعاملی و فراگیر باز می‌کند. با ادامه رشد پشتیبانی مرورگرها از WebCodecs، این ابزار به طور فزاینده‌ای برای توسعه‌دهندگان فرانت‌اند که برنامه‌های رسانه‌ای نسل بعدی را می‌سازند، مهم خواهد شد.

چه در حال ساخت یک پلتفرم کنفرانس ویدیویی، یک سرویس پخش زنده یا یک ویرایشگر ویدیوی مبتنی بر وب باشید، WebCodecs عملکرد، انعطاف‌پذیری و کنترل مورد نیاز شما را برای ایجاد تجربیات رسانه‌ای واقعاً نوآورانه و جذاب برای مخاطبان جهانی ارائه می‌دهد.