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
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（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
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: PHTimeLine
private var videoComposition: AVMutableVideoComposition
private var audioMix: AVAudioMix?
init(timeLine: PHTimeLine) {
self.timeLine = timeLine
self.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 = 2.0
timeLine.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。