پایپ لاین بهبود VideoFrame در WebCodecs: پردازش ویدیویی چند مرحله ای

WebCodecs در حال ایجاد انقلابی در نحوه مدیریت رسانه در وب است. این امکان دسترسی سطح پایین به کدک های ویدئویی و صوتی را فراهم می کند و امکان ایجاد برنامه های رسانه ای کارآمد و پیچیده را مستقیماً در مرورگر باز می کند. یکی از هیجان انگیزترین کاربردهای WebCodecs، ساخت پایپ لاین های پردازش ویدیویی سفارشی برای بهبود، فیلتر کردن و تجزیه و تحلیل در زمان واقعی است. این مقاله به بررسی ایجاد یک پایپ لاین پردازش ویدئویی چند مرحله ای با استفاده از WebCodecs می پردازد، مفاهیم کلیدی، تکنیک ها و ملاحظات عملی را بررسی می کند.

VideoFrame چیست؟

در قلب WebCodecs، شی VideoFrame قرار دارد. آن را به عنوان یک بوم تصور کنید که یک فریم واحد از داده های ویدئویی را نشان می دهد. برخلاف عناصر ویدئویی سنتی که داده های زیربنایی را انتزاع می کنند، VideoFrame دسترسی مستقیم به داده های پیکسل را فراهم می کند و امکان دستکاری و پردازش در سطح دانه ای را فراهم می کند. این دسترسی برای ساخت پایپ لاین های پردازش ویدیویی سفارشی بسیار مهم است.

ویژگی های کلیدی یک VideoFrame:

• داده های پیکسل خام: شامل داده های پیکسل واقعی در یک فرمت خاص (به عنوان مثال، YUV، RGB) است.
• فراداده: شامل اطلاعاتی مانند مُهر زمانی، عرض کدگذاری شده، ارتفاع کدگذاری شده، عرض نمایش، ارتفاع نمایش و فضای رنگ است.
• قابل انتقال: می تواند به طور موثر بین بخش های مختلف برنامه شما یا حتی به Web Workers برای پردازش خارج از رشته اصلی منتقل شود.
• قابل بستن: باید به صراحت بسته شود تا منابع آزاد شوند و از نشت حافظه جلوگیری شود.

ساخت یک پایپ لاین پردازش ویدیویی چند مرحله ای

یک پایپ لاین پردازش ویدیویی چند مرحله ای شامل تجزیه فرآیند بهبود ویدیو به یک سری مراحل یا مراحل مجزا است. هر مرحله یک تبدیل خاص را روی VideoFrame انجام می دهد، مانند اعمال یک فیلتر، تنظیم روشنایی یا تشخیص لبه ها. خروجی یک مرحله به ورودی مرحله بعدی تبدیل می شود و زنجیره ای از عملیات ایجاد می کند.

در اینجا یک ساختار معمولی از یک پایپ لاین پردازش ویدیو آمده است:

1. مرحله ورودی: داده های ویدیویی خام را از یک منبع دریافت می کند، مانند یک جریان دوربین (getUserMedia)، یک فایل ویدیویی یا یک جریان از راه دور. این ورودی را به اشیاء VideoFrame تبدیل می کند.
2. مراحل پردازش: یک سری مراحل که تبدیل های ویدیویی خاصی را انجام می دهند. این موارد می توانند شامل موارد زیر باشند:
   • اصلاح رنگ: تنظیم روشنایی، کنتراست، اشباع و رنگ.
   • فیلتر کردن: اعمال فیلترهای تاری، وضوح یا تشخیص لبه.
   • جلوه ها: افزودن جلوه های بصری مانند رنگ سپیا، مقیاس خاکستری یا معکوس کردن رنگ.
   • تجزیه و تحلیل: انجام وظایف بینایی کامپیوتر مانند تشخیص اشیا یا ردیابی حرکت.
3. مرحله خروجی: VideoFrame پردازش شده را می گیرد و آن را به یک نمایشگر (به عنوان مثال، یک عنصر <canvas>) ارائه می دهد یا آن را برای ذخیره یا انتقال رمزگذاری می کند.

مثال: یک پایپ لاین ساده دو مرحله ای (تنظیم مقیاس خاکستری و روشنایی)

بیایید این را با یک مثال ساده با دو مرحله نشان دهیم: تبدیل یک فریم ویدیو به مقیاس خاکستری و سپس تنظیم روشنایی آن.

مرحله 1: تبدیل به مقیاس خاکستری

این مرحله VideoFrame رنگی را به مقیاس خاکستری تبدیل می کند.

            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;    // Red
    data[i + 1] = avg; // Green
    data[i + 2] = avg; // Blue
  }

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

مرحله 2: تنظیم روشنایی

این مرحله روشنایی VideoFrame مقیاس خاکستری را تنظیم می کند.

            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));     // Red
    data[i + 1] = Math.max(0, Math.min(255, data[i + 1] + brightness)); // Green
    data[i + 2] = Math.max(0, Math.min(255, data[i + 2] + brightness)); // Blue
  }

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

ادغام پایپ لاین

پایپ لاین کامل شامل دریافت فریم ویدیو، عبور دادن آن از تبدیل مقیاس خاکستری، سپس از طریق تنظیم روشنایی و در نهایت ارائه آن به بوم است.

            async function processVideoFrame(frame) {
  let grayscaleFrame = await toGrayscale(frame);
  let brightenedFrame = await adjustBrightness(grayscaleFrame, 50); // Example brightness adjustment

  // Render the brightenedFrame to the canvas
  renderFrameToCanvas(brightenedFrame);

  brightenedFrame.close();
}

            

              
                Copy
              
            
          

مهم: به یاد داشته باشید که همیشه اشیاء VideoFrame و ImageBitmap خود را close() کنید تا از نشت حافظه جلوگیری شود!

ملاحظات کلیدی برای ساخت پایپ لاین های WebCodecs

ساخت پایپ لاین های WebCodecs کارآمد و قوی نیازمند بررسی دقیق چندین عامل است:

1. بهینه سازی عملکرد

پردازش ویدیو می تواند از نظر محاسباتی فشرده باشد. در اینجا چند تکنیک بهینه سازی وجود دارد:

• پردازش خارج از رشته اصلی: از Web Workers برای انتقال وظایف پرهزینه محاسباتی از رشته اصلی استفاده کنید و از مسدود کردن رابط کاربری جلوگیری کنید.
• مدیریت حافظه: با بستن سریع اشیاء VideoFrame و ImageBitmap پس از استفاده، حافظه را به دقت مدیریت کنید. از ایجاد غیر ضروری شیء خودداری کنید.
• انتخاب الگوریتم: الگوریتم های کارآمد را برای وظایف پردازش ویدیو انتخاب کنید. به عنوان مثال، استفاده از جداول جستجو برای تبدیل رنگ می تواند سریعتر از محاسبات پیکسل به پیکسل باشد.
• برداری سازی (SIMD): استفاده از دستورالعمل های SIMD (دستورالعمل واحد، داده های چندگانه) را برای موازی سازی محاسبات روی چندین پیکسل به طور همزمان بررسی کنید. برخی از کتابخانه های جاوا اسکریپت قابلیت های SIMD را ارائه می دهند.
• بهینه سازی بوم: برای جلوگیری از مسدود کردن رشته اصلی، استفاده از OffscreenCanvas را برای رندر کردن در نظر بگیرید. عملیات طراحی بوم را بهینه کنید.

2. رسیدگی به خطا

برای رسیدگی مناسب به مسائل احتمالی مانند خطاهای کدک، داده های ورودی نامعتبر یا تخلیه منابع، رسیدگی به خطای قوی را پیاده سازی کنید.

• بلوک های Try-Catch: از بلوک های try...catch برای گرفتن استثناهایی که ممکن است در طول پردازش ویدیو رخ دهند، استفاده کنید.
• رسیدگی به رد Promise: به درستی به رد promise در عملیات ناهمزمان رسیدگی کنید.
• پشتیبانی از کدک: قبل از تلاش برای رمزگشایی یا رمزگذاری ویدیو، از پشتیبانی کدک اطمینان حاصل کنید.

3. انتخاب کدک

انتخاب کدک به عواملی مانند کیفیت ویدیوی مورد نظر، نسبت فشرده سازی و سازگاری مرورگر بستگی دارد. WebCodecs از انواع کدک ها از جمله VP8، VP9 و AV1 پشتیبانی می کند.

• سازگاری مرورگر: اطمینان حاصل کنید که کدک انتخابی توسط مرورگرهای هدف پشتیبانی می شود.
• عملکرد: کدک های مختلف ویژگی های عملکرد متفاوتی دارند. آزمایش کنید تا بهترین کدک را برای برنامه خود پیدا کنید.
• کیفیت: هنگام انتخاب کدک، کیفیت ویدیوی مورد نظر را در نظر بگیرید. کدک های با کیفیت بالاتر معمولاً به قدرت پردازش بیشتری نیاز دارند.
• مجوز: از مفاهیم مجوز کدک های مختلف آگاه باشید.

4. نرخ فریم و زمان بندی

حفظ یک نرخ فریم ثابت برای پخش روان ویدیو بسیار مهم است. WebCodecs مکانیسم هایی را برای کنترل نرخ فریم و زمان بندی پردازش ویدیو فراهم می کند.

• مُهرهای زمانی: از ویژگی timestamp از VideoFrame برای همگام سازی پردازش ویدیو با جریان ویدیو استفاده کنید.
• RequestAnimationFrame: از requestAnimationFrame برای زمان بندی به روز رسانی های رندر در نرخ فریم بهینه برای مرورگر استفاده کنید.
• حذف فریم: اگر پایپ لاین پردازش نمی تواند با نرخ فریم ورودی همگام شود، استراتژی های حذف فریم را پیاده سازی کنید.

5. بین المللی سازی و محلی سازی

هنگام ساخت برنامه های ویدیویی برای مخاطبان جهانی، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• پشتیبانی از زبان: پشتیبانی از چندین زبان را در رابط کاربری فراهم کنید.
• فرمت های تاریخ و زمان: از فرمت های تاریخ و زمان مناسب برای محلی کاربر استفاده کنید.
• حساسیت فرهنگی: هنگام طراحی رابط کاربری و محتوا، به تفاوت های فرهنگی توجه داشته باشید.

6. دسترسی

اطمینان حاصل کنید که برنامه های ویدیویی شما برای کاربران دارای معلولیت قابل دسترسی هستند.

• زیرنویس ها و شرح ها: زیرنویس ها و شرح ها را برای فیلم ها ارائه دهید.
• توضیحات صوتی: توضیحات صوتی را برای ویدیوهایی که محتوای بصری را توصیف می کنند، ارائه دهید.
• پیمایش با صفحه کلید: اطمینان حاصل کنید که برنامه با استفاده از صفحه کلید قابل پیمایش است.
• سازگاری با صفحه خوان: اطمینان حاصل کنید که برنامه با صفحه خوان ها سازگار است.

کاربردهای دنیای واقعی

پایپ لاین های پردازش ویدیویی مبتنی بر WebCodecs طیف گسترده ای از کاربردها را دارند:

• کنفرانس ویدیویی: بهبود ویدیو در زمان واقعی، تاری پس زمینه و کاهش نویز. یک سیستم کنفرانس ویدیویی را تصور کنید که به طور خودکار نور را تنظیم می کند و یک تاری ظریف را به پس زمینه اعمال می کند، ظاهر کاربر را بهبود می بخشد و حواس پرتی ها را به حداقل می رساند.
• ویرایش ویدیو: ایجاد جلوه ها و فیلترهای ویدیویی سفارشی در ویرایشگرهای ویدیویی مبتنی بر وب. به عنوان مثال، یک ویرایشگر مبتنی بر وب می تواند ابزارهای پیشرفته درجه بندی رنگ را ارائه دهد که توسط WebCodecs پشتیبانی می شوند و به کاربران امکان می دهند ظاهر و احساس فیلم های خود را مستقیماً در مرورگر تنظیم کنند.
• پخش زنده: افزودن جلوه ها و پوشش ها در زمان واقعی به جریان های ویدیویی زنده. به پلتفرم های پخش زنده فکر کنید که به کاربران امکان می دهند فیلترهای پویا، پوشش های متحرک یا حتی عناصر تعاملی را به پخش های خود در زمان واقعی اضافه کنند.
• بینایی کامپیوتر: انجام تشخیص اشیا در زمان واقعی، تشخیص چهره و سایر وظایف بینایی کامپیوتر در مرورگر. یک برنامه امنیتی را در نظر بگیرید که از WebCodecs برای تجزیه و تحلیل جریان های ویدئویی از دوربین های امنیتی استفاده می کند و فعالیت های مشکوک را در زمان واقعی تشخیص می دهد.
• واقعیت افزوده (AR): ادغام جریان های ویدئویی با پوشش ها و جلوه های AR. یک برنامه AR مبتنی بر وب را تصور کنید که از WebCodecs برای گرفتن ویدیو از دوربین کاربر و قرار دادن اشیاء مجازی روی صحنه در زمان واقعی استفاده می کند.
• ابزارهای همکاری از راه دور: بهبود کیفیت ویدیو در محیط های با پهنای باند کم با استفاده از تکنیک هایی مانند وضوح فوق العاده. این امر به ویژه برای تیم های جهانی که در مناطقی با زیرساخت اینترنت محدود همکاری می کنند، مفید است.

مثال هایی از سراسر جهان

بیایید برخی از مثال های بالقوه را در نظر بگیریم که چگونه می توان از پایپ لاین های بهبود ویدیو WebCodecs در مناطق مختلف استفاده کرد:

• آسیا: یک پلتفرم پزشکی از راه دور در یک منطقه روستایی با پهنای باند محدود می تواند از WebCodecs برای بهینه سازی کیفیت ویدیو برای مشاوره های از راه دور استفاده کند و از ارتباط واضح بین پزشکان و بیماران اطمینان حاصل کند. پایپ لاین می تواند جزئیات ضروری را در اولویت قرار دهد در حالی که مصرف پهنای باند را به حداقل می رساند.
• آفریقا: یک پلتفرم آموزشی می تواند از WebCodecs برای ارائه دروس ویدیویی تعاملی با ترجمه زبان در زمان واقعی و حاشیه نویسی روی صفحه استفاده کند و یادگیری را برای دانش آموزان در جوامع زبانی متنوع در دسترس تر کند. پایپ لاین ویدیو می تواند زیرنویس ها را به طور پویا بر اساس ترجیح زبان کاربر تنظیم کند.
• اروپا: یک موزه می تواند از WebCodecs برای ایجاد نمایشگاه های تعاملی با عناصر واقعیت افزوده استفاده کند و به بازدیدکنندگان این امکان را می دهد تا آثار باستانی و محیط ها را به روشی جذاب تر کاوش کنند. بازدیدکنندگان می توانند از تلفن های هوشمند خود برای اسکن آثار باستانی و فعال کردن پوشش های AR استفاده کنند که اطلاعات و زمینه های اضافی را ارائه می دهند.
• آمریکای شمالی: یک شرکت می تواند از WebCodecs برای توسعه یک پلتفرم کنفرانس ویدیویی فراگیرتر استفاده کند و ویژگی هایی مانند تفسیر خودکار زبان اشاره و رونویسی در زمان واقعی را برای کاربران ناشنوا و کم شنوا ارائه دهد.
• آمریکای جنوبی: کشاورزان می توانند از هواپیماهای بدون سرنشین مجهز به تجزیه و تحلیل ویدیو با WebCodecs برای نظارت بر سلامت محصول و تشخیص آفات در زمان واقعی استفاده کنند و شیوه های کشاورزی کارآمدتر و پایدارتر را امکان پذیر کنند. این سیستم می تواند مناطقی با کمبود مواد مغذی یا هجوم آفات را شناسایی کرده و به کشاورزان برای انجام اقدامات اصلاحی هشدار دهد.

نتیجه

WebCodecs عصر جدیدی از امکانات را برای پردازش رسانه مبتنی بر وب باز می کند. توسعه دهندگان می توانند با بهره گیری از قدرت VideoFrame و ساخت پایپ لاین های پردازش چند مرحله ای، برنامه های ویدیویی پیچیده ای ایجاد کنند که قبلاً دستیابی به آنها در مرورگر غیرممکن بود. در حالی که چالش های مربوط به بهینه سازی عملکرد و پشتیبانی از کدک وجود دارد، مزایای بالقوه از نظر انعطاف پذیری، دسترسی و پردازش در زمان واقعی بسیار زیاد است. با ادامه تکامل WebCodecs و گسترش بیشتر، می توانیم انتظار داشته باشیم که برنامه های نوآورانه و تاثیرگذار بیشتری ظهور کنند و نحوه تعامل ما با ویدیو در وب را تغییر دهند.

اکتشاف بیشتر

• مستندات API WebCodecs
• نمونه های WebCodecs در GitHub
• مقاله Web.dev در مورد WebCodecs