当前位置：首页 > news >正文

（二十二）深入了解AVFoundation-编辑：视频变速功能-实战在Demo中实现视频变速

news 2025/8/26 10:38:36

一. 引言

视频变速（Speed Ramp）是视频编辑中最常见的特效之一：

慢动作（Slow Motion）：强调细节，让观众捕捉到肉眼难以察觉的瞬间；
快动作（Fast Motion）：压缩时长，强化节奏，常用于 vlog、综艺片段。

在 AVFoundation 中，视频变速的本质是 对音视频轨道的时间线进行重新映射。通过调整时间范围（CMTimeRange）与目标时长（toDuration），即可让视频和音频实现同步的快进或慢放效果。

本文将通过一个完整的 Demo 实战，展示如何在 iOS 中使用 AVFoundation 实现视频的变速处理，涵盖从模型设计到合成器构建的完整流程。

二. 核心思路回顾

要实现变速，必须同时处理 视频轨道 与 音频轨道，以保证二者的同步：

1. 视频轨道

借助 AVMutableVideoCompositionInstruction 和 AVMutableVideoCompositionLayerInstruction，保证变速后的视频能够正常渲染。
关键在于：

videoTrack.scaleTimeRange()：调整视频的时间范围到新的时长；
instruction.timeRange：指定变速后的可见区间；
videoComposition：控制整体渲染（帧率、尺寸等）。

2. 音频轨道

音频不涉及渲染和图层，处理方式更简单。
只需调用 audioTrack.scaleTimeRange()，将某一时间段的音频拉伸或压缩到新的时长，从而实现变速效果。

三. Demo 架构设计

在本次 Demo 中，我们延续前文的 时间线（TimeLine）驱动合成 的设计思路。通过定义模型与 Builder，将变速逻辑解耦，使其可以灵活扩展。

1. PHSpeedItem —— 变速模型

class PHSpeedItem: PHMediaItem {/// 变速的倍速var scaleSpeed: Float = 2.0
}

PHSpeedItem 继承自 PHMediaItem，用于描述一段变速操作。它包含了：

startTime：变速的起始时间点；
timeRange：变速的持续时长；
scaleSpeed：变速的倍速（例如 2.0 表示慢两倍，0.5 表示快两倍）。

这样，我们就能精确地定义：从视频的某个时间点开始，持续多少秒，需要以什么速度播放。

2. PHTimeLine —— 时间线模型

class PHTimeLine: NSObject {var videoItmes = [PHVideoItem]()var audioItems = [PHAudioItem]()var musicItems = [PHMusicItem]()var maskItem = PHMaskItem(text: "PHVideoExample",image: UIImage(named: "mask1"),bounds: CGRect(x: 0, y: 0, width: 1280, height: 720))var seepItems = [PHSpeedItem]()
}

PHTimeLine 是整个编辑流程的核心。它聚合了：

视频轨道（videoItems）
音频轨道（audioItems）
背景音乐（musicItems）
水印（maskItem）
变速效果（seepItems）

通过在 buildTimeLine 时一次性构建这些属性，后续的 CompositionBuilder 只需要解析 timeLine 即可。

3. PHSpeedCompositionBuilder —— 合成器

class PHSpeedCompositionBuilder: PHComositionBuilder {private let composition = AVMutableComposition()private let timeLine: PHTimeLineprivate var videoComposition: AVMutableVideoCompositionprivate var audioMix: AVAudioMix?init(timeLine: PHTimeLine) {self.timeLine = timeLineself.videoComposition = AVMutableVideoComposition()videoComposition.frameDuration = CMTime(value: 1, timescale: 30)videoComposition.renderSize = CGSize(width: 1280, height: 720)}func buildComposition() -> (any PHComposition)? {// 添加视频 & 音频轨道guard let videoTrack = self.addTrack(with: .video, mediaItems: self.timeLine.videoItmes),let audioTrack = self.addTrack(with: .audio, mediaItems: self.timeLine.audioItems) else {return nil}// 遍历变速片段for seepItem in timeLine.seepItems {self.applySpeed(to: videoTrack,audioTrack: audioTrack,startTime: seepItem.startTime,duration: seepItem.timeRange.duration,scaleSpeed: seepItem.scaleSpeed)}return PHSpeedComposition(composition: composition,videoComposition: videoComposition,audioMix: audioMix)}
}

在 PHSpeedCompositionBuilder 中，我们做了三件核心的事：

初始化渲染配置：帧率（30fps）、渲染尺寸（1280x720）。
加载轨道：将视频、音频素材插入到 AVMutableComposition。
应用变速：遍历 seepItems，对每个变速区间调用 applySpeed，从而实现快动作/慢动作。

四. 变速核心实现

视频变速的核心逻辑集中在 applySpeed 方法中。它的作用是：

调整 视频轨道 的播放时长，实现快动作或慢动作；
调整 音频轨道 的播放时长，保持与视频同步；
更新 视频合成指令，确保渲染时长正确。

来看代码：

/// 应用变速效果
/// - Parameters:
///   - videoTrack: 视频轨道
///   - audioTrack: 音频轨道
///   - startTime: 变速开始时间
///   - duration: 变速持续时间
///   - scaleSpeed: 变速比例，例如 2.0 表示慢动作，0.5 表示快动作
private func applySpeed(to videoTrack: AVMutableCompositionTrack,audioTrack: AVMutableCompositionTrack,startTime: CMTime,duration: CMTime,scaleSpeed: Float) {let instruction = AVMutableVideoCompositionInstruction()// 计算变速后的时长let scaledDuration = CMTimeMultiplyByFloat64(duration, multiplier: Float64(scaleSpeed))let totalDuration = CMTimeSubtract(videoTrack.timeRange.duration, duration) + scaledDuration// 设置渲染时长instruction.timeRange = CMTimeRange(start: .zero, duration: totalDuration)let layerInstruction = AVMutableVideoCompositionLayerInstruction(assetTrack: videoTrack)instruction.layerInstructions = [layerInstruction]videoComposition.instructions.append(instruction)// 视频变速：修改时间区间videoTrack.scaleTimeRange(CMTimeRange(start: startTime, duration: duration),toDuration: scaledDuration)// 音频变速：保持同步let audioDuration = CMTimeMultiplyByFloat64(duration, multiplier: Float64(scaleSpeed))audioTrack.scaleTimeRange(CMTimeRange(start: startTime, duration: duration),toDuration: audioDuration)print("视频轨道总时长: \(CMTimeGetSeconds(videoTrack.timeRange.duration)) 秒")
}

1. 核心计算公式

let scaledDuration = duration * scaleSpeed
let totalDuration = (原始总时长 - duration) + scaledDuration

scaledDuration：表示 变速区间在新速度下的时长；
totalDuration：表示 整条视频在变速后新的总时长。

👉 这一步非常关键。如果直接把 instruction.timeRange 设置为 scaledDuration，就会出现画面丢失的问题。必须用 totalDuration 来覆盖渲染范围，确保整个视频能正常播放。

2. 视频轨道处理

videoTrack.scaleTimeRange(CMTimeRange(start: startTime, duration: duration),toDuration: scaledDuration)

这一步会将 startTime ~ duration 的视频片段 拉伸/压缩 到新的时长，实现快/慢动作。

scaleSpeed = 2.0 → 时长 *2 → 慢动作；
scaleSpeed = 0.5 → 时长 *0.5 → 快动作。

3. 音频轨道处理

audioTrack.scaleTimeRange(CMTimeRange(start: startTime, duration: duration),toDuration: audioDuration)

音频的逻辑与视频相同，只是 不需要渲染指令。通过调整 timeRange，即可保证音视频同步。

4. 视频 vs 音频的区别

视频轨道：必须结合 AVMutableVideoCompositionInstruction 来更新渲染时长，否则会丢画面。
音频轨道：只需调整 scaleTimeRange 即可，不需要合成指令。

五. 实战效果验证

在前面，我们已经完成了 PHSpeedCompositionBuilder 的核心实现。现在，只需要在 Demo 中构建一个 PHTimeLine，并添加 PHSpeedItem，就能快速验证效果。

1. 构建 TimeLine

// 构建带变速的时间线
let timeLine = PHTimeLine.buildTimeLine(with: items)// 假设我们在第 2 秒开始，持续 3 秒，并让视频变慢 2 倍
let speedItem = PHSpeedItem()
speedItem.startTime = CMTime(seconds: 2, preferredTimescale: 600)
speedItem.timeRange = CMTimeRange(start: speedItem.startTime,duration: CMTime(seconds: 3, preferredTimescale: 600))
speedItem.scaleSpeed = 2.0timeLine.seepItems = [speedItem]

2. 构建 Composition

let builder = PHSpeedCompositionBuilder(timeLine: timeLine)
guard let composition = builder.buildComposition() else {print("❌ 构建 Composition 失败")return
}

3. 播放或导出

如果原始视频是 15 秒：

在第 2 ~ 5 秒的区间变慢 2 倍 → 该区间时长变为 6 秒；
总时长 = 15 - 3 + 6 = 18 秒；
播放时可以清晰看到 2s → 5s 片段被拉长。

六. 结语

在本文中，我们完整实现了 视频变速处理，并通过 Demo 验证了其效果。核心思想是：

视频轨道：通过 scaleTimeRange 拉伸或压缩片段时长，并结合 AVMutableVideoCompositionInstruction 和 AVMutableVideoCompositionLayerInstruction 确保画面渲染正确。
音频轨道：相比视频更为简单，仅需调整 timeRange 即可保证与视频保持同步。

在实战中，我们实现了 局部变速 的支持，例如在第 2 秒 ~ 5 秒区间执行 2 倍慢动作，总时长相应调整为 18 秒。通过这种方式，我们不仅能够处理 整体变速，也能灵活地在指定区间内应用变速效果。

不过，本篇案例依然有一个简化假设：从一个起点到一个终点单段变速。而在实际开发中，用户往往希望在多个不同的区间应用不同的变速效果（例如“先快 → 再慢 → 再恢复正常”）。这会带来更复杂的轨道管理、区间拼接和指令叠加问题。

查看全文

http://www.dtcms.com/a/350469.html