Serverless 实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

发布于:2020 年 6 月 10 日 09:25

Serverless实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

在 Serverless 架构的应用实践中,有一个非常实在的应用:视频处理。

腾讯云的函数计算平台是这样描述视频处理场景的:

视频应用、社交应用等场景下,用户上传的图片、音视频的总量大、频率高,对处理系统的实时性和并发能力都有较高的要求。例如:对于用户上传的视频短片,我们可以使用多个云函数对其分别处理,对应不同的清晰度(1080p、720p 等),以满足不同场景下用户的需求,适应移动网络带宽较小且不稳定的特性。

Serverless实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

在阿里云的函数计算也有相关的描述:

Serverless实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

由此可见,视频的压缩 / 转码等操作是 Serverless 架构的一个典型 " 应用 "。那么问题来看,如何在 Serverless 架构下实现视频压缩与转码?

准备开始 ffmpeg

什么是 ffmpeg?百度百科是这样描述的:

FFmpeg 是一套可以用来记录、转换数字音频、视频,并能将其转化为流的开源计算机程序。采用 LGPL 或 GPL 许可证。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频 / 视频编解码库 libavcodec,为了保证高可移植性和编解码质量,libavcodec 里很多 code 都是从头开发的。

FFmpeg 在 Linux 平台下开发,但它同样也可以在其它操作系统环境中编译运行,包括 Windows、Mac OS X 等。这个项目最早由 Fabrice Bellard 发起,2004 年至 2015 年间由 Michael Niedermayer 主要负责维护。许多 FFmpeg 的开发人员都来自 MPlayer 项目,而且当前 FFmpeg 也是放在 MPlayer 项目组的服务器上。项目的名称来自 MPEG 视频编码标准,前面的 "FF" 代表 "Fast Forward"。

在实际生产生活中,ffmpeg 也是一个非常好的工具,我们可以利用这个工具来进行图像的压缩 / 转码等操作。

在 ffmpeg 官网,我们可以看到有不同的操作系统、文件可供选择:

Serverless实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

也就是说,我们如果要在云函数中使用这个模块,那么就要有这样一个模块是在云函数所在的环境下可以运行起来的,根据云函数的文档可以看到:

Serverless实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

我们要有一个在 CentOS 操作系统下可以使用的 ffmpeg,接下来,我们就准备这个文件:

  1. 在 CentOS 操作系统上,下载源码包:wget http://www.ffmpeg.org/releases/ffmpeg-3.1.tar.gz
  2. 解压并进入目录:tar -zxvf ffmpeg-3.1.tar.gz && cd ffmpeg-3.1
  3. 编译安装: ./configure && make && make install

在进行./configure操作的时候,可能出现yasm/nasm not found or too old. Use --disable-yasm for a crippledbuild错误。

yasm 是汇编编译器,ffmpeg 为了提高效率使用了汇编指令,如 MMX 和 SSE 等。所以系统中未安装 yasm 时,就会报错误,此时可以安装 yasm 编译器来解决:

  1. 下载wget http://www.tortall.net/projects/yasm/releases/yasm-1.3.0.tar.gz
  2. 解压并进入目录:tar zxvf yasm-1.3.0.tar.gz && cd yasm-1.3.0
  3. 编译安装:./configure && make && make install

完成 ffmpeg 的编译安装,就可以在当前目录下看到生成了文件:ffmpeg,此时我们保存这个文件即可在腾讯云的云函数中使用。

Serverless 架构下的视频压缩

按照腾讯云提供的实践架构图,其推荐的是对象存储触发器触发函数,也就是说我们将视频存储到对象存储中,然后通过对象存储的相关触发器触发函数进行视频的处理,处理之后再回传对象存储的操作。

代码实现:

复制代码
import os
import subprocess
from qcloud_cos_v5 import CosConfig
from qcloud_cos_v5 import CosS3Client
secret_id = os.environ.get('secret_id')
secret_key = os.environ.get('secret_key')
region = os.environ.get('region')
cosClient = CosS3Client(CosConfig(Region=region, SecretId=secret_id, SecretKey=secret_key))
# 移动 ffmpeg 到 tmp 目录,并且赋予权限
with open("./ffmpeg", "rb") as rf:
with open("/tmp/ffmpeg", "wb") as wf:
wf.write(rf.read())
subprocess.run('chmod 755 /tmp/ffmpeg', shell=True)
def main_handler(event, context):
for record in event['Records']:
bucket = record['cos']['cosBucket']['name'] + '-' + record['cos']['cosBucket']['appid']
key = "/".join(record['cos']['cosObject']['key'].split("/")[3:])
download_path = '/tmp/{}'.format(key.split('/')[-1])
upload_path = '/tmp/new_mp4-{}'.format(key.split('/')[-1])
# 下载图片
print("key", key)
response = cosClient.get_object(Bucket=bucket, Key=key)
response['Body'].get_stream_to_file(download_path)
# 执行 ffmpeg 指令压缩视频
child = subprocess.run('/tmp/ffmpeg -i %s -r 10 -b:a 32k %s'%(download_path, upload_path), stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE, close_fds=True, shell=True)
# 上传图片
cosClient.put_object_from_local_file(
Bucket=bucket,
LocalFilePath=upload_path,
Key="/new_mp4/" + key.split('/')[-1]
)

这里的主要操作就是在容器建立的时候,或者说是函数冷启动的时候,将 ffmpeg 复制到可执行目录,并且设置其权限为755

完成之后可以进行serverless.yaml的编写:

复制代码
MyVideo:
component: "@serverless/tencent-scf"
inputs:
name: MyVideo
codeUri: ./
handler: index.main_handler
runtime: Python3.6
region: ap-guangzhou
memorySize: 128
timeout: 200
environment:
variables:
secret_id: 用户密钥 id
secret_key: 用户密钥 key
region: ap-guangzhou
events:
- cos:
name: video-1256773370.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com
parameters:
bucket: video-1256773370.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com
filter:
prefix: source/
events: cos:ObjectCreated:*
enable: true

部署完成,我们将一个测试的 MP4 文件上传到对应的存储的source/文件夹中:

Serverless实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

稍等片刻,我们可以看到目标文件夹出现了对应的视频:

Serverless实战:分分钟实现视频压缩与格式转换

大家可以对比一下两个视频文件的差距。

当然,这里仅仅是通过/tmp/ffmpeg -i 原视频 -r 10 -b:a 32k 生成视频来进行视频压缩,除此之外,我们还可以使用 ffmpeg 进行额外的操作 (以下内容来源于 canmeng 的博客):

复制代码
ffmpeg -ss 00:00:00 -t 00:00:30 -i test.mp4 -vcodec copy -acodec copy output.mp4

-ss 指定从什么时间开始
-t 指定需要截取多长时间
-i 指定输入文件

这个命令就是从 00 秒开始裁剪到 00+30=30 秒结束,总共 30 秒的视频。这个命令执行很快,因为只是原始数据的拷贝,中间没有什么编码和解码的过程,命令执行后可以得到 output.mp4 输出文件。
与期望的视频裁剪后的效果一致,00 秒开始,30 秒结束,总共 30 秒的视频,但是有些视频裁剪后你会发现开始和结束时间可能不是很准确,有可能是从 00 秒开始,33 秒结束。这是为什么呢?

因为这些视频里 30 秒处地方刚好不是关键帧,而 ffmpeg 会在你输入的时间点附近圆整到最接近的关键帧处,然后做接下来的事情。如果你不懂什么是关键帧,没关系,这也不影响你使用这个命令。

合并视频

复制代码
// 截取从头开始的 30s
ffmpeg -ss 00:00:00 -t 00:00:30 -i keyoutput.mp4 -vcodec copy -acodec copy split.mp4
// 截取从 30s 开始的 30s
ffmpeg -ss 00:00:30 -t 00:00:30 -i keyoutput.mp4 -vcodec copy -acodec copy split1.mp4
// 进行视频的合并
ffmpeg -f concat -i list.txt -c copy concat.mp4

在 list.txt 文件中,对要合并的视频片段进行了描述。
内容如下

复制代码
file ./split.mp4
file ./split1.mp4

更多常用命令:

复制代码
ffmpeg -i in.mp4 -filter:v "crop=in_w:in_h-40" -c:a copy out.mp4
// 去掉视频中的音频
ffmpeg -i input.mp4 -vcodec copy -an output.mp4
// -an: 去掉音频;-vcodec: 视频选项,一般后面加 copy 表示拷贝
// 提取视频中的音频
ffmpeg -i input.mp4 -acodec copy -vn output.mp3
// -vn: 去掉视频;-acodec: 音频选项, 一般后面加 copy 表示拷贝
// 音视频合成
ffmpeg -y –i input.mp4 –i input.mp3 –vcodec copy –acodec copy output.mp4
// -y 覆盖输出文件
// 剪切视频
ffmpeg -ss 0:1:30 -t 0:0:20 -i input.mp4 -vcodec copy -acodec copy output.mp4
// -ss 开始时间 ; -t 持续时间
// 视频截图
ffmpeg –i test.mp4 –f image2 -t 0.001 -s 320x240 image-%3d.jpg
// -s 设置分辨率 ; -f 强迫采用格式 fmt;
// 视频分解为图片
ffmpeg –i test.mp4 –r 1 –f image2 image-%3d.jpg
// -r 指定截屏频率
// 将图片合成视频
ffmpeg -f image2 -i image%d.jpg output.mp4
// 视频拼接
ffmpeg -f concat -i filelist.txt -c copy output.mp4
// 将视频转为 gif
ffmpeg -i input.mp4 -ss 0:0:30 -t 10 -s 320x240 -pix_fmt rgb24 output.gif
// -pix_fmt 指定编码
// 将视频前 30 帧转为 gif
ffmpeg -i input.mp4 -vframes 30 -f gif output.gif
// 旋转视频
ffmpeg -i input.mp4 -vf rotate=PI/2 output.mp4
// 缩放视频
ffmpeg -i input.mp4 -vf scale=iw/2:-1 output.mp4
// iw 是输入的宽度, iw/2 就是一半 ;-1 为保持宽高比
// 视频变速
ffmpeg -i input.mp4 -filter:v setpts=0.5*PTS output.mp4
// 音频变速
ffmpeg -i input.mp3 -filter:a atempo=2.0 output.mp3
// 音视频同时变速,但是音视频为互倒关系
ffmpeg -i input.mp4 -filter_complex "[0:v]setpts=0.5*PTS[v];[0:a]atempo=2.0[a]" -map "[v]" -map "[a]" output.mp4
// 视频添加水印
ffmpeg -i input.mp4 -i logo.jpg -filter_complex [0:v][1:v]overlay=main_w-overlay_w-10:main_h-overlay_h-10[out] -map [out] -map 0:a -codec:a copy output.mp4
// main_w-overlay_w-10 视频的宽度 - 水印的宽度 - 水印边距;
// 截取视频局部
ffmpeg -i in.mp4 -filter:v "crop=out_w:out_h:x:y" out.mp4
// 截取部分视频,从 [80,60] 的位置开始,截取宽 200,高 100 的视频
ffmpeg -i in.mp4 -filter:v "crop=80:60:200:100" -c:a copy out.mp4
// 截取右下角的四分之一
ffmpeg -i in.mp4 -filter:v "crop=in_w/2:in_h/2:in_w/2:in_h/2" -c:a copy out.mp4
// 截去底部 40 像素高度
ffmpeg -i in.mp4 -filter:v "crop=in_w:in_h-40" -c:a copy out.mp4

参数说明:

-vcodec xvid 使用 xvid 压缩
-s 320×240 指定分辨率
-r fps 设置帧频 缺省 25
-b < 比特率 > 指定压缩比特
-acodec aac 设定声音编码
-ac < 数值 > 设定声道数,1 就是单声道,2 就是立体声
-ar < 采样率 > 设定声音采样率,PSP 只认 24000
-ab < 比特率 > 设定声音比特率
-vol < 百分比 > 设定音量
-y 覆盖输出文件
-t duration 设置纪录时间 hh:mm:ss[.xxx] 格式的记录时间也支持
-ss position 搜索到指定的时间 [-]hh:mm:ss[.xxx] 的格式也支持
-title string 设置标题
-author string 设置作者
-copyright string 设置版权
-hq 激活高质量设置
-aspect aspect 设置横纵比 4:3 16:9 或 1.3333 1.7777
-croptop size 设置顶部切除带大小 像素单位
-cropbottom size -cropleft size -cropright size
-padtop size 设置顶部补齐的大小 像素单位
-padbottom size -padleft size -padright size -padcolor color 设置补齐条颜色 (hex,6 个 16 进制的数,红: 绿: 兰排列,比如 000000 代表黑色)
-bt tolerance 设置视频码率容忍度 kbit/s
-maxrate bitrate 设置最大视频码率容忍度
-minrate bitreate 设置最小视频码率容忍度
-bufsize size 设置码率控制缓冲区大小
-vcodec codec 强制使用 codec 编解码方式。 如果用 copy 表示原始编解码数据必须被拷贝
-sameq 使用同样视频质量作为源(VBR)
-pass n 选择处理遍数(1 或者 2)。两遍编码非常有用。第一遍生成统计信息,第二遍生成精确的请求的码率
-passlogfile file 选择两遍的纪录文件名为 file
-map file:stream 设置输入流映射
-debug 打印特定调试信息

总结

Serverless 架构不仅在同步业务方面能取得不错的效果,而且在异步流程上也有很棒的表现,因此可以通过 Serverless 架构来实现大数据分析,也可以实现图像压缩、水印 / 格式转换、视频处理。

阅读数:2515 发布于:2020 年 6 月 10 日 09:25

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