基于云計算的視頻剪輯系統設計與實現的研究

黃子健，吳瑞萍，伍晶晶

（廣州城市理工學院，廣東 廣州 510800）

0 引言

在數字化時代下，短視頻飛速爆火，更多用戶投身短視頻拍攝當中。該項目方向在于簡化用戶剪輯過程，提供多樣的模板、場景效果，使用戶能處于時間占比更高的想法“爆炸”之中，創造出更多的奇思妙想。利用目前前景良好的AWS云平臺作為部署平臺[1]，AWS優越的計算服務、高可靠的存儲服務及CDN服務都能為我們減少開發難度。

1 傳統視頻剪輯存在的問題

傳統剪輯軟件門檻高，技術要求都頗高，操作較為復雜，新手入門剪輯視頻困難偏多。在線剪輯比較依賴后臺處理效率，一般會存在處理延遲較高的問題，用戶流失量明顯偏多。當前時代發展飛速，視頻新媒體產業正在發生重大變革，傳統視頻剪輯方式已經開始“力不從心”了。因此在移動互聯網、云計算的背景下，建立一個方便、快捷、能彈性擴展性能的視頻剪輯系統的需求變得迫切起來。

本項目提供將視頻剪輯和云平臺結合起來的視頻云剪輯服務，既提供了高效的視頻效果處理功能，又給用戶提供了流暢的視頻文件觀看效果以及剪輯后的視頻文件的長期存儲的功能。

2 項目背景

根據中國廣視索福瑞媒介研究（CSM）重磅發布的《2021年短視頻用戶價值研究報告》數據顯示，我國10歲及以上網民觀看短視頻的比例高達90.4%，短視頻在媒介生態中的地位持續攀升。從具體的使用時長來看，日均觀看短視頻超過60分鐘的用戶占比達56.5%，人均每天使用時長升至87分鐘，預期觀看短視頻時長增加的用戶占比升至57.9%。同時，短視頻成為用戶碎片化時間的黏合劑，“晚上睡覺前”觀看的用戶占比上升最快，在2021年升至61.3%；20.7%的短視頻用戶選擇在“看電視時”看短視頻。由此表明，短視頻已經深度滲透，全面融入用戶生活。短視頻發展迅猛，參與制作的創作者們要想獲得更好的流量關注，需要通過短視頻營銷來變現，不僅視頻內容要更實用、更有深度，視頻的質量更要有所保證。在短視頻迅猛發展下，更多用戶有了視頻剪輯的需求，而市面上的剪輯軟件大多操作過于復雜，新手想要入手短視頻制作市場過于不易，鑒于上述情況，本項目便做了簡易版的視頻剪輯平臺。

該項目采用Web前端當前最流行的框架vue，結合近幾年逐步發展起來的AWS云平臺，并利用其高效性等優點，致力于在制作簡單剪輯軟件的基礎上，更快地去提高系統的性能，提高用戶的體驗感，且在國家“三網融合”的大背景下，利用基于分布式、有彈性、可擴展的云計算平臺發展傳統電視媒體適應當前的媒體視頻新媒體產業已經成為一個大趨勢。

3 視頻剪輯系統設計與實現

3.1 視頻剪輯方式

視頻剪輯主要體現在視頻內容的包裝上，包括片頭片尾動畫，片花演繹，字幕、logo的花式、濾鏡的增加以及多個視頻內容的合成。目前流行的視頻剪輯方式分為兩種：

（1）脫機剪輯。利用本地實驗視頻剪輯工具對視頻內容進行剪輯、美化。這種處理方式，通常需要對視頻剪輯工具了解得比較透徹，并且處理效率低下。

（2）在線剪輯。在線剪輯平臺，多是一些收費平臺，并且處理效率和效果依賴于后臺服務器的處理能力。

3.2 系統概要設計

根據項目背景來看，我們需要完成的大致研究任務如下：如何對視頻內容進行包裝，如何在使系統簡單可行的情況下提高系統的性能。

對視頻內容的包裝：包括片頭片尾動畫，片花演繹，字幕、logo的花式、濾鏡的增加、單個視頻的剪輯以及多個視頻內容的合成。

提高系統的性能：將視頻剪輯和云平臺結合起來的視頻云剪輯服務，可提供高效的視頻效果處理功能，給用戶提供流暢的視頻文件觀看效果以及剪輯后的視頻文件的長期存儲的功能。

設計依據：本項目結合當前市場上已有的視頻剪輯技術來發掘一種新的設計思路。市面上的脫機剪輯技術，由于是在本地對視頻內容進行編輯、美化，其速度較在線剪輯技術快得多，而本項目使用云平臺來作為項目的后臺，其速度對比使用傳統架構搭成的后臺速度更為快速，可以與脫機剪輯技術的速度媲美；在線剪輯技術多為簡便的操作，更有利于用戶使用，但是其效率偏低。鑒于此，本項目致力于打造簡便高效的剪輯平臺。綜上，本項目是結合當前市面上已有的剪輯技術，取其精華、去其糟粕，采用更好更新的技術來設計的。

3.3 系統詳細設計

在概要設計的基礎上，該項目的總體結構采用前后端分離的方式，前端開發的總體界面布局設計等采用了Vue框架，并結合VideoContext、WebGL技術實現實時視頻剪輯處理和濾鏡實時渲染。后端以Springboot框架為基礎進行開發，與前端實現數據交互，并且結合了FFmpeg和多線程對視頻文件進行剪輯處理。

確定了該項目的基本功能為處理視頻來源（包括視頻素材的收集、媒資數據導入、電視直播信號接入等，并對本地視頻數據進行統一管理，采用ftp、 http、faspTM等多種標準或私有傳輸協議批量上傳視頻文件）、視頻多格式轉換（采用云轉碼的方式）、大容量存儲（采用云計算平臺的海量的視頻數據存儲）、視頻剪輯（通過FFmpeg對視頻進行逐幀處理，通過VideoContext對視頻進行實時剪輯處理）、視頻濾鏡（使用ffmpeg和WebGL 3D繪圖協議）、視頻字幕添加（通過video.js給視頻添加一個文本軌道）、視頻上傳（上傳后的視頻數據存放在AWS S3）、視頻云計算平臺架構的存儲服務、計算服務和CDN服務。

本項目的前端采用vue-cli腳手架工具搭建項目，主界面設計上采用了左右結構的方式，左邊是系統的功能，選擇需要對視頻進行操作的功能在右邊顯示。后端使用springboot搭建項目，用AWS云計算平臺管理。

系統設計為可在任何IE8以上的瀏覽器環境下運行。

3.4 技術選型

（1）前端使用VUE框架和ElementUI組件框架實現良好的頁面交互。

（2）前端使用VideoContext實現視頻剪輯處理，使用WebGL實現濾鏡等視頻效果的實時渲染。

（3）前端使用JavaScript原生API獲取手機或電腦的語音設備，將錄制的音頻添加到視頻中，如圖1所示。

（4）后端使用AWS云平臺作為云計算平臺，并借助AWS實現視頻文件的格式轉換和安全存儲以及視頻播放時的類CDN處理（邊緣站點和CloudFront）。

（5）后端通過SpringBoot框架，實現和前端的交互。將項目部署到目前流行的AWS云上，其高伸縮擴展性，使得項目運行穩定，降低了一定的開發風險。

3.5 前端實現技術

前端使用VUE框架和ElementUI組件框架實現良好的頁面交互，而VUE框架是目前最流行的前端技術框架，是一套用于構建用戶界面的漸進式JavaScript的輕量級框架。其優點在于體積小，壓縮后只有33KB左右；基于虛擬Dom，事先通過JavaScript進行計算，把最終的Dom操作計算出來對Dom進行優化的技術Dom預操作，具有更高的運行效率，提高了系統的性能；它基于MVVM模型，利用雙向數據綁定和組件化為vue前端開發提供了良好實現。ElementUI組件框架是當前很流行的一套與Vue框架配合使用的桌面端組件庫，我們使用它來對整個項目結構進行布局，能夠使整個項目結構更加清晰明了。

項目前端結合VideoContext、WebGL技術實現實時視頻剪輯處理和濾鏡實時渲染。BBC的VideoContext是一種HTML5/WebGL 媒體處理和排序庫，可以用于在網絡上創建交互式和響應式視頻，在前端實現視頻剪輯處理。而WebGL（Web Graphics Library）是一種3D繪圖協議標準，允許把JavaScript和OpenGL ES 2.0結合在一起。通過增加OpenGL ES 2.0的一個JavaScript綁定，WebGL可以為HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染[2]，如圖1所示。

這樣就可以借助系統顯卡在瀏覽器里更流暢地展示3D場景和模型[6]，還能創建復雜的導航和數據視覺化。

3.6 后端實現技術

后端以Springboot框架為基礎進行開發，與前端實現交互；并且結合了FFmpeg和多線程對視頻文件進行剪輯處理。多線程有利于提高CPU的利用率，更好地利用系統資源，縮短大量用戶同時進行視頻剪輯處理使用的時間。FFmpeg是一款非常實用的視頻處理工具，可以用來記錄、轉換數字音頻、視頻，并能將其轉化為流的開源計算機程序，借助FFmpeg的幫助文檔可以解決許多問題。多媒體視頻處理工具FFmpeg有非常強大的功能，包括視頻采集功能、視頻格式轉換[3]、視頻抓圖、給視頻加水印等。FFmpeg以其豐富的編解碼庫和強大的編碼能力著稱[4]，目前幾乎所有的主流多媒體播放器都是基于開源多媒體框架FFmpeg來做的，FFmpeg幾乎覆蓋了全部視頻格式，可以輕易地實現多種視頻格式之間的相互轉換。例如，可以將攝錄下的視頻AVI等轉成視頻網站所采用的FLV格式。項目后臺基于FFmpeg工具實現了根據參數自動化剪輯的功能，后端僅需了解相關的命令集，定義出不同功能的方法，接受前端發送的參數數據，通過CLI方式啟動FFmpeg進行視頻剪輯處理。相比強大的Pr視頻剪輯軟件，項目提供的視頻剪輯系統能帶來更便利的剪輯方式，獲取更好的體驗感。

3.7 Amazon云計算服務

視頻剪輯系統部署和文件存儲均選擇AWS云平臺上的服務，AWS云平臺相比傳統部署配置上更具有優勢。傳統模式下，企業建立一套IT系統不僅僅需要購買硬件等基礎設施，還有買軟件的許可證，需要專門人員維護。當企業的規模擴大時還要繼續升級各種軟硬件設施以滿足需要。對于企業來說，計算機等硬件和軟件本身并非他們真正需要的，它們僅僅是完成工作、提供效率的工具而已。因此，在這個時候云計算就有很大的利用價值。

視頻剪輯系統設計中使用到云計算技術中的兩種服務：EC2（Elastic Compute Cloud）計算服務和S3（Simple Storage Service）對象存儲服務。

后臺使用AWS EC2計算服務快速配置一臺虛擬機，配合配置的Auto Scaling負載均衡組，搭建一個彈性的高可用、高并發架構[5]，避免峰值流量高導致的服務器崩潰。設計架構如圖3所示。

除此以外，視頻文件存儲使用AWS S3對象存儲服務。AWS S3具有行業領先的可擴展性、數據可用性、安全性和性能。其能無限存儲對象文件，每個對象文件大小最高可達5TB，滿足所有視頻的存儲，并且AWS S3具有99.999999999%（11個9）的高持久性和99.99%的高可用性，保障了用戶數據的穩定存儲。

CDN分布式緩存服務有效降低了服務器壓力，增強服務器的健壯性。后端結合FFmpeg軟件實現后臺自動化剪輯視頻的功能，提升了用戶的體驗感。

3.8 成果形式和效益

Web網站形式往往比APP解決問題效率更高，視頻剪輯系統將以Web網站形式為用戶提供服務，無需下載APP，通過點擊鏈接即可進行視頻剪輯。互聯網時代，抖音、快手等短視頻軟件盛行，全民紛紛開始拿起手機相機拍攝身邊的“美”，積極投入其中分享快樂。項目意向是為用戶提供一個能隨時隨地剪輯視頻的平臺，降低用戶剪輯門檻，即刻玩轉互聯網。系統會實時同步網上有趣的濾鏡模板，增加用戶剪輯過程中的選擇，提升視頻的樂趣性。

4 結論

當前互聯網上短視頻的流行，產生出更多的視頻內容需求。視頻后期剪輯處理工作能為短視頻呈現出更好的視覺效果，使視頻質量、流量顯著提高。視頻剪輯系統結合AWS云平臺服務的優勢，既在前端實現了視頻編輯效果展示，實時展示給用戶所見即所得的效果，利于提高用戶的體驗感，又能保障其文件數據。

該視頻剪輯系統在短視頻流行的大背景下運用也將更為廣泛，且系統的剪輯和濾鏡處理等技術豐富，與云平臺結合的性能效率也更為出色，有極好的應用 價值。