Frontend WebCodecs kadrų dažnio valdymas: Video kadrų laiko valdymo įsisavinimas

WebCodecs API keičia požiūrį į vaizdo įrašų apdorojimą žiniatinklio programose. Ji suteikia tiesioginę prieigą prie naršyklėje esančių medijos kodekų, leisdama kūrėjams kurti galingas ir efektyvias vaizdo įrašų programas, kurios anksčiau buvo įmanomos tik naudojant vietines technologijas. Vienas iš svarbiausių vaizdo įrašų apdorojimo aspektų yra kadrų dažnio valdymas, o jo įsisavinimas yra būtinas norint užtikrinti sklandžią ir nuoseklią žiūrėjimo patirtį. Šiame straipsnyje nagrinėjami kadrų dažnio valdymo ypatumai WebCodecs sistemoje, daugiausia dėmesio skiriant vaizdo kadrų laiko valdymui.

Kadrų dažnio ir jo svarbos supratimas

Kadrų dažnis, matuojamas kadrais per sekundę (FPS), nustato, kiek nejudančių vaizdų rodoma per sekundę, kad būtų sukurtas judesio įspūdis. Didesnis kadrų dažnis paprastai reiškia sklandesnį vaizdo įrašą, o mažesnis kadrų dažnis gali sukelti trūkčiojantį ar stringantį atkūrimą. Žmogaus akis judesį suvokia sklandžiau esant didesniam kadrų dažniui, paprastai 24 FPS ar daugiau. Vaizdo žaidimuose dažnai siekiama 60 FPS ar net didesnio dažnio, kad patirtis būtų jautresnė ir labiau įtraukianti.

Naudojant WebCodecs, pasiekti norimą kadrų dažnį ne visada yra paprasta. Veiksniai, tokie kaip tinklo sąlygos, apdorojimo galia ir vaizdo turinio sudėtingumas, gali paveikti faktinį kadrų dažnį. Tinkamas kadrų laiko valdymas yra labai svarbus norint išlaikyti nuoseklią ir vizualiai malonią atkūrimo patirtį, net ir esant kintančioms sąlygoms.

WebCodecs: trumpa apžvalga

Prieš gilinantis į kadrų dažnio valdymą, trumpai apžvelkime pagrindinius WebCodecs API komponentus:

• VideoEncoder: Koduojanti neapdorotus vaizdo kadrus į suspaustus vaizdo duomenis.
• VideoDecoder: Dekoduoja suspaustus vaizdo duomenis atgal į neapdorotus vaizdo kadrus.
• EncodedVideoChunk: Atstovauja vieną užkoduotą vaizdo kadrą.
• VideoFrame: Atstovauja vieną dekoduotą vaizdo kadrą.
• MediaStreamTrackProcessor: Apdoroja MediaStreamTrack (pvz., iš internetinės kameros ar ekrano įrašo) ir suteikia prieigą prie neapdorotų vaizdo kadrų.

Naudodami šiuos komponentus, kūrėjai gali kurti individualizuotus vaizdo apdorojimo srautus, kurie atlieka įvairias operacijas, tokias kaip kodavimas, dekodavimas, perkodavimas ir vaizdo efektų taikymas.

Kadrų laiko valdymo technikos naudojant WebCodecs

Kadrų laiko valdymas apima kontrolę, kada ir kaip dažnai kadrai yra dekoduojami ir rodomi. Štai keletas metodų, kuriuos galite naudoti norėdami pasiekti tikslų kadrų dažnio valdymą naudojant WebCodecs:

1. Pateikimo laiko žymų (PTS) naudojimas

Kiekvienas VideoFrame objektas WebCodecs sistemoje turi timestamp savybę, dar žinomą kaip pateikimo laiko žyma (PTS). PTS nurodo, kada kadras turėtų būti rodomas, palyginti su vaizdo srauto pradžia. Tinkamas PTS valdymas yra būtinas norint išlaikyti sinchronizaciją ir išvengti atkūrimo problemų.

Pavyzdys: Tarkime, kad dekoduojate vaizdo įrašą, kurio kadrų dažnis yra 30 FPS. Tikėtinas PTS prieaugis tarp iš eilės einančių kadrų būtų maždaug 33,33 milisekundės (1000ms / 30 FPS). Jei kadro PTS žymiai nukrypsta nuo šios numatomos vertės, tai gali rodyti laiko nustatymo problemą arba praleistą kadrą.

Įgyvendinimas:

            
let lastTimestamp = null;

decoder.decode = (chunk) => {
  decoder.decode(chunk, {
    keyFrame: chunk.type === "key",
  });
};

decoder.configure({
  codec: codecString,
  codedWidth: width,
  codedHeight: height,
  description: init.decoderConfig.description,
  optimizeForLatency: true,
  hardwareAcceleration: "prefer-hardware",
  error: (e) => console.error(e),
  output: (frame) => {
    if (lastTimestamp !== null) {
      const expectedDelta = 1000 / frameRate; // Milliseconds per frame
      const actualDelta = frame.timestamp - lastTimestamp;
      const deltaError = Math.abs(actualDelta - expectedDelta);

      if (deltaError > expectedDelta / 4) {
        console.warn("Frame timing issue: Expected delta:", expectedDelta, "Actual delta:", actualDelta);
      }
    }

    lastTimestamp = frame.timestamp;
    renderFrame(frame);
    frame.close();
  },
});

            

              
                Copy
              
            
          

Šiame pavyzdyje mes apskaičiuojame numatomą PTS prieaugį, remdamiesi vaizdo įrašo kadrų dažniu, ir lyginame jį su faktiniu PTS skirtumu tarp iš eilės einančių kadrų. Jei skirtumas viršija tam tikrą ribą, registruojamas įspėjimas, nurodantis galimą laiko nustatymo problemą.

2. requestAnimationFrame naudojimas sklandžiam atvaizdavimui

requestAnimationFrame API yra naršyklės teikiama funkcija, kuri suplanuoja iškvietimą, kuris turi būti įvykdytas prieš kitą perpiešimą. Tai rekomenduojamas būdas atnaujinti vaizdą žiniatinklio programose, nes jis sinchronizuoja atvaizdavimą su naršyklės atnaujinimo dažniu, paprastai 60 Hz ar didesniu.

Naudodami requestAnimationFrame vaizdo kadrams rodyti, galite užtikrinti, kad atvaizdavimas bus sklandus ir išvengsite vaizdo plyšinėjimo ar trūkčiojimo. Užuot tiesiogiai atvaizdavę kadrus, kai tik jie yra dekoduoti, galite juos sudėti į eilę ir tada naudoti requestAnimationFrame, kad parodytumėte juos tinkamu laiku.

Pavyzdys:

            
let frameQueue = [];
let isRendering = false;

function renderFrame(frame) {
  frameQueue.push(frame);

  if (!isRendering) {
    isRendering = true;
    requestAnimationFrame(displayFrames);
  }
}

function displayFrames() {
  if (frameQueue.length > 0) {
    const frame = frameQueue.shift();
    // Render the frame to the canvas or other display element
    drawImage(frame);
    frame.close();
    requestAnimationFrame(displayFrames); //Schedule next frame
  } else {
    isRendering = false;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Šiame pavyzdyje funkcija renderFrame prideda kiekvieną dekoduotą kadrą į eilę. Funkcija displayFrames, kurią iškviečia requestAnimationFrame, išima kadrus iš eilės ir juos atvaizduoja. Tai užtikrina, kad kadrai būtų rodomi sinchronizuotai su naršyklės atnaujinimo dažniu.

3. Kadrų dažnio ribotuvo įgyvendinimas

Kai kuriais atvejais galite norėti apriboti kadrų dažnį iki tam tikros vertės, net jei vaizdo šaltinis turi didesnį kadrų dažnį. Tai gali būti naudinga siekiant sumažinti procesoriaus naudojimą arba sinchronizuoti vaizdo atkūrimą su kitais jūsų programos elementais.

Kadrų dažnio ribotuvą galima įgyvendinti stebint laiką, praėjusį nuo paskutinio kadro rodymo, ir atvaizduojant naują kadrą tik tada, kai praėjo pakankamai laiko, kad būtų pasiektas norimas kadrų dažnis.

Pavyzdys:

            
const targetFPS = 30;
const frameInterval = 1000 / targetFPS; // Milliseconds per frame
let lastFrameTime = 0;

function renderFrame(frame) {
  const now = performance.now();
  const elapsed = now - lastFrameTime;

  if (elapsed >= frameInterval) {
    // Render the frame
    drawImage(frame);
    frame.close();
    lastFrameTime = now - (elapsed % frameInterval); // Adjust for drift
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Šis pavyzdys apskaičiuoja laiko intervalą, reikalingą norimam kadrų dažniui, ir atvaizduoja kadrą tik tada, jei praėjęs laikas nuo paskutinio kadro yra didesnis arba lygus šiam intervalui. elapsed % frameInterval koregavimas yra labai svarbus siekiant išvengti nuokrypio ir išlaikyti pastovų kadrų dažnį laikui bėgant.

4. Adaptyvus kadrų dažnio valdymas

Realiame pasaulyje tinklo sąlygos ir apdorojimo galia gali svyruoti, todėl gali kisti ir faktinis kadrų dažnis. Adaptyvus kadrų dažnio valdymas apima dinamišką kadrų dažnio koregavimą atsižvelgiant į šias sąlygas, siekiant išlaikyti sklandų atkūrimo potyrį.

Adaptyvaus kadrų dažnio valdymo technikos:

• Kadrų praleidimas: Jei sistema yra perkrauta, galite selektyviai praleisti kadrus, kad sumažintumėte apdorojimo apkrovą. Tai galima padaryti praleidžiant kadrus su mažiau svarbiu turiniu arba teikiant pirmenybę atraminiams kadrams (keyframes).
• Raiškos mažinimas: Jei dekodavimo procesas yra lėtas, galite sumažinti vaizdo įrašo raišką, kad pagerintumėte našumą. Tai sumažins duomenų, kuriuos reikia apdoroti, kiekį ir padės išlaikyti pastovų kadrų dažnį.
• Bitų dažnio pritaikymas: Jei tinklo pralaidumas yra ribotas, galite pereiti prie vaizdo srauto su mažesniu bitų dažniu, kad sumažintumėte atsisiunčiamų duomenų kiekį. Tai gali užkirsti kelią buferizavimui ir užtikrinti sklandesnį atkūrimą.
• Dekoderio konfigūracijos koregavimas: Kai kurie dekoderiai leidžia konfigūraciją keisti vykdymo metu, kad būtų galima pritaikyti našumo charakteristikas.

Pavyzdys (Kadrų praleidimas):

            
let frameCounter = 0;
const dropEveryNFrames = 2; // Drop every other frame

function renderFrame(frame) {
  frameCounter++;
  if (frameCounter % dropEveryNFrames === 0) {
    //Drop this frame
    frame.close();
    return;
  }

  // Render the frame
  drawImage(frame);
  frame.close();
}

            

              
                Copy
              
            
          

5. Našumo metrikų stebėjimas

Norint efektyviai valdyti kadrų dažnį ir optimizuoti našumą, labai svarbu stebėti pagrindines našumo metrikas. Štai keletas metrikų, kurias turėtumėte sekti:

• Dekodavimo laikas: Laikas, per kurį dekoduojamas kiekvienas kadras.
• Atvaizdavimo laikas: Laikas, per kurį kiekvienas kadras atvaizduojamas ekrane.
• Kadrų eilės ilgis: Kadrų, laukiančių atvaizdavimo, skaičius.
• Procesoriaus naudojimas: Procesoriaus procentinė dalis, kurią naudoja vaizdo apdorojimo srautas.
• Atminties naudojimas: Atminties kiekis, kurį naudoja vaizdo apdorojimo srautas.
• Tinklo pralaidumas: Duomenų kiekis, perduodamas per tinklą.

Stebėdami šias metrikas, galite nustatyti kliūtis ir optimizuoti savo kodą, kad pagerintumėte našumą ir išlaikytumėte pastovų kadrų dažnį. Naršyklės kūrėjų įrankiai dažnai suteikia profiliavimo funkcijų, kurios gali padėti nustatyti našumo problemas.

Praktiniai pavyzdžiai ir naudojimo atvejai

Kadrų dažnio valdymas yra būtinas įvairiose programose. Štai keletas praktinių pavyzdžių:

• Vaizdo konferencijos: Vaizdo konferencijų programose stabilus kadrų dažnis yra labai svarbus norint užtikrinti sklandų ir natūraliai atrodantį vaizdo srautą. Adaptyvus kadrų dažnio valdymas gali būti naudojamas kadrų dažniui koreguoti atsižvelgiant į tinklo sąlygas ir apdorojimo galią.
• Tiesioginės transliacijos: Tiesioginių transliacijų platformos turi susidoroti su kintančiomis tinklo sąlygomis ir užtikrinti, kad žiūrovai gautų nuoseklų ir aukštos kokybės vaizdo srautą. Kadrų dažnio valdymas gali būti naudojamas vaizdo srautui optimizuoti pagal skirtingas tinklo sąlygas ir įrenginių galimybes.
• Žaidimai: Žiniatinklio žaidimams dažnai reikalingas didelis kadrų dažnis, kad patirtis būtų jautri ir įtraukianti. Kadrų dažnio valdymas gali būti naudojamas žaidimo našumui optimizuoti ir užtikrinti, kad jis sklandžiai veiktų skirtinguose įrenginiuose.
• Vaizdo redagavimas: Vaizdo redagavimo programos turi tvarkyti didelius vaizdo failus ir atlikti sudėtingas operacijas, tokias kaip perkodavimas ir vaizdo efektų taikymas. Kadrų dažnio valdymas gali būti naudojamas redagavimo procesui optimizuoti ir užtikrinti, kad galutinis rezultatas turėtų norimą kadrų dažnį.
• Interaktyvios vaizdo instaliacijos (pvz., muziejuose, parodose): Kelių vaizdo srautų ir interaktyvių elementų sinchronizavimas dažnai reikalauja tikslaus kadrų laiko nustatymo. WebCodecs gali įgalinti sudėtingas interaktyvias vaizdo patirtis žiniatinklio naršyklėse, atverdamas naują įtraukiančio skaitmeninio meno lygį.

Tarptautinis pavyzdys: vaizdo konferencijos žemo pralaidumo aplinkose

Įsivaizduokite vaizdo konferencijų programą, naudojamą kaimo vietovėse Indijoje su ribotu interneto ryšiu. Siekiant užtikrinti tinkamą naudojimo patirtį, programa turi agresyviai valdyti kadrų dažnį. Ji galėtų teikti pirmenybę garso perdavimui, o ne aukšto kadrų dažnio vaizdui, taikydama tokias technikas kaip kadrų praleidimas ir raiškos mažinimas, kad išlaikytų pagrindinį vizualinės komunikacijos lygį, visiškai neprarandant garso aiškumo.

Kodo pavyzdžiai ir gerosios praktikos

Štai keletas kodo pavyzdžių ir gerųjų praktikų, kaip įgyvendinti kadrų dažnio valdymą naudojant WebCodecs:

1. Dekoderio klaidų tvarkymas

Dekoderio klaidos gali atsirasti dėl įvairių priežasčių, pavyzdžiui, sugadintų vaizdo duomenų ar nepalaikomų kodekų. Svarbu šias klaidas tvarkyti tinkamai ir neleisti joms sugadinti programos. Įprastas metodas yra įdiegti klaidų tvarkyklę, kuri registruoja klaidą ir bando atkurti sistemą iš naujo nustatydama dekoderį arba perjungdama į kitą vaizdo srautą.

            
decoder.configure({
  //...
  error: (e) => {
    console.error("Decoder error:", e);
    // Attempt to recover by resetting the decoder or switching to a different video stream
    // decoder.reset(); or switchVideoStream();
  },
  output: (frame) => {
    // Process the frame
  },
});

            

              
                Copy
              
            
          

2. Kodavimo ir dekodavimo našumo optimizavimas

Vaizdo kodavimas ir dekodavimas gali būti skaičiavimams imlūs uždaviniai. Norėdami optimizuoti našumą, apsvarstykite šiuos dalykus:

• Aparatinis spartinimas: Įjunkite aparatinį spartinimą, kad kodavimui ir dekodavimui būtų naudojamas GPU. WebCodecs leidžia nurodyti hardwareAcceleration: "prefer-hardware" koduotuvo ir dekoderio konfigūracijoje.
• WebAssembly (WASM): Naudokite WASM skaičiavimams imlioms užduotims, pavyzdžiui, kodekų įgyvendinimui.
• Darbinės gijos (Worker Threads): Perkelkite kodavimo ir dekodavimo užduotis į darbines gijas, kad neužblokuotumėte pagrindinės gijos. Tai gali pagerinti programos reakciją.
• Efektyvus atminties valdymas: Venkite nereikalingo atminties paskirstymo ir atlaisvinimo. Kai tik įmanoma, pakartotinai naudokite VideoFrame objektus ir kitas duomenų struktūras.
• Optimizuokite kodeko nustatymus: Eksperimentuokite su skirtingais kodeko nustatymais, kad rastumėte optimalų balansą tarp kokybės ir našumo.

3. Tinkamos sinchronizacijos užtikrinimas

Garso ir vaizdo sinchronizacija yra labai svarbi norint užtikrinti vientisą žiūrėjimo patirtį. Užtikrinkite, kad garso ir vaizdo srautai būtų tinkamai sinchronizuoti, naudodami kadrų pateikimo laiko žymas (PTS). Galite naudoti laikrodžio sinchronizavimo algoritmą, kad suderintumėte garso ir vaizdo laikrodžius.

Dažniausiai pasitaikančių kadrų dažnio problemų šalinimas

Štai keletas dažniausiai pasitaikančių kadrų dažnio problemų ir kaip jas spręsti:

• Trūkčiojantis atkūrimas: Trūkčiojantį atkūrimą gali sukelti mažas kadrų dažnis, praleisti kadrai ar sinchronizacijos problemos. Patikrinkite kadrų dažnį, stebėkite kadrų eilės ilgį ir įsitikinkite, kad garso ir vaizdo srautai yra tinkamai sinchronizuoti.
• Strigimas: Strigimą gali sukelti nenuoseklus kadrų laikas arba buferio ištuštėjimas. Patikrinkite kadrų pateikimo laiko žymas (PTS) ir įsitikinkite, kad dekoderis gauna duomenis pastoviu greičiu.
• Vaizdo plyšinėjimas: Vaizdo plyšinėjimą gali sukelti kadrų atvaizdavimas nesinchronizuotai su ekrano atnaujinimo dažniu. Naudokite requestAnimationFrame, kad sinchronizuotumėte atvaizdavimą su naršyklės atnaujinimo dažniu.
• Didelis procesoriaus naudojimas: Didelį procesoriaus naudojimą gali sukelti neefektyvūs kodavimo ar dekodavimo algoritmai. Įjunkite aparatinį spartinimą ir optimizuokite savo kodą, kad sumažintumėte procesoriaus naudojimą.
• Atminties nutekėjimai: Atminties nutekėjimus gali sukelti netinkamas VideoFrame objektų ar kitų duomenų struktūrų atlaisvinimas. Įsitikinkite, kad uždarote visus kadrus naudodami frame.close(), kai jie nebėra reikalingi.

Kadrų dažnio valdymo ateitis naudojant WebCodecs

WebCodecs API nuolat tobulėja, ir reguliariai pridedamos naujos funkcijos bei patobulinimai. Ateityje galime tikėtis dar pažangesnių kadrų dažnio valdymo galimybių, tokių kaip:

• Detalesnis valdymas: Smulkesnis kodavimo ir dekodavimo proceso valdymas, pavyzdžiui, galimybė koreguoti kadrų dažnį kiekvienam kadrui atskirai.
• Pažangios kodavimo parinktys: Pažangesnės kodavimo parinktys, tokios kaip kintamo kadrų dažnio kodavimas ir turiniui pritaikytas kodavimas.
• Patobulintas klaidų tvarkymas: Patobulinti klaidų tvarkymo ir atkūrimo mechanizmai, pavyzdžiui, automatinis klaidų taisymas ir sklandus srauto perjungimas.
• Standartizuotos metrikos: Standartizuotos našumo metrikos ir API, skirtos kadrų dažniui ir kitiems našumo parametrams stebėti.

Išvada

Kadrų dažnio valdymas yra esminis vaizdo apdorojimo aspektas naudojant WebCodecs. Suprasdami kadrų laiko valdymo principus ir įgyvendindami šiame straipsnyje aptartas technikas, galite kurti galingas ir efektyvias vaizdo programas, kurios užtikrina sklandžią ir nuoseklią žiūrėjimo patirtį. Norint įvaldyti kadrų dažnio valdymą, reikia atidžiai apsvarstyti įvairius veiksnius, įskaitant tinklo sąlygas, apdorojimo galią ir vaizdo turinio sudėtingumą. Stebėdami našumo metrikas ir atitinkamai pritaikydami savo kodą, galite optimizuoti savo vaizdo apdorojimo srautą ir pasiekti norimą kadrų dažnį net ir kintančiomis sąlygomis. Kadangi WebCodecs API toliau tobulėja, galime tikėtis dar pažangesnių kadrų dažnio valdymo galimybių, kurios leis kūrėjams kurti dar sudėtingesnes vaizdo programas internetui.