Frontend WebCodecs srauto apdorojimas: realaus laiko medijos konvejerių kūrimas

Ilgą laiką internetas buvo platforma medijos turiniui vartoti, tačiau iki šiol sudėtingų, realaus laiko medijos programų kūrimas tiesiogiai naršyklėje buvo didelis iššūkis. Tradicinės žiniatinklio API dažnai neturėjo reikiamo žemo lygio valdymo ir našumo, būtino tokioms užduotims kaip vaizdo konferencijos, tiesioginės transliacijos ir pažangus garso bei vaizdo redagavimas. WebCodecs keičia šią situaciją, suteikdami frontend programuotojams tiesioginę prieigą prie naršyklėje esančių kodekų ir atverdami duris galingų, našų ir pritaikomų realaus laiko medijos konvejerių kūrimui.

Kas yra WebCodecs?

WebCodecs yra JavaScript API, kuri suteikia žemo lygio prieigą prie vaizdo ir garso kodekų naršyklėje. Tai reiškia, kad programuotojai dabar gali koduoti, dekoduoti ir apdoroti medijos duomenis tiesiogiai naršyklėje, daugeliui įprastų užduočių nepasikliaudami išoriniais priedais ar serverio pusės apdorojimu. Tai atveria platų galimybių spektrą interaktyvių ir įtraukiančių medijos patirčių kūrimui.

Pagrindiniai WebCodecs privalumai:

• Našumas: Natūrali prieiga prie kodekų leidžia pasiekti žymiai geresnį našumą, palyginti su ankstesniais metodais.
• Mažas vėlavimas: WebCodecs įgalina mažo vėlavimo medijos apdorojimą, kuris yra kritiškai svarbus realaus laiko programoms, tokioms kaip vaizdo konferencijos ir tiesioginės transliacijos.
• Lankstumas: Programuotojai turi smulkmenišką kodavimo ir dekodavimo parametrų kontrolę, leidžiančią pritaikyti ir optimizuoti konkretiems naudojimo atvejams.
• Prieinamumas: WebCodecs yra standartizuota žiniatinklio API, užtikrinanti platų suderinamumą su moderniomis naršyklėmis.

Pagrindinių komponentų supratimas

Norint efektyviai naudoti WebCodecs, svarbu suprasti jo pagrindinius komponentus:

• VideoEncoder: Atsakingas už neapdorotų vaizdo kadrų kodavimą į suspaustą formatą (pvz., H.264, VP9, AV1).
• VideoDecoder: Atsakingas už suspaustų vaizdo duomenų dekodavimą atgal į neapdorotus vaizdo kadrus.
• AudioEncoder: Atsakingas už neapdorotų garso duomenų kodavimą į suspaustą formatą (pvz., Opus, AAC).
• AudioDecoder: Atsakingas už suspaustų garso duomenų dekodavimą atgal į neapdorotus garso duomenis.
• EncodedVideoChunk: Atspindi vieną užkoduotą vaizdo kadrą.
• EncodedAudioChunk: Atspindi vieną užkoduotą garso kadrą.
• VideoFrame: Atspindi neapdorotą, nesuspaustą vaizdo kadrą.
• AudioData: Atspindi neapdorotus, nesuspaustus garso duomenis.
• MediaStreamTrackProcessor: Paima MediaStreamTrack (iš kameros ar mikrofono) ir suteikia prieigą prie neapdorotų garso ar vaizdo duomenų kaip VideoFrame ar AudioData objektų.
• MediaStreamTrackGenerator: Leidžia sukurti naują MediaStreamTrack iš apdorotų garso ar vaizdo duomenų, kuriuos vėliau galima rodyti ar transliuoti.

Paprasto realaus laiko vaizdo konvejerio kūrimas: praktinis pavyzdys

Iliustruokime WebCodecs galią supaprastintu realaus laiko vaizdo konvejerio pavyzdžiu. Šis pavyzdys fiksuos vaizdą iš interneto kameros, užkoduos jį naudojant WebCodecs, dekoduos ir tada atvaizduos dekoduotą vaizdą atskirame drobės (canvas) elemente. Atkreipkite dėmesį, kad tai yra pagrindinis pavyzdys, reikalaujantis klaidų apdorojimo ir patikimesnių konfigūracijų produkcinei aplinkai.

1. Vaizdo fiksavimas iš interneto kameros

Pirmiausia turime gauti prieigą prie vartotojo interneto kameros naudodami getUserMedia API:

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

              
                Copy
              
            
          

2. Koduotuvo ir dekoderio nustatymas

Toliau turime inicializuoti VideoEncoder ir VideoDecoder. Šiam pavyzdžiui naudosime H.264 kodeką, bet taip pat galite naudoti VP9 ar AV1, priklausomai nuo naršyklės palaikymo ir jūsų konkrečių reikalavimų.

            
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
              
            
          

Svarbios pastabos apie konfigūraciją:

• codec eilutė yra labai svarbi. Ji nurodo naudojamą kodeką ir profilį. Visą palaikomų kodekų ir profilių sąrašą rasite WebCodecs dokumentacijoje.
• width ir height turėtų atitikti įvesties vaizdo matmenis.
• framerate ir bitrate galima reguliuoti, norint valdyti kokybę ir pralaidumo naudojimą.

3. Kadrų kodavimas ir dekodavimas

Dabar galime skaityti kadrus iš interneto kameros srauto, juos koduoti ir tada dekoduoti. Dekoduoti kadrai yra piešiami ant drobės elemento.

            
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
              
            
          

4. Viską sujungiant

Galiausiai galime iškviesti visas šias funkcijas, kad paleistume vaizdo konvejerį:

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

main();

            

              
                Copy
              
            
          

Tai yra supaprastintas pavyzdys, todėl jums reikės pridėti klaidų apdorojimą, tinkamai sukonfigūruoti koduotuvą ir dekoderį bei atsižvelgti į skirtingas naršyklių implementacijas. Tačiau tai parodo pagrindinius principus, kaip naudoti WebCodecs kuriant realaus laiko vaizdo konvejerį.

Pažangūs naudojimo atvejai ir pritaikymai

WebCodecs atveria duris įvairiems pažangiems naudojimo atvejams:

• Vaizdo konferencijos: Individualių vaizdo konferencijų sprendimų kūrimas su pažangiomis funkcijomis, tokiomis kaip fono suliejimas, triukšmo slopinimas ir ekrano bendrinimas. Galimybė tiksliai valdyti kodavimo parametrus leidžia optimizuoti darbą esant mažo pralaidumo aplinkoms, o tai itin svarbu vartotojams su ribota interneto prieiga tokiuose regionuose kaip Pietryčių Azija ar Afrika.
• Tiesioginės transliacijos: Mažo vėlavimo tiesioginių transliacijų platformų kūrimas žaidimams, sportui ir kitiems renginiams. WebCodecs leidžia naudoti adaptyvų bitų srautą (adaptive bitrate streaming), dinamiškai koreguojant vaizdo kokybę pagal žiūrovo tinklo sąlygas.
• Vaizdo redagavimas: Internetinių vaizdo redagavimo įrankių kūrimas su pažangiomis galimybėmis, tokiomis kaip realaus laiko efektai, perėjimai ir kompozicija. Tai gali būti naudinga kūrėjams besivystančiose šalyse, kurie gali neturėti prieigos prie brangios darbalaukio programinės įrangos.
• Papildytoji realybė (AR) ir virtualioji realybė (VR): Vaizdo srautų iš kamerų apdorojimas AR/VR programoms, įgalinant įtraukiančias ir interaktyvias patirtis. Tai apima skaitmeninės informacijos uždėjimą ant realaus pasaulio (AR) ir visiškai naujų virtualių aplinkų kūrimą (VR).
• Mašininis mokymasis: Vaizdo duomenų pirminis apdorojimas mašininio mokymosi modeliams, tokiems kaip objektų aptikimas ir veido atpažinimas. Pavyzdžiui, stebėjimo kamerų įrašų analizė saugumo tikslais ar automatizuotų transkripcijos paslaugų teikimas.
• Debesų žaidimai (Cloud Gaming): Žaidimų transliavimas iš debesies su mažu vėlavimu, leidžiantis žaidėjams žaisti sudėtingus žaidimus mažos galios įrenginiuose.

Našumo ir tarpnaršyklinio suderinamumo optimizavimas

Nors WebCodecs siūlo didelius našumo pranašumus, svarbu optimizuoti kodą ir atsižvelgti į tarpnaršyklinį suderinamumą:

Našumo optimizavimas:

• Pasirinkite tinkamą kodeką: H.264, VP9 ir AV1 siūlo skirtingus kompromisus tarp suspaudimo efektyvumo ir kodavimo/dekodavimo sudėtingumo. Pasirinkite kodeką, kuris geriausiai atitinka jūsų poreikius. Apsvarstykite kiekvieno kodeko palaikymą naršyklėse; AV1, nors ir siūlo pranašesnį suspaudimą, gali būti nepalaikomas visur.
• Konfigūruokite koduotuvą ir dekoderį: Atidžiai konfigūruokite kodavimo parametrus (pvz., bitų srautą, kadrų dažnį, kokybę), kad subalansuotumėte našumą ir kokybę.
• Naudokite WebAssembly (Wasm): Skaičiavimams imlioms užduotims apsvarstykite galimybę naudoti WebAssembly, kad pasiektumėte beveik natyvų našumą. WebAssembly gali būti naudojamas individualiems kodekams ar vaizdo apdorojimo algoritmams įgyvendinti.
• Minimizuokite atminties paskirstymą: Venkite nereikalingo atminties paskirstymo ir atlaisvinimo, kad sumažintumėte šiukšlių surinkimo (garbage collection) pridėtines išlaidas. Kai tik įmanoma, naudokite buferius pakartotinai.
• Darbinės gijos (Worker Threads): Skaičiavimams imlias užduotis perkelkite į darbines gijas, kad neužblokuotumėte pagrindinės gijos ir išlaikytumėte reaguojančią vartotojo sąsają. Tai ypač svarbu kodavimo ir dekodavimo operacijoms.

Tarpnaršyklinis suderinamumas:

• Funkcijų aptikimas (Feature Detection): Naudokite funkcijų aptikimą, kad nustatytumėte, ar naršyklė palaiko WebCodecs.
• Kodekų palaikymas: Prieš bandydami naudoti kodekus, patikrinkite, kuriuos iš jų palaiko naršyklė. Naršyklės gali palaikyti skirtingus kodekus ir profilius.
• Polifilai (Polyfills): Apsvarstykite galimybę naudoti polifilus, kad suteiktumėte WebCodecs funkcionalumą senesnėse naršyklėse. Tačiau polifilai gali nesiūlyti tokio pat našumo lygio kaip natūralios implementacijos.
• User Agent atpažinimas: Nors paprastai to nerekomenduojama daryti, user agent atpažinimas (sniffing) kai kuriais atvejais gali būti būtinas norint apeiti naršyklės specifines klaidas ar apribojimus. Naudokite jį saikingai ir atsargiai.

Vėlavimo problemų sprendimas realaus laiko programose

Vėlavimas yra kritinis veiksnys realaus laiko medijos programose. Štai keletas strategijų, kaip sumažinti vėlavimą naudojant WebCodecs:

• Minimizuokite buferizavimą: Sumažinkite buferizavimo kiekį kodavimo ir dekodavimo konvejeriuose. Mažesni buferiai lemia mažesnį vėlavimą, bet taip pat gali padidinti praleistų kadrų riziką.
• Naudokite mažo vėlavimo kodekus: Kai kurie kodekai yra sukurti mažo vėlavimo programoms. Apsvarstykite galimybę naudoti tokius kodekus kaip VP8 arba H.264 su specifiniais mažo vėlavimo profiliais.
• Optimizuokite tinklo transportą: Naudokite efektyvius tinklo protokolus, tokius kaip WebRTC, kad sumažintumėte tinklo vėlavimą.
• Sumažinkite apdorojimo laiką: Optimizuokite savo kodą, kad sumažintumėte laiką, praleistą apdorojant kiekvieną kadrą. Tai apima kodavimo, dekodavimo ir bet kokių kitų vaizdo apdorojimo operacijų optimizavimą.
• Kadrų praleidimas: Ekstremaliais atvejais apsvarstykite galimybę praleisti kadrus, kad išlaikytumėte mažą vėlavimą. Tai gali būti perspektyvi strategija, kai tinklo sąlygos yra prastos arba apdorojimo galia ribota.

WebCodecs ateitis: kylančios tendencijos ir technologijos

WebCodecs yra gana nauja API, ir jos galimybės nuolat tobulėja. Štai keletas kylančių tendencijų ir technologijų, susijusių su WebCodecs:

• AV1 pritaikymas: AV1 yra naujos kartos vaizdo kodekas, siūlantis pranašesnį suspaudimo efektyvumą, palyginti su H.264 ir VP9. Didėjant naršyklių palaikymui AV1, jis taps pageidaujamu kodeku daugeliui WebCodecs programų.
• Aparatinės įrangos spartinimas: Naršyklės vis dažniau naudoja aparatinės įrangos spartinimą WebCodecs kodavimui ir dekodavimui. Tai dar labiau pagerins našumą ir sumažins energijos suvartojimą.
• Integracija su WebAssembly: WebAssembly naudojamas individualiems kodekams ir vaizdo apdorojimo algoritmams įgyvendinti, išplečiant WebCodecs galimybes.
• Standartizacijos pastangos: WebCodecs API yra nuolat tobulinama ir standartizuojama Pasaulinio tinklo konsorciumo (W3C).
• Dirbtiniu intelektu pagrįstas medijos apdorojimas: Integracija su mašininio mokymosi modeliais tokioms užduotims kaip protingas kodavimas, turiniui pritaikytas mastelio keitimas ir automatizuotas vaizdo redagavimas. Pavyzdžiui, automatinis vaizdo įrašų apkarpymas, kad tiktų skirtingiems kraštinių santykiams, arba vaizdo kokybės gerinimas naudojant super-raiškos (super-resolution) technikas.

WebCodecs ir prieinamumas: įtraukių medijos patirčių užtikrinimas

Kuriant medijos programas su WebCodecs, labai svarbu atsižvelgti į prieinamumą vartotojams su negalia:

• Subtitrai ir antraštės: Pateikite subtitrus ir antraštes visam vaizdo turiniui. WebCodecs gali būti naudojamas dinamiškai generuoti subtitrus remiantis garso analize.
• Garso aprašymai: Siūlykite garso aprašymus regos negalią turintiems vartotojams. Garso aprašymai pasakoja apie vaizdo įrašo vizualinius elementus.
• Naršymas klaviatūra: Užtikrinkite, kad visi valdikliai būtų pasiekiami naršant klaviatūra.
• Ekrano skaitytuvų suderinamumas: Išbandykite savo programą su ekrano skaitytuvais, kad užtikrintumėte, jog ji yra tinkamai prieinama.
• Spalvų kontrastas: Naudokite pakankamą spalvų kontrastą, kad turinys būtų įskaitomas vartotojams su regos sutrikimais.

Globalūs aspektai WebCodecs kūrimui

Kuriant WebCodecs programas pasaulinei auditorijai, atsižvelkite į šiuos dalykus:

• Skirtingos tinklo sąlygos: Optimizuokite savo programą skirtingoms tinklo sąlygoms, įskaitant mažo pralaidumo ir didelio vėlavimo ryšius. Apsvarstykite adaptyvų bitų srautą, kad pritaikytumėte vaizdo kokybę pagal tinklo sąlygas. Tai ypač svarbu vartotojams besivystančiose šalyse su ribota interneto infrastruktūra.
• Regioniniai turinio apribojimai: Žinokite apie regioninius turinio apribojimus ir licencijavimo sutartis. Kai kuris turinys gali būti nepasiekiamas tam tikrose šalyse.
• Kalbos palaikymas: Užtikrinkite palaikymą kelioms kalboms. Tai apima vartotojo sąsajos vertimą ir subtitrų bei antraščių pateikimą skirtingomis kalbomis.
• Kultūrinis jautrumas: Būkite atidūs kultūriniams skirtumams ir venkite turinio, kuris gali būti įžeidžiantis ar netinkamas tam tikroms auditorijoms.
• Prieinamumo standartai: Laikykitės tarptautinių prieinamumo standartų, tokių kaip WCAG (Žiniatinklio turinio prieinamumo gairės).

Išvada: WebCodecs – esminis pokytis frontend medijos apdorojime

WebCodecs yra reikšmingas frontend žiniatinklio kūrimo žingsnis į priekį, suteikiantis programuotojams galimybę kurti sudėtingus, realaus laiko medijos konvejerius tiesiogiai naršyklėje. Suteikdami žemo lygio prieigą prie kodekų, WebCodecs atveria platų galimybių spektrą interaktyvių ir įtraukiančių medijos patirčių kūrimui. Naršyklių palaikymui WebCodecs toliau augant, jis taps vis svarbesniu įrankiu frontend programuotojams, kuriantiems naujos kartos medijos programas.

Nesvarbu, ar kuriate vaizdo konferencijų platformą, tiesioginių transliacijų paslaugą, ar internetinį vaizdo redaktorių, WebCodecs siūlo našumą, lankstumą ir kontrolę, kurių reikia norint sukurti tikrai novatoriškas ir patrauklias medijos patirtis pasaulinei auditorijai.