Frontend WebCodecs kadru ātruma kontrole: Video kadru laika pārvaldības apgūšana

WebCodecs API revolucionizē veidu, kā mēs apstrādājam video tīmekļa lietojumprogrammās. Tas nodrošina tiešu piekļuvi pārlūkprogrammas pamatā esošajiem multivides kodekiem, ļaujot izstrādātājiem veidot jaudīgas un efektīvas video lietojumprogrammas, kas iepriekš bija iespējamas tikai ar vietējām tehnoloģijām. Viens būtisks video apstrādes aspekts ir kadru ātruma kontrole, un tās apgūšana ir būtiska, lai nodrošinātu plūstošu un konsekventu skatīšanās pieredzi. Šajā rakstā tiek pētītas kadru ātruma kontroles nianses WebCodecs, koncentrējoties uz video kadru laika pārvaldību.

Izpratne par kadru ātrumu un tā nozīmi

Kadru ātrums, mērīts kadros sekundē (FPS), nosaka, cik daudz nekustīgu attēlu tiek parādīts sekundē, lai radītu kustības ilūziju. Augstāks kadru ātrums parasti nodrošina plūstošāku video, savukārt zemāks kadru ātrums var izraisīt saraustītu vai stostīgu atskaņošanu. Cilvēka acs kustību uztver plūstošāk pie augstākiem kadru ātrumiem, parasti 24 FPS vai augstāk. Videospēles bieži mērķē uz 60 FPS vai pat augstāk, lai nodrošinātu atsaucīgāku un aizraujošāku pieredzi.

WebCodecs ietvaros vēlamā kadru ātruma sasniegšana ne vienmēr ir vienkārša. Tādi faktori kā tīkla apstākļi, apstrādes jauda un video satura sarežģītība var ietekmēt faktisko kadru ātrumu. Pareiza kadru laika pārvaldība ir būtiska, lai uzturētu konsekventu un vizuāli patīkamu atskaņošanas pieredzi pat mainīgos apstākļos.

WebCodecs: īss pārskats

Pirms iedziļināties kadru ātruma kontrolē, īsi apskatīsim WebCodecs API galvenos komponentus:

• VideoEncoder: Kodē neapstrādātus video kadrus saspiestos video datos.
• VideoDecoder: Dekodē saspiestus video datus atpakaļ neapstrādātos video kadros.
• EncodedVideoChunk: Pārstāv vienu kodētu video kadru.
• VideoFrame: Pārstāv vienu dekodētu video kadru.
• MediaStreamTrackProcessor: Apstrādā MediaStreamTrack (piemēram, no tīmekļa kameras vai ekrāna ieraksta) un nodrošina piekļuvi neapstrādātiem video kadriem.

Izmantojot šos komponentus, izstrādātāji var veidot pielāgotus video cauruļvadus, kas veic dažādas darbības, piemēram, kodēšanu, dekodēšanu, pārkodēšanu un video efektu piemērošanu.

Kadru laika pārvaldības metodes WebCodecs

Kadru laika pārvaldība ietver kontroli pār to, kad un cik bieži kadri tiek dekodēti un parādīti. Šeit ir vairākas metodes, kuras varat izmantot, lai sasniegtu precīzu kadru ātruma kontroli WebCodecs:

1. Prezentācijas laika zīmogu (PTS) izmantošana

Katram VideoFrame objektam WebCodecs ir timestamp īpašība, kas pazīstama arī kā prezentācijas laika zīmogs (PTS). PTS norāda, kad kadram jābūt parādītam attiecībā pret video straumes sākumu. Pareiza PTS apstrāde ir būtiska, lai uzturētu sinhronizāciju un izvairītos no atskaņošanas problēmām.

Piemērs: Pieņemsim, ka jūs dekodējat video ar kadru ātrumu 30 FPS. Paredzamais PTS pieaugums starp secīgiem kadriem būtu aptuveni 33,33 milisekundes (1000ms / 30 FPS). Ja kadra PTS būtiski atšķiras no šīs gaidītās vērtības, tas var norādīt uz laika problēmu vai pazaudētu kadru.

Ieviešana:

            
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
              
            
          

Šajā piemērā mēs aprēķinām sagaidāmo PTS pieaugumu, pamatojoties uz video kadru ātrumu, un salīdzinām to ar faktisko PTS atšķirību starp secīgiem kadriem. Ja atšķirība pārsniedz noteiktu slieksni, tiek reģistrēts brīdinājums, kas norāda uz iespējamu laika problēmu.

2. requestAnimationFrame izmantošana plūstošai renderēšanai

requestAnimationFrame API ir pārlūkprogrammas nodrošināta funkcija, kas ieplāno atzvanu, kas jāizpilda pirms nākamās pārkrāsošanas. Tas ir ieteicamais veids, kā atjaunināt displeju tīmekļa lietojumprogrammās, jo tas sinhronizē renderēšanu ar pārlūkprogrammas atsvaidzes intensitāti, kas parasti ir 60 Hz vai augstāka.

Izmantojot requestAnimationFrame, lai parādītu video kadrus, jūs varat nodrošināt, ka renderēšana ir plūstoša un izvairās no plīšanas vai stostīšanās. Tā vietā, lai renderētu kadrus uzreiz pēc to dekodēšanas, varat tos ievietot rindā un pēc tam izmantot requestAnimationFrame, lai tos parādītu piemērotā laikā.

Piemērs:

            
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
              
            
          

Šajā piemērā funkcija renderFrame pievieno katru dekodēto kadru rindai. Funkcija displayFrames, kuru izsauc requestAnimationFrame, izņem no rindas un renderē kadrus. Tas nodrošina, ka kadri tiek parādīti sinhroni ar pārlūkprogrammas atsvaidzes intensitāti.

3. Kadru ātruma ierobežotāja ieviešana

Dažos gadījumos jūs varētu vēlēties ierobežot kadru ātrumu līdz noteiktai vērtībai, pat ja video avotam ir augstāks kadru ātrums. Tas var būt noderīgi, lai samazinātu CPU lietojumu vai sinhronizētu video atskaņošanu ar citiem elementiem jūsu lietojumprogrammā.

Kadru ātruma ierobežotāju var ieviest, sekojot līdzi laikam, kas pagājis kopš pēdējā kadra parādīšanas, un renderējot jaunu kadru tikai tad, ja ir pagājis pietiekami daudz laika, lai sasniegtu vēlamo kadru ātrumu.

Piemērs:

            
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 piemērs aprēķina laika intervālu, kas nepieciešams mērķa kadru ātrumam, un renderē kadru tikai tad, ja pagājušais laiks kopš pēdējā kadra ir lielāks vai vienāds ar šo intervālu. Pielāgojums elapsed % frameInterval ir būtisks, lai novērstu novirzi un uzturētu konsekventu kadru ātrumu laika gaitā.

4. Adaptīvā kadru ātruma kontrole

Reālās pasaules scenārijos tīkla apstākļi un apstrādes jauda var svārstīties, izraisot izmaiņas faktiskajā kadru ātrumā. Adaptīvā kadru ātruma kontrole ietver kadru ātruma dinamisku pielāgošanu, pamatojoties uz šiem apstākļiem, lai uzturētu plūstošu atskaņošanas pieredzi.

Adaptīvās kadru ātruma kontroles metodes:

• Kadru nomešana: Ja sistēma ir pārslogota, jūs varat selektīvi nomest kadrus, lai samazinātu apstrādes slodzi. To var izdarīt, izlaižot kadrus ar mazāk svarīgu saturu vai piešķirot prioritāti atslēgas kadriem.
• Izšķirtspējas mērogošana: Ja dekodēšanas process ir lēns, varat samazināt video izšķirtspēju, lai uzlabotu veiktspēju. Tas samazinās apstrādājamo datu apjomu un palīdzēs uzturēt konsekventu kadru ātrumu.
• Bitreita pielāgošana: Ja tīkla joslas platums ir ierobežots, varat pārslēgties uz zemāka bitreita video straumi, lai samazinātu lejupielādējamo datu apjomu. Tas var novērst buferizāciju un nodrošināt plūstošāku atskaņošanas pieredzi.
• Dekodera konfigurācijas pielāgošana: Daži dekoderi ļauj veikt reāllaika pārkonfigurāciju, lai pielāgotu veiktspējas raksturlielumus.

Piemērs (kadru nomešana):

            
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. Veiktspējas rādītāju uzraudzība

Lai efektīvi pārvaldītu kadru ātrumu un optimizētu veiktspēju, ir svarīgi uzraudzīt galvenos veiktspējas rādītājus. Šeit ir daži rādītāji, kuriem jums vajadzētu sekot:

• Dekodēšanas laiks: Laiks, kas nepieciešams katra kadra dekodēšanai.
• Renderēšanas laiks: Laiks, kas nepieciešams katra kadra renderēšanai uz displeja.
• Kadru rindas garums: Renderēšanai gaidošo kadru skaits.
• CPU lietojums: CPU procentuālā daļa, ko izmanto video apstrādes cauruļvads.
• Atmiņas lietojums: Atmiņas apjoms, ko izmanto video apstrādes cauruļvads.
• Tīkla joslas platums: Pārraidīto datu apjoms tīklā.

Uzraugot šos rādītājus, jūs varat identificēt vājās vietas un optimizēt savu kodu, lai uzlabotu veiktspēju un uzturētu konsekventu kadru ātrumu. Pārlūkprogrammas izstrādātāju rīki bieži nodrošina profilēšanas funkcijas, kas var palīdzēt identificēt veiktspējas problēmas.

Praktiski piemēri un lietošanas gadījumi

Kadru ātruma kontrole ir būtiska dažādās lietojumprogrammās. Šeit ir daži praktiski piemēri:

• Video konferences: Video konferenču lietojumprogrammās stabila kadru ātruma uzturēšana ir būtiska, lai nodrošinātu plūstošu un dabisku video plūsmu. Adaptīvo kadru ātruma kontroli var izmantot, lai pielāgotu kadru ātrumu, pamatojoties uz tīkla apstākļiem un apstrādes jaudu.
• Tiešraides straumēšana: Tiešraides straumēšanas platformām ir jārisina mainīgi tīkla apstākļi un jānodrošina, lai skatītāji saņemtu konsekventu un augstas kvalitātes video straumi. Kadru ātruma kontroli var izmantot, lai optimizētu video straumi dažādiem tīkla apstākļiem un ierīču iespējām.
• Spēles: Tīmekļa spēlēm bieži nepieciešams augsts kadru ātrums, lai nodrošinātu atsaucīgu un aizraujošu pieredzi. Kadru ātruma kontroli var izmantot, lai optimizētu spēles veiktspēju un nodrošinātu, ka tā darbojas plūstoši dažādās ierīcēs.
• Video rediģēšana: Video rediģēšanas lietojumprogrammām ir jāapstrādā lieli video faili un jāveic sarežģītas darbības, piemēram, pārkodēšana un video efektu piemērošana. Kadru ātruma kontroli var izmantot, lai optimizētu rediģēšanas procesu un nodrošinātu, ka gala rezultātam ir vēlamais kadru ātrums.
• Interaktīvas video instalācijas (piemēram, muzejos, izstādēs): Vairāku video straumju un interaktīvo elementu sinhronizēšana bieži prasa precīzu kadru laika noteikšanu. WebCodecs var nodrošināt sarežģītas interaktīvas video pieredzes tīmekļa pārlūkprogrammās, atverot jaunu aizraujošas digitālās mākslas līmeni.

Starptautisks piemērs: video konferences zema joslas platuma vidēs

Iedomājieties video konferenču lietojumprogrammu, kas tiek izmantota Indijas lauku apvidos ar ierobežotu interneta savienojumu. Lai nodrošinātu lietojamu pieredzi, lietojumprogrammai ir agresīvi jāpārvalda kadru ātrums. Tā varētu piešķirt prioritāti audio pārraidei, nevis augsta kadru ātruma video, izmantojot tādas metodes kā kadru nomešana un izšķirtspējas mērogošana, lai uzturētu pamata vizuālās komunikācijas līmeni, pilnībā neupurējot audio skaidrību.

Koda piemēri un labākā prakse

Šeit ir daži koda piemēri un labākās prakses kadru ātruma kontroles ieviešanai WebCodecs:

1. Dekodera kļūdu apstrāde

Dekodera kļūdas var rasties dažādu iemeslu dēļ, piemēram, bojātu video datu vai neatbalstītu kodeku dēļ. Ir svarīgi šīs kļūdas apstrādāt saudzīgi un novērst lietojumprogrammas avāriju. Bieži izmantota pieeja ir ieviest kļūdu apstrādātāju, kas reģistrē kļūdu un mēģina atgūties, atiestatot dekoderi vai pārslēdzoties uz citu video straumi.

            
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. Kodēšanas un dekodēšanas veiktspējas optimizēšana

Video kodēšana un dekodēšana var būt skaitļošanas ziņā intensīvi uzdevumi. Lai optimizētu veiktspēju, apsveriet sekojošo:

• Aparatūras paātrinājums: Iespējojiet aparatūras paātrinājumu, lai izmantotu GPU kodēšanai un dekodēšanai. WebCodecs ļauj norādīt hardwareAcceleration: "prefer-hardware" kodētāja un dekodera konfigurācijā.
• WebAssembly (WASM): Izmantojiet WASM skaitļošanas ziņā intensīviem uzdevumiem, piemēram, kodeku implementācijām.
• Darbinieku pavedieni (Worker Threads): Pārvietojiet kodēšanas un dekodēšanas uzdevumus uz darbinieku pavedieniem, lai novērstu galvenā pavediena bloķēšanu. Tas var uzlabot lietojumprogrammas atsaucību.
• Efektīva atmiņas pārvaldība: Izvairieties no nevajadzīgām atmiņas piešķiršanām un atbrīvošanām. Atkārtoti izmantojiet VideoFrame objektus un citas datu struktūras, kad vien iespējams.
• Optimizējiet kodeka iestatījumus: Eksperimentējiet ar dažādiem kodeka iestatījumiem, lai atrastu optimālo līdzsvaru starp kvalitāti un veiktspēju.

3. Pareizas sinhronizācijas nodrošināšana

Sinhronizācija starp audio un video ir būtiska, lai nodrošinātu nevainojamu skatīšanās pieredzi. Pārliecinieties, ka audio un video straumes ir pareizi sinhronizētas, izmantojot kadru prezentācijas laika zīmogus (PTS). Varat izmantot pulksteņa sinhronizācijas algoritmu, lai saskaņotu audio un video pulksteņus.

Biežāko kadru ātruma problēmu novēršana

Šeit ir dažas biežākās kadru ātruma problēmas un to novēršanas veidi:

• Saraustīta atskaņošana: Saraustītu atskaņošanu var izraisīt zems kadru ātrums, nomesti kadri vai sinhronizācijas problēmas. Pārbaudiet kadru ātrumu, uzraugiet kadru rindas garumu un pārliecinieties, ka audio un video straumes ir pareizi sinhronizētas.
• Stostīšanās: Stostīšanos var izraisīt nekonsekvents kadru laiks vai bufera iztukšošanās. Pārbaudiet kadru prezentācijas laika zīmogus (PTS) un pārliecinieties, ka dekoderis saņem datus ar konsekventu ātrumu.
• Plīšana (Tearing): Plīšanu var izraisīt kadru renderēšana, kas nav sinhronizēta ar displeja atsvaidzes intensitāti. Izmantojiet requestAnimationFrame, lai sinhronizētu renderēšanu ar pārlūkprogrammas atsvaidzes intensitāti.
• Augsts CPU lietojums: Augstu CPU lietojumu var izraisīt neefektīvi kodēšanas vai dekodēšanas algoritmi. Iespējojiet aparatūras paātrinājumu un optimizējiet savu kodu, lai samazinātu CPU lietojumu.
• Atmiņas noplūdes: Atmiņas noplūdes var izraisīt nepareiza VideoFrame objektu vai citu datu struktūru atbrīvošana. Pārliecinieties, ka aizverat visus kadrus, izmantojot frame.close(), kad tie vairs nav nepieciešami.

Kadru ātruma kontroles nākotne WebCodecs

WebCodecs API nepārtraukti attīstās, un regulāri tiek pievienotas jaunas funkcijas un uzlabojumi. Nākotnē mēs varam sagaidīt vēl progresīvākas kadru ātruma kontroles iespējas, piemēram:

• Smalkāka kontrole: Smalkāka kontrole pār kodēšanas un dekodēšanas procesu, piemēram, spēja pielāgot kadru ātrumu katram kadram atsevišķi.
• Uzlabotas kodēšanas iespējas: Uzlabotākas kodēšanas iespējas, piemēram, mainīga kadru ātruma kodēšana un saturam pielāgota kodēšana.
• Uzlabota kļūdu apstrāde: Uzlaboti kļūdu apstrādes un atkopšanas mehānismi, piemēram, automātiska kļūdu labošana un nevainojama straumju pārslēgšana.
• Standartizēti rādītāji: Standartizēti veiktspējas rādītāji un API kadru ātruma un citu veiktspējas parametru uzraudzībai.

Noslēgums

Kadru ātruma kontrole ir būtisks video apstrādes aspekts WebCodecs. Izprotot kadru laika pārvaldības principus un ieviešot šajā rakstā apspriestās metodes, jūs varat veidot jaudīgas un efektīvas video lietojumprogrammas, kas nodrošina plūstošu un konsekventu skatīšanās pieredzi. Lai apgūtu kadru ātruma kontroli, rūpīgi jāapsver dažādi faktori, tostarp tīkla apstākļi, apstrādes jauda un video satura sarežģītība. Uzraugot veiktspējas rādītājus un attiecīgi pielāgojot savu kodu, jūs varat optimizēt savu video cauruļvadu un sasniegt vēlamo kadru ātrumu pat mainīgos apstākļos. Tā kā WebCodecs API turpina attīstīties, mēs varam sagaidīt vēl progresīvākas kadru ātruma kontroles iespējas, kas ļaus izstrādātājiem veidot vēl sarežģītākas video lietojumprogrammas tīmeklim.