在许多视频编辑任务中，我们常常需要将视频和音频进行对齐，并添加字幕。本文将详细介绍如何使用Python实现这一功能，并在视频中添加中文字幕。我们将使用OpenCV处理视频帧，使用MoviePy处理音频和视频的合成，使用PIL库绘制中文字幕。

环境设置

首先，我们需要安装必要的库。可以使用以下命令来安装它们：

pip install opencv-python moviepy Pillow

准备工作

1. 准备音频和视频文件：确保你有需要对齐的音频和视频文件。
2. 下载支持中文的字体文件：例如SimHei.ttf，并将其保存到合适的位置。在示例中，我们使用NotoSansCJKsc-Regular.ttf。

实现代码

以下是实现音视频对齐并添加中文字幕的完整Python代码。你可以将这段代码保存为一个Python文件，并根据需要进行调用。

import cv2
import numpy as np
from moviepy.editor import AudioFileClip, VideoFileClip
from pydub import AudioSegment
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
import tempfile
import os
import re 

def replace_punctuation_with_at(input_string):
    # 使用正则表达式匹配所有标点符号并替换为 @
    result = re.sub(r'[^\w\s]', '@', input_string)
    return result

def add_chinese_subtitle_to_frame(frame, subtitle_text, position, font_path, font_size, font_color):
    # 将OpenCV图像转换为PIL图像
    img_pil = Image.fromarray(cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB))
    draw = ImageDraw.Draw(img_pil)
    font = ImageFont.truetype(font_path, font_size)
    
    # 获取字幕文本的宽度和高度
    text_bbox = draw.textbbox((0, 0), subtitle_text, font=font)
    text_width = text_bbox[2] - text_bbox[0]
    text_height = text_bbox[3] - text_bbox[1]
    
    # 计算字幕的放置位置
    x = position[0] - text_width // 2
    y = position[1] - text_height // 2
    
    # 在PIL图像上添加字幕
    draw.text((x, y), subtitle_text, font=font, fill=font_color)
    
    # 将PIL图像转换回OpenCV图像
    frame = cv2.cvtColor(np.array(img_pil), cv2.COLOR_RGB2BGR)
    return frame

def sync_audio_video_add_subtitle(audio_path, video_path, output_path, subtitle_text, font_path, font_size=24, font_color=(255, 255, 255), subtitle_bottom_margin=30, audio_volume=1.0):
    # 加载音频文件并调整音量
    original_audio = AudioSegment.from_file(audio_path)
    original_audio = original_audio + (audio_volume * 10 - 10)  # 调整音量
    silence = AudioSegment.silent(duration=500)  # 0.5秒的静音
    audio_with_silence = silence + original_audio + silence
    
    # 创建临时文件以保存修改后的音频
    temp_audio_path = os.path.join(tempfile.gettempdir(), "temp_audio.mp3")
    audio_with_silence.export(temp_audio_path, format="mp3")

    # 加载修改后的音频文件
    audio_clip = AudioFileClip(temp_audio_path)
    audio_duration = audio_clip.duration

    # 加载视频文件
    cap = cv2.VideoCapture(video_path)
    fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS)
    frame_count = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT))
    video_duration = frame_count / fps

    # 计算新的视频帧率
    new_fps = fps * (video_duration / audio_duration)

    # 获取视频尺寸
    width = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))
    height = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))

    # 创建临时文件以存储中间视频结果
    temp_video_path = os.path.join(tempfile.gettempdir(), "temp_video.mp4")

    # 创建VideoWriter对象
    out = cv2.VideoWriter(temp_video_path, cv2.VideoWriter_fourcc(*'mp4v'), new_fps, (width, height))

    # 分批读取和写入视频帧，并添加字幕
    subtitle_text = replace_punctuation_with_at(subtitle_text)
    subtitle_text_list = [text for text in subtitle_text.split("@") if text]
    print(subtitle_text_list)
    subtitles_per_frame = frame_count // len(subtitle_text_list)
    current_subtitle_index = 0

    for frame_idx in range(frame_count):
        ret, frame = cap.read()
        if not ret:
            break
        # 添加当前字幕到帧
        if frame_idx // subtitles_per_frame >= current_subtitle_index and current_subtitle_index < len(subtitle_text_list):
            frame = add_chinese_subtitle_to_frame(frame, subtitle_text_list[current_subtitle_index], (width // 2, height - subtitle_bottom_margin), font_path, font_size, font_color)
            if frame_idx // subtitles_per_frame > current_subtitle_index:
                current_subtitle_index += 1
        out.write(frame)

    cap.release()
    out.release()

    # 使用MoviePy将音频和调整后的视频合并
    video_clip = VideoFileClip(temp_video_path).set_duration(audio_duration)
    final_clip = video_clip.set_audio(audio_clip)
    
    # Trim the last 0.3 seconds
    final_clip = final_clip.subclip(0, final_clip.duration - 0.3)
    
    # Write the final video file
    final_clip.write_videofile(output_path, codec="libx264", audio_codec="aac")
    
    # Close the clips to release the file
    final_clip.close()
    video_clip.close()
    audio_clip.close()

    # 删除临时文件
    os.remove(temp_audio_path)
    os.remove(temp_video_path)

if __name__ == "__main__":
    # 示例用法
    audio_path = r"C:\Users\60568\Pictures\create\屈原\mp3\00000002.mp3"
    video_path = r"C:\Users\60568\Pictures\create\屈原\mp4\03.mp4"
    subtitle_text='然而屈原的直言进谏,引来了朝中权臣的嫉恨,他成为了政治斗争的牺牲品。'
    output_path = "synced_video.mp4"

    sync_audio_video_add_subtitle(audio_path, 
                                video_path, 
                                output_path,
                                subtitle_text=subtitle_text,
                                font_path="./NotoSansCJKsc-Regular.ttf",
                                font_size=40, # 设置字体大小
                                font_color=(255, 255, 255), # 设置字体颜色
                                subtitle_bottom_margin=80, # 设置字幕底部的位置
                                audio_volume=2) # 调整音频音量，1.0为原始音量，1.5为增加50%音量

代码说明

1. add_chinese_subtitle_to_frame: 这个函数将字幕添加到给定的帧上。它使用PIL库来绘制字幕，然后将图像转换回OpenCV格式。
2. sync_audio_video_add_subtitle: 这个函数处理音频和视频的对齐，并将字幕添加到每一帧上。最终，它将处理好的视频和音频合并，并生成输出文件。

保证音频长度不变，调整视频长度

在此代码中，我们特别强调了保证音频长度不变，通过调整视频的帧率来匹配音频长度。这是通过计算新的帧率 new_fps 实现的：

new_fps = fps * (video_duration / audio_duration)

调整参数

你可以通过调整以下参数来修改字幕的显示效果和位置：

• font_size: 字体大小。
• font_color: 字体颜色。
• subtitle_bottom_margin: 字幕距离视频底部的距离。

运行示例

你可以使用提供的示例用法来运行代码，只需将audio_path、video_path和font_path替换为你自己的文件路径即可。

通过这个教程，你应该能够使用Python轻松地实现视频和音频的对齐，并在视频中添加中文字幕。如果你有任何问题或建议，请在评论区留言！

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