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Bereitstellen einer benutzerfreundlichen Medienfunktion

Ein gutes Benutzererlebnis beim Wiedergeben und Aufnehmen von Medien ist frei von Störeffekten, latenzarm und energieeffizient. Sie können die Leistung bei der Medienwiedergabe, Echtzeitkommunikation und Webcamaufnahme auf Ihren Windows-Geräten mithilfe von Tests in ADK und HLK bewerten.

Überlegungen

Ein Gerät, das eine großartige Medienerfahrung bietet, bietet Audio- und Videofunktionen ohne Störeffekte und eine lange Akkulaufzeit.

Störungsfreies Audio

In Echtzeitkommunikationsszenarien muss das Audio störungsfrei sein und die gleiche niedrige Latenz wie ein normales Telefongespräch aufweisen. Um störungsfrei zu sein, darf der Audiodatenstrom keine hörbaren Störgeräusche oder Aussetzer enthalten.

Einige Audiostörungen treten während der Verarbeitung der Audiosamples auf, bevor sie an den Audiotreiber gerendert werden. Zur Überwachung der Medienpipeline gibt es Ereignisse, mit denen diese Störungen von der Ereignisablaufverfolgung für Windows (Event Tracing for Windows, ETW) protokolliert werden. Sie können Tools wie Media eXperience Analyzer (MXA) verwenden, um die Ursache der Störungen einzugrenzen.

Störungsfreies Video

Es gibt zwei Arten von Videoqualität:

  • Zeitbezogene Qualität – Die zeitbezogene Qualität ist schlecht, wenn Verzögerungen in der Media Engine-Pipeline auftreten und die Videoframes nicht kontinuierlich verarbeitet werden. Videoframes werden entweder ausgelassen oder zu spät angezeigt, was für das menschliche Auge sichtbar sein kann.

    Beispiele für zeitbezogene Videostörungen sind Verzögerungen in den Hardware- und Medienpipelinethreads, die durch Engpässe oder Workloads mit höherer Priorität im System entstehen.

    Die zeitbezogene Qualität wirkt sich auf Folgendes aus:

    • Schnelle Inbetriebnahme Wie schnell das Video geladen und mit der Wiedergabe begonnen wird.

    • Audio-/Videosynchronisierung. Ob die Audio- und Videostreams gleichzeitig beginnen und beenden und ein gemeinsames Tempo beibehalten.

    • Suchlatenz. Wie schnell Funktionen zum Vor- und Zurückspringen auf Benutzerbefehle reagieren.

      Die Wiedergabe- und Aufnahmepipelines werden mit Videostörungs- und Datenverlustereignissen überwacht, die zum Messen der zeitlichen Videoqualität verwendet werden können. Die Pipeline nutzt den Multimedia Class Scheduler (MMCSS)-Dienst. Dieser Dienst ist in den Scheduler integriert und stellt sicher, dass die zeitempfindliche Verarbeitung in der Medienpipeline einen priorisierten Zugriff auf CPU-Ressourcen erhält. Multimedia-Apps können so viel CPU wie möglich verwenden, ohne dass Apps mit niedrigerer Priorität CPU-Ressourcen verweigert werden. Weitere Informationen zu MMCSS finden Sie unter Multimedia Class Scheduler Service.

  • Räumliche Qualität – Räumliche Qualität bezieht sich auf alle Verfälschungen des Videodatenstroms während der Medienwiedergabe oder beim Codieren der Inhalte. In der Decodierungs- oder Videoverarbeitungsphase der Videowiedergabe können horizontale oder vertikale Screen Tearing-Effekte oder Blockartefakte entstehen.

Lange Akkulaufzeit

Windows unterstützt Hardware-Offloading und mehrere andere Energiesparfeatures, mit denen Sie wettbewerbsfähige Akkulaufzeiten während der Ausführung von Medien-Workloads bereitstellen können. Zu diesen Features zählen:

  • Audio-Offloading – Nutzen Sie Audio-Offloading auf Plattformen, die Offloading unterstützen.

  • Multi-Plane-Überlagerung (Multi-Plane Overlay, MPO) – Mehrere Chipsatze bieten Unterstützung für MPO, wodurch die Videoverarbeitung auf Spezialhardware ausgelagert wird. Dieses Feature reduziert die Speicherbandbreitenanforderungen um ca. 50 %, was Energie spart und die Störanfälligkeit verringert.

  • Direct Flip und Independent Flip – Umgeht den DWM und lässt Oberflächen direkt auf die GPU verweisen, sodass im Vollbildwiedergabemodus kein Kopieren in den Arbeitsspeicher erforderlich ist.

  • Wiedergabe mit niedriger Bildfrequenz – Media Engine-Apps senken im Vollbildwiedergabemodus die Bildfrequenz auf den niedrigsten vom Panel unterstützen Mehrfachwert ab. Wenn beispielsweise 24fps-Videoinhalte in der XBox-Video-App auf einem System wiedergegeben werden, dessen LCD eine Bildfrequenz von 48 Hz unterstützt, senkt die Medienpipeline die Bildfrequenz von 60 auf 48 Hz ab.

  • Batching – Im Vollbildwiedergabemodus verarbeiten Media Engine-basierte Apps mehrere Frames im Voraus und reihen Sie in einer Anzeigewarteschlange ein. 

Sie können das Analysetool Media eXperience Analyzer verwenden, um zu überprüfen, ob die oben aufgeführten Features aktiv sind. Mit diesem Tool können Sie auch den Energieverbrauch von Systemen mit Energienutzungsüberwachung mit in einem ETW-Protokoll erfassten Systemaktivitäten korrelieren.

Diagramme von Energiedaten und Systemaktivitäten, die in Media eXperience Analyzer angezeigt werden

Auswirkungen von Treibern und Apps von Drittanbietern

Drittanbietertreiber und -apps sind häufig konzipiert, um eine Aufgabe schnell auszuführen, und führen diese Aufgaben daher mit einer Priorität aus, die nur begrenzte Ressourcen für die Medienpipeline übrig lässt. Manche Drittanbietertreiber laufen für lange Zeitperioden (>10 ms) auf Verteilerebene. In anderen Fällen verwenden Hilfsprogramme Threads mit einer hartcodierten Priorität von 22. Wie im folgenden Abschnitt „Validierung und Tests“ beschrieben, können Drittanbieter-Apps und -Treiber Verzögerungen in der Medienpipeline verursachen und Audio- und Videostörungen verursachen.

Um eine großartige Medienwiedergabeerfahrung bereitzustellen, sollte ein Windows-Gerät die Ziele in der folgenden Tabelle erfüllen. Diese Leistungs- und Qualitätsziele gelten für Microsoft Store-Apps und Desktop-Apps. Sie gelten sowohl für vorinstallierte Wiedergabe-Apps als auch für solche von Drittanbietern.

Priorität der Metrik Metrik Hervorragend
0 Audiostörungen während der laufenden Wiedergabe 0
0 Videostörungen und Datenauslassungen während laufenden Wiedergabe 0
1 Audio- und Videostörungen oder -auslassungen beim Starten oder Beenden 0
1 Audio-/Videosynchronisierung < 25 ms
1 ISR/DPC-Dauer < 25 µs
2 Startlatenz < 1 s
2 Suchlatenz < 500 ms

Um eine hervorragende Benutzererfahrung bei Echtzeitkommunikation und -aufnahme zu bieten, sollte ein Windows-Gerät die Leistungsziele erfüllen, die in den unten aufgeführten Tests des Windows Hardware Certification Kit (HCK) aufgeführt sind.

Validierung und Tests

Sie können das Hardware Lab Kit (HLK) verwenden, um sicherzustellen, dass Ihr Windows-Gerät die Windows-Anforderungen erfüllt.

HLK bietet unter anderem folgende Tests bezüglich der Medienwiedergabe:

Test der störungsfreien HD-Wiedergabe

Gibt 1080p-Videoinhalte wieder und meldet die Anzahl der Audiostörungen und zeitbezogenen Videostörungen. Dieser Test kann optional ausführliche Leistungsablaufverfolgungen generieren, die in Leistungsanalysetools wie Media eXperience Analyzer analysiert werden können.

Sie können das Windows Assessment Toolkit verwenden, um die Leistung Ihres Windows-Geräts über die Mindestanforderungen hinaus zu verbessern. Windows-Bewertungen im Zusammenhang mit der Medienwiedergabe umfassen:

Leistung von Streamingmedien

Misst die Streamingmedienqualität der HTML5-Videowiedergabe im Internet Explorer. Ausführliche ETW-Protokolle enthalten Informationen, die bei der Ursachenanalyse für durch den Test identifizierte Leistungsprobleme erforderlich sind. Es wird empfohlen, den Streamingserver auf einem anderen System als dem Client einzurichten.

Workload für die Energieeffizienzbewertung der lokalen Medienwiedergabe

Misst die Akkulaufzeit während der HTML5-Wiedergabe von H.264-Inhalten in 1080p.

Analysieren von Audio- und Videostörungen

Media eXperience Analyzer ist ein Tool zur Visualisierung von Ablaufverfolgungen, das im MS Download Center verfügbar ist. Es kann verwendet werden, um die Ursache von Problemen mit der zeitbezogenen Qualität zu identifizieren. Der allgemeine Ansatz zur Störungsanalyse lässt sich in den folgenden Schritte zusammenfassen:

  1. Erstellen Sie ein ETW-Protokoll mithilfe des Windows Performance Recorders (WPR) während eine Medienwiedergabe-Workload ausgeführt wird.

  2. Sehen Sie sich Detailinformationen zu Audio- und Videostörungs- oder Datenauslassungsereignissen an.

  3. Suchen Sie nach Ressourcenengpässen oder unerwarteten Verzögerungen der CPU-, GPU-, Datenträger- oder Netzwerkfunktionalität.

  4. Sammeln Sie unterstützende Informationen wie Aufrufstapel und Analysescreenshots.

  5. Benachrichtigen Sie und kommunizieren Sie mit Besitzern der Komponenten, die Verzögerungen oder Störungen verursachen.

Audio- und Videodatenauslassungen oder -störungen können in drei Kategorien unterteilt werden: Downstream, Midstream und Upstream.

Downstream

Tritt auf, wenn die Quelle nicht schnell genug vom Datenträger oder Netzwerk gelesen werden kann, um die Decodierung und das Rendern in Echtzeit aufrechtzuerhalten. Der Datenträger kann z. B. durch einen harten Seitenfehler ausgelastet sein, wodurch Beispiele nicht in Echtzeit oder schneller von der Festplatte gelesen werden können. Ein mangelhafter Durchsatz der Quelle führt häufig zu Datenauslassungen.

Midstream

In dieser Phase kann es zu Problemen kommen, wenn Verzögerungen beim Entschlüsseln eines geschützten Datenstroms auftreten, die Decodierung langsamer als in Echtzeit geschieht, oder es Verzögerungen beim Übermitteln der Frames an die GPU gibt. Diese Verzögerungen können durch einen Engpass im Hardware- oder Software-Decoder verursacht werden, oder wenn andere Systemaktivitäten diese Medienkomponenten beeinträchtigen.

Upstream

In dieser Phase hat die Pipeline den Frame decodiert und an die GPU übermittelt, aber es kann Verzögerungen im Desktop Window Manager (DWM) oder im Grafikstapel geben. Upstream-Engpässe können auftreten, wenn die GPU ausgelastet ist oder Daten zu langsam in ihren Arbeitsspeicher übertragen werden. Dieser Media eXperience Analyzer-Screenshot ist ein Beispiel für die Visualisierung eines Upstream-Engpasses in einem ETW-Protokoll.

Media eXperience Analyzer-Visualisierung eines Upstream-Engpasses mit gekennzeichneten Bildschirmregionen.

Ansicht A

Die vertikalen Linien sind Videostörungsereignisse, die von der Media Engine ausgelöst werden.

Ansicht B

Dieses Diagramm zeigt, dass einer der GPU-Knoten zu 99 % ausgelastet ist.

Ansicht C

Die Zeilen zeigen die GPU-DMA-Vorgänge auf den jeweiligen Knoten an. Der Knoten in der Mitte mit den in grün gekennzeichneten Ereignissen stellt Arbeitsspeicherübertragungen dar.

Ansicht D

In diesem Diagramm wird die in der CPU-Warteschlange der GPU verbrachte Zeit angezeigt, während der DWM-Vorgänge verarbeitet werden. Dies ist ein Beispiel für einen Upstream-Engpass, in dem die GPU zu beschäftigt ist, Arbeitsspeicherübertragungen und Rendervorgänge zu verarbeiten, um die Videoframes in Echtzeit an den Bildschirm zu senden.

Sie können Media eXperience Analyzer, ein Leistungsanalyse- und Visualisierungstool, verwenden, um Probleme mit der Medienleistung auf Ihrem Windows-Gerät zu analysieren. Media eXperience Analyzer enthält spezielle Ansichten zur Diagnose von Leistungsproblemen während der Aufnahme und Wiedergabe. Einige der häufig auftretenden Ursachen für Audio- und Videostörungen, die Sie möglicherweise mit diesem Tool finden, sind folgende:

Lang andauernde Interrupt Service Routines (ISR) und Deferred Procedure Calls (DPC)

Eine ISR wird ausgeführt, wenn der Interrupt-Verteiler des Kernels die Kontrolle an eine Gerätetreiberroutine überträgt, wenn ein Gerät einen Interrupt sendet. Im Windows-E/A-Modell werden ISRs auf einer hohen Geräteunterbrechungs-Anforderungsebene (IRQL, Interrupt Request Level) ausgeführt, sodass sie so wenig Arbeit wie möglich ausführen, um zu vermeiden, dass Interrupts niedrigerer Ebenen unnötig aufgehalten werden. Ein ISR reiht in der Regel einen DPC in die Warteschlange ein, der auf einem niedrigeren IRQL ausgeführt wird, um die restliche Interrupt-Verarbeitung auszuführen. DPCs sollten nicht länger als 100 µs ausgeführt werden, und ISRs sollten nicht länger als 25 µs ausgeführt werden.

Zusätzlich zu anderen Auswirkungen auf die Systemleistung können lang dauernde ISRs und DPCs Verzögerungen im Audiomodul verursachen, die zu Audiostörungen führen. Eine ISR oder ein DPC mit einer längeren Dauer als 1 bis 3 ms kann sich auf die Medienleistung eines Systems auswirken. Auch häufig auftretende ISRs und DPCs (ein ISR/DPC-Sturm) können ähnliche Auswirkungen auf die Leistung haben wie lang laufende ISRs und DPCs. In der Regel sind solche ISR- und DPC-Probleme auf Netzwerk-, Speicher- und Grafiktreiber zurückzuführen. Die Bewertung generiert eine Warnung für lang ausgeführte ISR/DPCs zwischen 1 und 3 ms und einen Fehler für solche, die länger als 3 ms dauern.

Kernel-Workerthread, der auf Verteilerebene ausgeführt wird

Zusätzlich zu DPCs können einige Kernel-Workerthreads auch auf Verteilerebene (IRQL = 2) ausgeführt werden. Diese können auch Verzögerungen bedingen, die zu Audiostörungen führen. Um solche Verzögerungen zu erkennen, suchen Sie nach Systemthreads mit niedriger Priorität, die für eine lange Dauer ausgeführt werden, ohne zurückgestellt worden zu sein.

OEMs sollten die folgenden Leitfaden-Checklisten in die Entwurfs- und Testphasen von neuen Windows-Geräten integrieren.

Checkliste für Energieeinsparung:

  • Verwenden Sie Hardware-Offload und Panels mit niedriger Bildfrequenz.

  • Optimieren Sie die Content Adaptive Backlight Control (CABC)-Einstellungen.

  • Optimieren sie standardmäßige Bildschirmhelligkeitseinstellungen.

  • Entfernen sie die Printf-Debugprotokollierung aus Treibern.

  • Werten Sie realistische Verwendungsszenarien und -umgebungen mit der Energieeffizienzbewertung für lokale Videowiedergabe von Windows ADK, einem vergleichbaren Energieeffizienztesttool oder einem vergleichbaren Test aus.

  • Minimieren Sie intensive Hintergrundaktivitäten während typischer Medienwiedergabeszenarien.

  • Testen Sie typische Medienwiedergabeszenarien im Netz- und Akkubetrieb.

Checkliste für die störungsfreie Medienwiedergabe:

  • Streamen Sie Premium-Inhalte über HDMI an einen Fernseher.

  • Spielen Sie Premium-Inhalte auf DLNA-TVs mit Play To und Miracast ab.

  • Überprüfen Sie die Xbox Video und Xbox Music-Benutzererfahrung.

Checkliste für die störungsfreie Echtzeitkommunikation und Webcam-Aufnahme:

  • Stimmen Sie die Firmware sorgfältig ab, um die Verarbeitungsqualität von Audio und Video zu optimieren.

  • Überprüfen Sie Front- und Rückkameras mithilfe von integrierten Aufnahme-Apps und solchen von Drittanbietern.

  • Verwenden Sie die HLK- und Skype/Lync-Zertifizierungstests, um eine außergewöhnliche Erfahrung zu erzielen.

  • Ausführliche Anleitungen zur Lösung räumlicher Qualitätsprobleme wie Kameras, die verschwommene oder dunkle Bilder aufnehmen, finden Sie im Windows Engineering-Leitfaden zur Hardware.

Tools und technische Referenz

Media eXperience Analyzer

Media eXperience Analyzer ist das empfohlene Leistungsanalysetool für die Diagnose von Audio- und Videostörungen. Dieses Leistungsanalysetool bietet spezielle Ansichten zur Diagnose von Unterbrechungen im Multimediabereich und Verzögerungen im Grafikstapel. Es ermöglicht Leistungsanalysten, zeitbezogene Leistungs- und Qualitätsprobleme zu diagnostizieren, die von HCK-Tests oder manuellen Tests gemeldet werden. Media eXperience Analyzer verarbeitet ETW-Ablaufverfolgungen, die während der Audio- und Videowiedergabe erfasst werden. Das Tool visualisiert eine vielzahl von Kernel- und Benutzermodusereignissen, die während der Ablaufverfolgungssitzung ausgelöst werden. Sie können Instrumentierungsdaten aus verschiedenen Komponenten problemlos korrelieren und Ursachenanalysen durchführen. Dieses Tool schlägt keine konkreten Lösungen für die identifizierten Probleme vor, bietet jedoch detaillierte Daten und Nachweise für Entwickler, Partner oder Komponentenbesitzer.

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