OTT（オーバー・ザ・トップ）コンテンツ配信とリアルタイムコミュニケーション（RTC）の世界では、メディアプレーヤーはエンドユーザーに高品質のオーディオおよびビデオ体験を提供する上で重要な役割を果たします。このブログ記事では、メディアプレーヤーの内部動作を探求し、そのプロセスを4つの主要なステップに分解します：ファイル取得、音声と映像の分離、デコードと同期、レンダリング。
1. ファイル取得
再生プロセスの最初のステップは、メディアファイルを取得することです。これは主に2つの方法で行われます：
ネットワークダウンロード：ファイルはRTMP（リアルタイムメッセージングプロトコル）やHTTP（ハイパーテキスト転送プロトコル）などのプロトコルを使用してリモートサーバーからダウンロードできます。
ローカルアクセス：ファイルは通常file://プロトコルを介してローカルディスクからアクセスできます。
プレーヤーがファイルを取得すると、コンテナフォーマットを解析してコンテンツがどのようにパッケージ化されているかを理解します。
2. 音声と映像の分離
ファイルを取得した後、プレーヤーはメディアの異なるコンポーネントを分離する必要があります。このプロセスには次のことが含まれます：
メタデータ解析：プレーヤーはファイルのメタデータを分析してコンテンツに関する情報を収集します。
ストリーム分離：コンテンツは次のような別々のストリームに分割されます：
- ビデオストリーム
- オーディオストリーム
- 字幕
- チャプター情報
この分離は、スプリッターまたはデマルクサーと呼ばれるモジュールによって実行されます。これは、主にデータを収集、分割、および選択することを含むため、計算負荷は一般的にそれほど高くありません。
3. デコードと同期
ストリームが分離された後、それらはデコードされ、同期される必要があります。このプロセスは、シームレスな視聴体験を保証するために重要です。
デコード
異なるストリームは、それぞれのデコーダに送信されます：
- H.264ビデオストリームはビデオデコーダに送信されます
- AACオーディオストリームはオーディオデコーダに送信されます
各デコーダは、エンコードされたデータを元の形式に戻します。
同期の課題
デコード後、私たちは重要な質問に直面します：どのようにして分離されたデコードされたオーディオとビデオストリームを完全に同期させることができるのでしょうか？
ここでDTS（デコーダタイムスタンプ）とPTS（プレゼンテーションタイムスタンプ）が登場します。これらのタイムスタンプは、オーディオとビデオデータ間の同期問題を解決するために重要であり、デコーダ入力バッファのオーバーフローやアンダーフローを防ぐのに役立ちます。
- DTS（デコーダタイムスタンプ）：データをデコーダに供給するタイミングを示します。
- PTS（プレゼンテーションタイムスタンプ）：デコードされたフレームを表示するタイミングを示します。
DTSとPTSは相対的な時間である場合が多く、ほとんどの場合、同一です。
ビデオの同期
ビデオの場合、各I、P、およびBフレームにはDTSとPTSの両方が含まれています。これは、フレームの保存順序が表示順序と異なることが多いためです。たとえば、保存順序がIPBBBBB...であるのに対し、表示順序はIBBBBBP...です。表示前に、デコーダのバッファ内のフレームを再整理する必要があり、このプロセスにはPTSが不可欠です。
オーディオの同期
オーディオデータにもフレームの概念がありますが、これは人工的に定義されています。通常、一連の連続したサンプルがオーディオフレームとして選ばれ、そのフレームにPTSが追加されます。AACの場合、通常1024の連続したサンプルが1フレームを形成します。サンプリングレートが48000Hzの場合、各オーディオフレームは約21.33ms（1024×1000÷48000）です。
同期プロセス
ほとんどの場合、オーディオの固定サンプリングレートのため、オーディオフレームのPTSは比較的安定しています。したがって、表示する際にはオーディオフレームのPTSを時間の基準として使用します。オーディオフレームをデコードして表示する際には、同時に表示するために近いPTSのビデオフレームを探します。これにより、オーディオとビデオの同期が達成されます。
オーディオとビデオのフレームのPTS値が正確に一致することは難しいことに注意が必要です。一般的に、PTS値の差が200ms以内であれば、オーディオとビデオは同期していると見なします。
同期の問題のトラブルシューティング
PTSの差が小さいが、画像と音声が一致しない場合、これは通常、キャプチャプロセス中に問題が発生したことを示しています。
これらの同期技術を理解し、適切に実装することで、開発者はOTTおよびRTCアプリケーションがエンドユーザーに高品質で同期されたオーディオビデオ体験を提供することを確保できます。
4. レンダリングと表示
最後のステップは、デコードされたコンテンツのレンダリングです：
ビデオレンダリング
デコードされたビデオフレームは、各ピクセルの色値を含み、画面に表示するためにレンダラーに送信されます。
オーディオレンダリング
デコードされたオーディオデータは波形の形でサウンドカードに送信され、スピーカーで再生されます。
オペレーティングシステムは、レンダリングのためのAPIを通常提供しています：
- Windows：DirectX
- Android：OpenGL ES（ビデオ）およびOpenSL ES（オーディオ）
- iOS：OpenGL ES（ビデオ）およびAudioUnit（オーディオ）
開発者はカスタムレンダリングを実装できますが、通常はその複雑さのため推奨されません。
完全なオーディオビデオフロー
全体のプロセスをよりよく理解するために、オーディオビデオフローを確認しましょう：
キャプチャ：
- マイクロフォンによってキャプチャされた音声
- カメラによってキャプチャされた映像
処理：
- 生オーディオデータ（PCM）が処理されます
- 生ビデオデータ（YUV420/ARGB）が処理されます
エンコーディング：
- オーディオはAAC/Opusなどのフォーマットにエンコードされます
- ビデオはH.264/MPEG-4/H.265などのフォーマットにエンコードされます
パッケージング：
- エンコードされたストリームがFLV/MP4/TS/AVI/MKVなどのコンテナにパッケージ化されます
伝送：
- パッケージ化されたデータはUDP/RTMP/HTTP-FLV/HLSなどのプロトコルを使用して伝送されます
受信とアンパッキング：
- 受信したデータがアンパックされます
デコード：
- オーディオとビデオストリームは、それぞれPCMおよびYUV420/ARGBにデコードされます
後処理と同期：
- デコードされたストリームが処理され、同期されます
レンダリング：
- オーディオはオーディオ再生デバイスを通じて再生されます
- ビデオはビデオ表示デバイスに表示されます
結論
メディアプレーヤーの複雑さを理解することは、OTTおよびRTC技術に携わる開発者にとって重要です。ファイル取得からレンダリングまで、各ステップはシームレスな視聴体験を提供する上で重要な役割を果たします。技術が進化し続ける中、これらのプロセスについて最新の情報を維持することは、高効率で高品質なメディアアプリケーションを開発するための鍵となります。