WebCodecs VideoFrame-parannusputki: Monivaiheinen videonkäsittely

WebCodecs mullistaa median käsittelyn verkossa. Se tarjoaa matalan tason pääsyn video- ja audiokoodekkeihin, avaten mahdollisuuksia suorituskykyisten ja hienostuneiden mediasovellusten luomiseen suoraan selaimessa. Yksi WebCodecsin jännittävimmistä sovelluksista on räätälöityjen videonkäsittelyputkien rakentaminen reaaliaikaiseen parannukseen, suodatukseen ja analyysiin. Tämä artikkeli syventyy monivaiheisen videonkäsittelyputken luomiseen WebCodecsia käyttäen, tutkien keskeisiä käsitteitä, tekniikoita ja käytännön näkökohtia.

Mikä on VideoFrame?

WebCodecsin ytimessä on VideoFrame-objekti. Ajattele sitä kankaana, joka edustaa yhtä videotietokehyksen kuvaa. Toisin kuin perinteiset videoelementit, jotka abstrahoivat pois taustalla olevan datan, VideoFrame tarjoaa suoran pääsyn pikselidataan, mahdollistaen manipuloinnin ja käsittelyn rakeisella tasolla. Tämä pääsy on ratkaisevan tärkeää räätälöityjen videonkäsittelyputkien rakentamisessa.

VideoFramein keskeiset ominaisuudet:

• Raaka pikselidata: Sisältää todellisen pikselidatan tietyssä muodossa (esim. YUV, RGB).
• Metadata: Sisältää tietoja, kuten aikaleima, koodattu leveys, koodattu korkeus, näytettävä leveys, näytettävä korkeus ja väriavaruus.
• Siirrettävä: Voidaan tehokkaasti siirtää sovelluksesi eri osien välillä tai jopa Web Workereihin pääsäikeen ulkopuoliseen käsittelyyn.
• Suljettava: On suljettava eksplisiittisesti resurssien vapauttamiseksi, estäen muistivuodot.

Monivaiheisen videonkäsittelyputken rakentaminen

Monivaiheinen videonkäsittelyputki sisältää videonparannusprosessin jakamisen sarjaan erillisiä vaiheita tai vaiheita. Jokainen vaihe suorittaa tietyn muunnoksen VideoFrameille, kuten suodattimen soveltamisen, kirkkauden säätämisen tai reunojen tunnistuksen. Yhden vaiheen tulos tulee seuraavan vaiheen syötteeksi, luoden operaatioketjun.

Tässä on tyypillinen videonkäsittelyputken rakenne:

1. Syöttövaihe: Vastaanottaa raakadatan videolähteestä, kuten kameravirrasta (getUserMedia), videotiedostosta tai etävirrasta. Muuntaa tämän syötteen VideoFrame-objekteiksi.
2. Käsittelyvaiheet: Sarja vaiheita, jotka suorittavat tiettyjä videomuunnoksia. Nämä voivat sisältää:
   • Värinkorjaus: Kirkkauden, kontrastin, saturaation ja sävyn säätäminen.
   • Suodatus: Sumennus-, terävöitys- tai reunantunnistussuodattimien soveltaminen.
   • Efektit: Visuaalisten efektien, kuten seepia-, harmaasävy- tai värien kääntämisen, lisääminen.
   • Analyysi: Konenäkötehtävien, kuten objektintunnistuksen tai liikkeen seurannan, suorittaminen.
3. Tulostusvaihe: Ottaa käsitellyn VideoFramein ja renderöi sen näytölle (esim. <canvas>-elementtiin) tai koodaa sen tallennusta tai lähetystä varten.

Esimerkki: Yksinkertainen kaksivaiheinen putki (harmaasävy ja kirkkauden säätö)

Valaistaan ​​tätä yksinkertaisella esimerkillä, joka sisältää kaksi vaihetta: videokehyksen muuntaminen harmaasävyksi ja sitten sen kirkkauden säätäminen.

Vaihe 1: Harmaasävykonversio

Tämä vaihe muuntaa väri-VideoFramein harmaasävyksi.

            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
              
            
          

Vaihe 2: Kirkkauden säätö

Tämä vaihe säätää harmaasävyisen VideoFramein kirkkautta.

            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
              
            
          

Putken integrointi

Täydellinen putki sisältäisi videokehyksen noutamisen, sen läpi harmaasävykonversion, sitten kirkkauden säädön ja lopuksi sen renderöimisen kankaalle.

            async function processVideoFrame(frame) {
  let grayscaleFrame = await toGrayscale(frame);
  let brightenedFrame = await adjustBrightness(grayscaleFrame, 50); // Esimerkkikirkkauden säätö

  // Renderöi brightenedFrame kankaalle
  renderFrameToCanvas(brightenedFrame);

  brightenedFrame.close();
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tärkeää: Muista aina close() VideoFrame- ja ImageBitmap-objektisi muistivuotojen estämiseksi!

Keskeisiä huomioita WebCodecs-putkien rakentamisessa

Tehokkaiden ja kestävien WebCodecs-putkien rakentaminen vaatii useiden tekijöiden huolellista harkintaa:

1. Suorituskyvyn optimointi

Videonkäsittely voi olla laskennallisesti vaativaa. Tässä muutamia optimointitekniikoita:

• Pääsäikeen ulkopuolinen käsittely: Käytä Web Workereitä siirtämään laskennallisesti raskaita tehtäviä pois pääsäikeestä, estäen käyttöliittymän jumiutumisen.
• Muistinhallinta: Hallitse muistia huolellisesti sulkemalla VideoFrame- ja ImageBitmap-objektit välittömästi käytön jälkeen. Vältä tarpeetonta objektien luomista.
• Algoritmin valinta: Valitse tehokkaita algoritmeja videonkäsittelytehtäviin. Esimerkiksi taulukoiden käyttäminen väsimuunnoksiin voi olla nopeampaa kuin pikselikohtaiset laskelmat.
• Vektorointi (SIMD): Tutki SIMD (Single Instruction, Multiple Data) -käskyjen käyttöä rinnakkaisten laskelmien tekemiseksi useille pikseleille samanaikaisesti. Jotkin JavaScript-kirjastot tarjoavat SIMD-ominaisuuksia.
• Canvas-optimointi: Harkitse OffscreenCanvasin käyttöä renderöintiin, jotta pääsäie ei jumiudu. Optimoi canvas-piirto-operaatiot.

2. Virheiden käsittely

Toteuta vankka virheidenkäsittely mahdollisten ongelmien, kuten koodekkivirheiden, virheellisten syöttötietojen tai resurssien loppumisen, käsittelemiseksi sulavasti.

• Try-Catch-lohkot: Käytä try...catch-lohkoja poikkeusten sieppaamiseen, jotka voivat tapahtua videonkäsittelyn aikana.
• Promise-hylkäysten käsittely: Käsittele asianmukaisesti promise-hylkäykset asynkronisissa operaatioissa.
• Koodekin tuki: Tarkista koodekin tuki ennen videon dekoodauksen tai koodauksen yrittämistä.

3. Koodekin valinta

Koodekin valinta riippuu tekijöistä, kuten halutusta videolaadusta, pakkaussuhteesta ja selaimen yhteensopivuudesta. WebCodecs tukee useita koodekkeja, mukaan lukien VP8, VP9 ja AV1.

• Selaimen yhteensopivuus: Varmista, että valitsemaasi koodekkia tuetaan kohdeselaimissa.
• Suorituskyky: Eri koodekeilla on erilaiset suorituskykyominaisuudet. Kokeile löytääksesi parhaan koodekin sovellukseesi.
• Laatu: Harkitse haluttua videolaatua valitessasi koodekkia. Laadukkaammat koodekit vaativat yleensä enemmän prosessointitehoa.
• Lisenssit: Ole tietoinen eri koodekkien lisenssivaikutuksista.

4. Ruudunpäivitysnopeus ja ajoitus

Tasaisen videotoiston kannalta on ratkaisevan tärkeää ylläpitää tasaista ruudunpäivitysnopeutta. WebCodecs tarjoaa mekanismeja videonkäsittelyn ruudunpäivitysnopeuden ja ajoituksen hallintaan.

• Aikaleimat: Käytä VideoFramein timestamp-ominaisuutta videonkäsittelyn synkronoimiseksi videosyötteen kanssa.
• RequestAnimationFrame: Käytä requestAnimationFrameia ajoittaaksesi renderöintipäivitykset selaimen optimaalisella ruudunpäivitysnopeudella.
• Ruudun pudotus: Toteuta ruudunpudotusstrategioita, jos käsittelyputki ei pysy saapuvan ruudunpäivitysnopeuden perässä.

5. Kansainvälistäminen ja lokalisointi

Kun rakennat videosovelluksia globaalille yleisölle, harkitse seuraavia:

• Kielituki: Tarjoa tuki useille kielille käyttöliittymässä.
• Päivämäärä- ja aikamuodot: Käytä käyttäjän paikallisen alueen mukaisia ​​sopivia päivämäärä- ja aikamuotoja.
• Kulttuurinen herkkyys: Ota huomioon kulttuuriset erot suunnitellessasi käyttöliittymää ja sisältöä.

6. Saavutettavuus

Varmista, että videosovelluksesi ovat saavutettavia vammaisille käyttäjille.

• Tekstitykset ja kuvaukset: Tarjoa tekstitykset ja kuvaukset videoihin.
• Äänikuvaukset: Tarjoa äänikuvauksia videoille, jotka kuvaavat visuaalista sisältöä.
• Näppäimistön navigointi: Varmista, että sovellusta voidaan navigoida näppäimistöllä.
• Ruudunlukijan yhteensopivuus: Varmista, että sovellus on yhteensopiva ruudunlukijoiden kanssa.

Reaalimaailman sovellukset

WebCodecs-pohjaisilla videonkäsittelyputkilla on laaja valikoima sovelluksia:

• Videoneuvottelut: Reaaliaikainen videonparannus, taustan sumennus ja kohinanvaimennus. Kuvittele videoneuvottelujärjestelmä, joka säätää automaattisesti valaistusta ja soveltaa hienovaraista sumennusta taustaan, parantaen käyttäjän ulkonäköä ja minimoiden häiriötekijöitä.
• Videoeditointi: Räätälöityjen videoefektien ja suodattimien luominen verkko-videopohjaisissa editoreissa. Esimerkiksi verkko-editori voisi tarjota kehittyneitä värienkorjaustyökaluja, jotka toimivat WebCodecsin avulla, antaen käyttäjille mahdollisuuden hienosäätää videoidensa ulkoasua ja tunnelmaa suoraan selaimessa.
• Live-suoratoisto: Reaaliaikaisten efektien ja päällekkäisten kuvioiden lisääminen live-videovirtoihin. Ajattele live-suoratoistoalustoja, jotka antavat käyttäjille mahdollisuuden lisätä dynaamisia suodattimia, animoituja päällekkäisiä kuvioita tai jopa interaktiivisia elementtejä lähetyksiinsä reaaliajassa.
• Konenäkö: Reaaliaikaisen objektintunnistuksen, kasvojentunnistuksen ja muiden konenäkötehtävien suorittaminen selaimessa. Harkitse tietoturvasovellusta, joka käyttää WebCodecsia turvakameroiden videovirtojen analysointiin ja epäilyttävän toiminnan tunnistamiseen reaaliajassa.
• Lisätty todellisuus (AR): Videovirtojen integrointi AR-päällekkäisten kuvioiden ja efektien kanssa. Kuvittele verkko-pohjainen AR-sovellus, joka käyttää WebCodecsia käyttäjän kameran videotallentamiseen ja virtuaalisten kohteiden päällekkäiseen sijoittamiseen kohtaukseen reaaliajassa.
• Etäyhteistyötyökalut: Videolaadun parantaminen vähäkaistaisissa ympäristöissä käyttämällä tekniikoita, kuten superresoluutiota. Tämä on erityisen hyödyllistä maailmanlaajuisille tiimeille, jotka tekevät yhteistyötä alueilla, joilla on rajallinen internet-infrastruktuuri.

Esimerkkejä ympäri maailmaa

Tarkastellaan joitain mahdollisia esimerkkejä siitä, miten WebCodecs-videoparannusputkia voitaisiin käyttää eri alueilla:

• Aasia: Maaseudulla sijaitseva telelääketieteen alusta, jolla on rajallinen kaistanleveys, voisi käyttää WebCodecsia optimoidakseen videolaatua etäkonsultaatioihin, varmistaen selkeän viestinnän lääkäreiden ja potilaiden välillä. Putki voisi priorisoida olennaiset yksityiskohdat samalla kun minimoidaan kaistanleveyden kulutus.
• Afrikka: Opetusalusta voisi käyttää WebCodecsia tarjotakseen interaktiivisia videooppitunteja reaaliaikaisella kieltenkääntämisellä ja ruutumerkinnöillä, tehden oppimisesta helpommin saavutettavaa opiskelijoille eri kieliyhteisöissä. Videoputki voisi dynaamisesti säätää tekstityksiä käyttäjän kieliasetusten perusteella.
• Eurooppa: Museo voisi käyttää WebCodecsia luodakseen interaktiivisia näyttelyitä lisätyn todellisuuden elementeillä, antaen vierailijoille mahdollisuuden tutkia historiallisia esineitä ja ympäristöjä mukaansatempaavammin. Vierailijat voisivat käyttää älypuhelimiaan esineiden skannaamiseen ja AR-päällekkäisten kuvioiden käynnistämiseen, jotka tarjoavat lisätietoa ja kontekstia.
• Pohjois-Amerikka: Yritys voisi käyttää WebCodecsia kehittääkseen inklusiivisemman videoneuvottelualustan, joka tarjoaa ominaisuuksia, kuten automatisoidun viittomakielentulkkauksen ja reaaliaikaisen transkription kuuroille ja kuulovammaisille käyttäjille.
• Etelä-Amerikka: Maanviljelijät voisivat käyttää WebCodecs-käyttöisiä videoanalyysillä varustettuja droneja viljelykasvien terveyden tarkkailuun ja tuholaisten havaitsemiseen reaaliajassa, mikä mahdollistaa tehokkaammat ja kestävät maatalouskäytännöt. Järjestelmä voisi tunnistaa ravinnepuutoksista tai tuholaistartunnoista kärsiviä alueita ja varoittaa viljelijöitä ryhtymään korjaaviin toimiin.

Yhteenveto

WebCodecs avaa uuden aikakauden mahdollisuuksia verkko-pohjaiselle mediakäsittelylle. VideoFramein voimaa hyödyntämällä ja monivaiheisia käsittelyputkia rakentamalla kehittäjät voivat luoda kehittyneitä videosovelluksia, jotka olivat aiemmin mahdottomia toteuttaa selaimessa. Vaikka haasteita suorituskyvyn optimoinnin ja koodekin tuen osalta on olemassa, potentiaaliset hyödyt joustavuuden, saavutettavuuden ja reaaliaikaisen käsittelyn kannalta ovat valtavat. WebCodecsin kehittyessä ja saadessa laajempaa käyttöä voimme odottaa entistä innovatiivisempien ja vaikuttavampien sovellusten syntymistä, muuttaen tapaamme olla vuorovaikutuksessa videon kanssa verkossa.

Lisätutkimusta

• WebCodecs API -dokumentaatio
• WebCodecs-näytteet GitHubissa
• Web.dev-artikkeli WebCodecsista