谈起音视频,前端能做些什么

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@(音视频)[Audio|Video|MSE]

音视频随着互联网的发展,对音视频的需求越来越多,然而音视频无乱是播放还是编解码,封装对性能要求都比较高,那现阶段的前端再音视频领域都能做些什么呢。


[TOC]

音频或视频的播放

html5 audio

提起音视频的播放,我萌首先想到的是HTMLMediaElementvideo播放视频,audio播放音频。举个栗子:

<audio controls autoplay loop="true" preload="auto" src="audio.mp3"></audio>
  • controls指定浏览器渲染成html5 audio.
  • autoplay属性告诉浏览器,当加载完的时候,自动播放.
  • loop属性循环播放.
  • preload当渲染到audio元素时,便加载音频文件.
  • 移动端的浏览器并不支持autoplaypreload 属性,即不会自动加载音频文件,只有通过一些事件触发,比如touchclick事件等触发加载然后播放.
  • 媒体元素还有一些改变音量,某段音频播放完成事件等,请阅读HTMLMediaElement.
  • 当然如果你的网页是跑在WebView中,可以让客户端设置一些属性实现预加载和自动播放。

AudioContext

虽然使用html5的audio可以播放音频,但是正如你看到存在很多问题,同时我萌不能对音频的播放进行很好的控制,比如说从网络中获取到音频二进制数据,有的时候我萌想顺序播放多段音频,对于使用audio元素也是力不从心,处理起来并不优雅。
举个栗子:

function queuePlayAudio(sounds) {
    let index = 0;
    function recursivePlay(sounds, index) {
        if(sounds.length == index) return;
        sounds[index].play();
        sounds[index].onended = recursivePlay.bind(this, sounds, ++index);
    }
}

监听audio元素的 onended 事件,顺序播放。

为了更好的控制音频播放,我萌需要AudioContext.

AudioContext接口表示由音频模块连接而成的音频处理图,每个模块对应一个AudioNode。AudioContext可以控制它所包含的节点的创建,以及音频处理、解码操作的执行。做任何事情之前都要先创建AudioContext对象,因为一切都发生在这个环境之中。

可能理解起来比较晦涩,简单的来说,AudioContext 像是一个工厂,对于一个音频的播放,从音源到声音控制,到链接播放硬件的实现播放,都是由各个模块负责处理,通过connect 实现流程的控制。
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现在我萌便能实现音频的播放控制,比如从网络中获取。利用AJAX中获取 arraybuffer类型数据,通过解码,然后把音频的二进制数据传给AudioContext创建的BufferSourceNode,最后通过链接 destination 模块实现音频的播放。

   export default class PlaySoundWithAudioContext {
    constructor() {
            if(PlaySoundWithAudioContext.isSupportAudioContext()) {
                this.duration = 0;
                this.currentTime = 0;
                this.nextTime = 0;
                this.pending = [];
                this.mutex = false;
                this.audioContext = new (window.AudioContext || window.webkitAudioContext)();
            }
        }
        static isSupportAudioContext() {
            return window.AudioContext || window.webkitAudioContext;
        }

       play(buffer) {
            var source = this.audioContext.createBufferSource(); 
            source.buffer = buffer;                  
            source.connect(this.audioContext.destination); 
            source.start(this.nextTime);
            this.nextTime += source.buffer.duration;
        }

    addChunks(buffer) {
        this.pending.push(buffer);
        let customer = () => {
            if(!this.pending.length) return;
            let buffer = this.pending.shift();
            this.audioContext.decodeAudioData(buffer, buffer => {
            this.play(buffer);
            console.log(buffer)
            if(this.pending.length) {
                customer()
            }
            }, (err) => {
                console.log('decode audio data error', err);
            });
        }
        if(!this.mutex) {
            this.mutex = true;
            customer()
        }
       
    }

    clearAll() {
        this.duration = 0;
        this.currentTime = 0;
        this.nextTime = 0;
    }
}

AJAX调用

function xhr() {
    var XHR = new XMLHttpRequest();
   XHR.open('GET', '//example.com/audio.mp3');
  XHR.responseType = 'arraybuffer';
  XHR.onreadystatechange = function(e) {
      if(XHR.readyState == 4) {
         if(XHR.status == 200) {
       playSoundWithAudioContext.addChunks(XHR.response);
    }
      }
   }
  XHR.send();
}

使用Ajax播放对于小段的音频文件还行,但是一大段音频文件来说,等到下载完成才播放,不太现实,能否一边下载一边播放呢。这里就要利用 fetch 实现加载stream流。


fetch(url).then((res) => {
    if(res.ok && (res.status >= 200 && res.status <= 299)) {
        readData(res.body.getReader())
    } else {
        that.postMessage({type: constants.LOAD_ERROR})
    }
})

function readData(reader) {
    reader.read().then((result) => {
        if(result.done) {
            return;
        }
        console.log(result);
        playSoundWithAudioContext.addChunks(result.value.buffer);
    })
}

简单的来说,就是fetchresponse返回一个readableStream接口,通过从中读取流,不断的喂给audioContext 实现播放,测试发现移动端不能顺利实现播放,pc端浏览器可以。

PCM audio

实现audioContext播放时,我萌需要解码,利用decodeAudioDataapi实现解码,我萌都知道,一般音频都要压缩成mp3,aac这样的编码格式,我萌需要先解码成PCM数据才能播放,那PCM 又是什么呢?我萌都知道,声音都是由物体振动产生,但是这样的声波无法被计算机存储计算,我萌需要使用某种方式去刻画声音,于是乎便有了PCM格式的数据,表示麦克风采集声音的频率,采集的位数以及声道数,立体声还是单声道。

Media Source Extensions

Media Source Extensions可以动态的给AudioVideo创建stream流,实现播放,简单的来说,可以很好的播放进行控制,比如再播放的时候实现 seek 功能什么的,也可以在前端对某种格式进行转换进行播放,并不是支持所有的格式的。
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通过将数据append进SourceBuffer中,MSE把这些数据存进缓冲区,解码实现播放。这里简单的举个使用MSE播放 audio的栗子:

export default class PlaySoundWithMSE{
    constructor(audio) {
        this.audio = audio;
        if(PlaySoundWithMSE.isSupportMSE()) {
            this.pendingBuffer = [];
            this._mediaSource = new MediaSource();
            this.audio.src = URL.createObjectURL(this._mediaSource);
            this._mediaSource.addEventListener('sourceopen', () => {
                this.sourcebuffer = this._mediaSource.addSourceBuffer('audio/mpeg');
                this.sourcebuffer.addEventListener('updateend', 
                this.handleSourceBufferUpdateEnd.bind(this));
            })
        }
    }

    addBuffer(buffer) {
        this.pendingBuffer.push(buffer);
    }

    handleSourceBufferUpdateEnd() {
        if(this.pendingBuffer.length) {
            this.sourcebuffer.appendBuffer(this.pendingBuffer.shift());
        } else {
            this._mediaSource.endOfStream();
        }
    }

    static isSupportMSE() {
        return !!window.MediaSource;
    }
}

HTML5 播放器

谈起html5播放器,你可能知道bilibili的flv.js,它便是依赖Media Source Extensions将flv编码格式的视频转包装成mp4格式,然后实现播放。
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从流程图中可以看到,IOController实现对视频流的加载,这里支持fetch的 stream能力,WebSocket等,将得到的视频流,这里指的是flv格式的视频流,将其转封装成MP4格式,最后将MP4格式的数据通过appendBuffer将数据喂给MSE,实现播放。

未来

上面谈到的都是视频的播放,你也看到,即使播放都存在很多限制,MSE的浏览器支持还不多,那在视频的编码解码这些要求性能很高的领域,前端能否做一些事情呢?
前端性能不高有很多原因,在浏览器这样的沙盒环境下,同时js这种动态语言,性能不高,所以有大佬提出把c++编译成js ,然后提高性能,或许你已经知道我要说的是什么了,它就是ASM.js,它是js的一种严格子集。我萌可以考虑将一些视频编码库编译成js去运行提高性能,其中就不得不提到的FFmpeg,可以考虑到将其编译成asm,然后对视频进行编解码。
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写在最后

我萌可以看到,前端对音视频的处理上由于诸多原因,可谓如履薄冰,但是在视频播放上,随着浏览器的支持,还是可以有所作为的。

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荒烟依旧平楚 · 2018年11月18日

试了一下fetch stream方式,发现有个问题:原文中用this.mutex做启动解码播放的逻辑,但这样会存在第一段buffer播放完了,但第二段buffer还没请求到的情况,递归就中断了。后来把逻辑改了下,判断了this.pending.length大于10才开始解码播放,好多了。

另一个问题:播放过程中AudioBuffer的播放衔接不流畅,存在极细微的卡顿,有时播放时间越久,越有概率出现AudioBuffer播放顺序错乱的现象。
猜测应该是stream的每段AudioBuffer都很短小,诸多bufferSource在playback的衔接时间上会存在失精和误差导致的。

体验下来AudioContext播放stream流的体验还不是很好,持续关注。

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bug之所措 · 2018年11月21日

请问作者有没有用过bilibili的那个flv.js,或者是demo,我之前试过,但是一直报错播放不了,播放mp4的话却是可以的。

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