Web 直播流的解析
Web 进制操作是一个比较底层的话题,因为平常做业务的时候根本用不到太多,或者说,根本用不到。
老铁,没毛病
那什么情况会用到呢?
- canvas
- websocket
- file
- fetch
- webgl
- …
上面只是列了部分内容。现在比较流行的就是音视频的处理,怎么说呢?
如果,有涉及直播的话,那么这应该就是一个非常!非常!非常!重要的一块内容。我这里就不废话了,先主要看一下里面的基础内容。
整体架构
首先,一开始我们是怎么接触到底层的 bit 流呢?
记住:只有一个对象我们可以搞到 bit 流 --> ArrayBuffer
这很似曾相识,例如在 fetch 使用中,我们可以通过 res.arrayBuffer(); 来直接获取 ArrayBuffer 对象。websocket 中,监听 message
,返回来的 event.data
也是 arraybuffer。
letsocket =newWebSocket('ws://127.0.0.1:8080');
socket.binaryType ='arraybuffer';
socket.addEventListener('message',function(event){letarrayBuffer = event.data;
···
});
但是,ArrayBuffer 并不能直接提供底层流的获取操作!!!
你可以通过 TypeArray 和 DataView 进行相关查看:
接下来,我们具体看一下 TypeArray 和 DataView 的具体细节吧。
TypedArray
首先声明这并不是一个具体的 array 对象,而是一整个底层 Buffer 的概念集合。首先,我们了解一下底层的二进制:
二进制
在一般程序语言里面,最底层的数据大概就可以用 0 和 1 来表示:
00000000000000000000000100111010
根据底层的比特的数据还可以划分为两类:
- signed: 从左到右第一位开始,如果为 0 则表示为正,为 1 则表示为负。例如:-127~+127
- unsigned: 从左到右第一位不作为符号的表示。例如:0~255
而我们程序表达时,为了易读性和简便性常常会结合其他进制一起使用。
- 八进制(octet)
- 十进制(Decimal)
- 十六进制(Hexadecimal)
特别提醒的是:
在 JS 中: 使用
0x
字面上表示十六进制。每一位代表 4bit(2^4)。 使用0o
字面上表示八进制。每一位代表 3bit(2^3)。还有一种是直接使用0
为开头,不过该种 bug 较多,不推荐。 使用0b
字面上表示二进制。每一位代表 1bit(2^1)。
了解了二进制之后,接下来我们主要来了解一下 Web 比特位运算的基本内容。
位运算
Web 中的位运算和其它语言中类似,有基本的 7 个。
与 ( &
)
在相同位上,都为 1 时,结果才为 1:
// 在 Web 中二进制不能直接表示001&101=001
并且,该运算常常会和叫做 bitmask
(屏蔽字)结合起来使用。比如,在音视频的 Buffer 中,第 4 位 bit 表示该 media segments 里面是否存在 video。那么为了检验,则需要提取第 4 位,这时候就需要用到我们的 bitmask。
// 和 1000 进行相与buf &8
或 ( |
)
在相同位上,有一个为 1 时,结果为 1。
// FROM MDN9(base10) =00000000000000000000000000001001(base2)14(base10) =00000000000000000000000000001110(base2)
--------------------------------14^9(base10) =00000000000000000000000000000111(base2) =7(base10)
非 ( ~
)
只和自己做运算,如果为 0,结果为 1。如果为 1 结果为 0。反正就是相反的意思了:
// FROM MDN9(base10) =00000000000000000000000000001001(base2)
--------------------------------
~9(base10) =11111111111111111111111111110110(base2) = -10(base10)
异或 ( ^
)
当两者中只有一个 1 那么结果才为 1。
// FROM MDN9(base10) =00000000000000000000000000001001(base2)14(base10) =00000000000000000000000000001110(base2)
--------------------------------14^9(base10) =00000000000000000000000000000111(base2) =7(base10)
左移 ( <<
)
基本格式为:x << y
将 x 向左移动 y 位数。空出来的补 0
// FROM MDN9(base10):00000000000000000000000000001001(base2)
--------------------------------9<<2(base10):00000000000000000000000000100100(base2) =36(base10)
带位右移 ( >>
)
什么叫 带位
呢?
上面我们提到过 signed
和 unsigned
。那么这里针对的就是 signed
的位移类型。
格式为: x >> y
将 x 向右移动 y 位数。左边空出来的位置根据最左边的第一位决定,如果为 1 则补 1,反之。
1001>>2=1110
直接右移 ( >>>
)
该方式和上面具体区别就是,该运算针对的是 unsigned
的移动。不管你左边是啥,都给我补上 0。
格式为: x >> y
1001>>2=0010
上面这些运算符主要是针对
32bit
的。不过有时候为了简便,可以省去前面多余的 0。不过大家要清楚,这是针对 32 位的即可。
优先级
上面简单介绍了位操作符,但是他们的优先级是怎么样的呢?详情可以参考: precedence;
简单来说:(按照下列顺序,优先级降低)
~ >> << >>> & ^ |
位运算具体运用
状态改变
后台在保存数据的时候,常常会遇到某一个字段有多种状态。例如,填表状态:填完,未填,少填,填错等。一般情况下直接用数字来进行代替就行,只要文档写清楚就没事。例如:
- 0: 填完
- 1: 未填
- 2:少填
- 3:填错
不过,我们还可以通过比特位来进行表示,每一位表示一个具体的状态。
- 0001: 填完
- 0010: 未填
- 0100:少填
- 1000:填错
这样我们只要找到每一位是否为 1 就可以知道里面有哪些状态存在。并且,还可以对状态进行组合,例如,填完并且填错,如果按照数字来说就没啥说明这样的情况。
那么基本的状态值有了,接下来就是怎么进行赋值和修改。
现在假设,某人的填写状态为 填完 + 填错。那么结果可以表示为:
varmask =0001|1000;
后面如果涉及条件判断,例如:该人是否填错,则可以使用 &
来表示:
// 是否填错if(mask &1000) doSth;
或者,是否即填完又填错
if(mask & (1000|0001)) doSth;
后面涉及到状态改变的话,则需要用到 |
运算。假设,现在该人为填完,现在变为少填。那么状态改变应该为:
// 取填完的反状态vardone = ~0001;// 1110mask &= done;// 添加少填状态;mask |=0100
进制转换
在 JS 中进制转换有两种方式: toString
和 parseInt
。
- toString(radix): 该可以将任意进制转换为 2-36 的进制。radix 默认为 10。
- parseInt(string,radix): 将指定 string 根据 radix 的标识转换成为 10 进制。radix 默认为 10。另外它主要用作于字符串的提取。
- Number(string): 字面上转换字符串为十进制。
parseInt 用于字符串过滤,例如:
parseInt('15px',10);// return 15
里面的字符不仅只有数字,而且还包括字母。
不过需要注意的是,parseInt 是不认可,以 0 开头的八进制,但认可 0o。所以,在使用的时候需要额外注意。
上面说过,parseInt 是将其它进制转换为 10 进制,其第二个参数主要就是为了表示前面内容的进制,如果没写,引擎内部会进行相关识别,但不保证一定正确。所以,最好写上。
parseInt(' 0xF',16);// return 15
如果你只是想简单转换一下字符串,那么使用 Number()
无疑是最简单的。
Number('0x11')// 17Number('0b11')// 3Number('0o11')// 9
toString
toString 里面的坑就没有 parseInt 这么多了。它也是进制转换非常好用的一个工具。因为是 字符串
,所以,这里就只能针对字面量进制进行转换了–2,8,(10),16。这四种进制的相关之间转换。
提醒:如果你是直接使用字面量转换的话,需要注意使用 10 进制转换时,隐式转换会失效。即,100.toString(2) 会报错。
例如:
0b1101101.toString(8);// 1550b1101101.toString(10);// 1090b1101101.toString(8);// 6d
如上面所述,他们转换后的结果一般没有进制前缀。这个时候,就需要手动加上相关的前缀即可。
例如:16 进制转换
functionhexConvert(str){return"0x"+ str.toString(16);
}
到这里,进制转换基本就讲完了。后面我们来看一下具体的 TypeArray
整体架构
TypeArray 不是一个可以用程序写出来的概念,它是许多 TypeArray 的总称。参考: TypeArray。可以了解到,它的子类如下:
- Int8Array();
- Uint8Array();
- Uint8ClampedArray();
- Int16Array();
- Uint16Array();
- Int32Array();
- Uint32Array();
- Float32Array();
- Float64Array();
看上去很多,不过在 JS 中,因为它天生都不是用来处理 signed
类型的。所以, Uint
系列在 JS 中应该算是主流。大概排个序:
Uint8Array > Uint16Array > Int8Array > …
他们之间的具体不同,参照:
|数据类型| 字节长度| 含义| 对应的C语言类型| |:—|:—|:—| |Int8| 1| 8位带符号整数| signed char| |Uint8| 1| 8位不带符号整数| unsigned char| |Uint8C| 1| 8位不带符号整数(自动过滤溢出)| unsigned char| |Int16| 2| 16位带符号整数| short| |Uint16| 2| 16位不带符号整数| unsigned short| |Int32| 4| 32位带符号整数| int| |Uint32| 4| 32位不带符号的整数| unsigned int| |Float32| 4| 32位浮点数| float| |Float64| 8| 64位浮点数| double|
虽然口头上说 TypeArray 没有一个具体的实例,但是私下,上面那几个 array 都是叫他爸爸。因为他定义了一些 uintArray 的基本功能。首先是实例化:
TypeArray 的实例化有 4 种:
newTypedArray(length);// 创建指定长度的 typeArraynewTypedArray(typedArray);// 复制新的 typeArraynewTypedArray(object);// 不常用newTypedArray(buffer [, byteOffset [, length]]);// 参数为 arrayBuffer。
上面 4 中最常用的应该为 1 和 4。接着,我们了解一下,具体才创建的时候,TypeArray 到底做了些什么。
当创建实例 TypeArray 的构造函数时,内部会同时创建一个 arrayBuffer 用来作为数据的存储。如果是通过 TypedArray(buffer);
方式创建,那么 TypeArray 会直接使用该 buffer
的内存地址。
接下来,我们就以 Uint8Array
为主要参照,来看一下基本的处理和操作。
该例直接来源于 MDN
// From a lengthvaruint8 =newUint8Array(2);
uint8[0] =42;console.log(uint8[0]);// 42console.log(uint8.length);// 2console.log(uint8.BYTES_PER_ELEMENT);// 1// From an arrayvararr =newUint8Array([21,31]);console.log(arr[1]);// 31// From another TypedArrayvarx =newUint8Array([21,31]);vary =newUint8Array(x);console.log(y[0]);// 21// From an ArrayBuffervarbuffer =newArrayBuffer(8);// 创建 8个字节长度的 arrayBuffervarz =newUint8Array(buffer,1,4);
它上面的方法大家直接参考 MDN 的上的就 OK。一句话总结就是,你可以想操作 Array 一样,操作里面的内容。
根据 ArrayBuffer 的描述,它本身的是从 files 和 base64 编码来获取的。如果只是初始化,他里面的每一位都是 0.不过,为了容易测试,我们可以直接自己指定:
vararrBuffer =Uint8Array.from('123');// [1,2,3]// 或者vararrBuffer =Uint8Array.of(1,2,3);// [1,2,3]
多字节图
假如一个 Buffer 很长,假设有 80 位,算下来就是 10B。一开始我们的想法就是直接创建一个 typeArray就 OK。不过,根据上面的构造函数上看,其实,可以将一整个 buffer 拆成不同的 typeArray 进行读取。
buf;// 10B 的 bufvarfirstB =newUint8Array(buf,0,1);// buf 中第一个字节内容vartheRestB =newUint8Array(buf,1,9);// buf 中 2~10 的字节内容
字节概念
在字节中,还有几个相关的概念需要理解一下。一个是溢出,一个是字节序。同样,还是根据 Uint8 来说明。
Uint8 每一个数组位,表示 8 位二进制,即范围为 0~255。
溢出
vararrBuffer =Uint8Array.from('61545');
arrBuffer;// [6, 1, 5, 4, 5]
然后我们做一下加法:
arrBuffer[0] +=1;// 7arrBuffer[0] +=0xfe;// 6。因为 7 + 254 溢出 6
然后是字节序。
字节序
在 JS,Java,C 等高级语言中,字节序一般都是 大字节序
。而一些硬件则会以 小字节序
作为标准。
- 大字节序:假如 0xAABB 被 Uint16 存储为 2 位。那么按照大字节序就是按顺序来,即 0: 0xAA, 1:0xBB。
- 小字节序:和上面相反,即,0:0xBB,1:0xAA。
当然如果只是在 PC 上操作了的话,字节序可以使用 IIFE 检测一下:
(function(){letbuf =newArrayBuffer(2);
(newDataView(buf)).setInt16(0,256,true);// little-endian writereturn(newInt16Array(buf))[0] ===256;// platform-spec read, if equal then LE})();
关于 TypeArray 的内容差不多就是上面将的。接下来, 我们再来看另外一个重要的对象 DataView
。
DataView
DataView 没有 TypeArray
这么复杂,衍生出这么多个 Uint/IntArray。它就是一个构造函数。同样,它的目的也是对底层的 arrayBuffer 进行读取。那么,为什么它会被创建出来呢?
是因为有 字节序
的存在。上面说过字节序有两种。通常,PC 和目前流行的电子设备都是大字节序,而如果是接收一些外部资源,就不能排除会接受一些小字节序的文件。为了解决这个问题,就出现了 DataView。它的实例格式为:
newDataView(buffer [, byteOffset [, byteLength]])
同样,它的格式和 TypeArray 类似,也是用来作为 buffer 的读写对象。
- buffer: 需要接入的底层 ArrayBuffer
- byteOffset: 偏移量,单位为字节
- byteLength: 获取长度,单位为字节
它的具体操作不是直接通过 []
获取,而是使用相关的 get/set
方法来完成。而他针对 字节序
的操作,主要是针对 >=16 比特的流来区别,即,get/setInt8() 是没有 字节序
的概念的。
先以 16 位的作为例子:
dataview.getInt16(byteOffset [, littleEndian]);// 根据字节序,获得偏移字节后的两个字节。
- byteOffset: 单位为 字节。
- littleEndian[boolean]: 字节序。默认为 false。表示大字节序。
varbuffer =newArrayBuffer(8);vardataview =newDataView(buffer);
dataview.getInt16(1,true);// 0
Buffer 场景
如上面所述,Buffer 的场景有:
- canvas
- websocket
- file
- fetch
- webgl
file
直接看代码吧:
letfileInput =document.getElementById('fileInput');letfile = fileInput.files[0];letreader =newFileReader();
reader.readAsArrayBuffer(file);
reader.onload =function(){letarrayBuffer = reader.result;
···
};
AJAX
这里和 fetch 区分一下,作为一种兼容性比较好的选择。
letxhr =newXMLHttpRequest();
xhr.open('GET', someUrl);
xhr.responseType ='arraybuffer';
xhr.onload =function(){letarrayBuffer = xhr.response;
···
};
xhr.send();
fetch
fetch(url)
.then(request => request.arrayBuffer())
.then(arrayBuffer => ···);
canvas
letcanvas =document.getElementById('my_canvas');letcontext = canvas.getContext('2d');letimageData = context.getImageData(0,0, canvas.width, canvas.height);letuint8ClampedArray = imageData.data;
websocket
letsocket =newWebSocket('ws://127.0.0.1:8080');
socket.binaryType ='arraybuffer';
socket.addEventListener('message',function(event){letarrayBuffer = event.data;
···
});
上面这些都是可以和 Buffer 进行交流的对象。那还有其他的吗?有的,总的一句话:
能提供的 arrayBuffer 的都可以进行底层交流。