MoviePy（Python音视频开发）

  • 音视频基础
    • 帧率、码率、分辨率
    • 视频格式
    • H.264和H.265视频压缩算法
  • Moviepy
    • 常见剪辑类
      • VideoFlieClip
      • ImageFlieClip
      • ColorClip
      • TextClip
      • CompositeVideoClip
      • AudioFlieClip
      • CompositeAudioClip
    • 常见操作
      • 音视频的读入与导出
      • 截取音视频

音视频基础

帧率、码率、分辨率

  • 体积（Volume）：一个视频的容量（文件大小），单位是B（byte）。码率影响体积，与体积成正比。如果码率为变量，则帧率也会影响体积，帧率越高，每秒钟经过的画面越多，需要的码率也越高，体积也越大。在这里插入图片描述

  • 帧率（FPS）：每秒钟要多少帧画面，就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数。影响画面流畅度，与画面流畅度成正比。帧率越大，画面越流畅；帧率越小，画面越有跳动感。如我们看b站常见的1080P 60帧，其中60帧就是帧率，表示每秒播放60张图片。

  • 码率（Bitrate）：编码器每秒传输的数据大小（带宽），单位是kbps 即千位每秒，比如800kbps代表编码器每秒产生800kb（或100KB）的数据。如b站要求up主上传的视频码率最高为6000kbps（H264/AVC编码）。

  • 分辨率（Resolution）：单位英寸中所包含的横纵向像素点数（图像宽高）； VGA：Video Graphics Array（视频图像分辨率）。影响图像大小，与图像大小成正比：分辨率越高，图像越大；分辨率越低，图像越小。在码率一定的情况下，分辨率与清晰度成反比关系：分辨率越高，图像越不清晰，分辨率越低，图像越清晰。如我们看b站常见的最大分辨率1080P，其中1080P就是分辨率，P表示（Progressive scanning，逐行扫描）。以我们常见的16:9的屏幕举例（注意，一定要强调屏幕的宽高比例），1080表示1920 * 1080个像素（其实我们可以说，1080P每一行有接近1K的像素点），2K则是2560 * 1440，4K则是3840 * 2160。

好的画质是分辨率、帧率和码率三者之间的平衡：

码率不是越大越好，如果不做码率大小上的限制，那么分辨率越高，画质越细腻；帧率越高，视频也越流畅，但相应的码率也会很大，因为每秒钟需要用更多的数据来承载较高的清晰度和流畅度。

如果限定一个码率，比如800kbps，那么帧率越高，编码器就必须加大对单帧画面的压缩比，也就是通过降低画质来承载足够多的帧数。

视频格式

一个音视频文件实际上分为3层：基础数据，编码，封装。

  • 编码使用不同的编码格式，对视频数据进行压缩；
  • 封装使用不同的封装格式，将视频数据封装成不同的文件。
    在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

  • 封装格式：封装格式只是视频的一层皮，只是对 文件信息 和 压缩好的音视频数据，按照一定的规则进行编排，不限制视频数据的帧率、分辨率、码率等参数，因此封装格式不会影响视频的清晰度。如MP4(兼容性强)、FLV(在线播放nb)、HLS(长视频nb)、AVI、MKV(支持外接字幕)、PCM、ACC、MOV等。
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  • 编码格式：编码格式才是音视频流编码的内在组织形式，对原始的音视频数据进行压缩。如H.264、H.265等。
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H.264和H.265视频压缩算法

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H.264，同时也是MPEG-4的第十部分，被称作，是由联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的视频编解码器标准（视频压缩/编码算法）。这个标准通常被称之为H.264/AVC（或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4AVC或MPEG-4/H.264 AVC），其中AVC(Advanced Video Coding，高级视频编码)。H.264主要包含：宏块细分图像、帧内压缩(intra compress)减少空间冗余、帧间预测(inter prediction)减少时间冗余、转换(transform) 和 量化(quantization)进行残留数据压缩、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding) 等模块。
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H.265，通常被称为 H.265/HEVC，两者都是基于块的视频编码技术，H.265的编码架构大致上和H.264的架构相似，但编码的文件大小会比H.264小50%，相同画质下更加节省带宽/流量。也主要包含：宏块细分图像、帧内压缩(intra compress)减少空间冗余、帧间预测(inter prediction)减少时间冗余、转换(transform) 和 量化(quantization)进行残留数据压缩、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding) 等模块。但在HEVC编码架构中，整体被分为了三个基本单位，分別是：编码单位(coding unit，CU)、预测单位(predict unit，PU)和转换单位(transform unit，TU)。

  • 宏块划分：把图像划分成一个一个的小像素块（patch）。
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  • 帧内压缩(intra compress)：类似JPEG这种有损压缩，减少空间冗余。
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  • 帧间预测(inter prediction)：根据关键帧和运动变化的信息，预测出中间帧，减少时间冗余。把帧分为：I帧（关键帧）、P帧（根据前一个I或P帧预测出来的帧）、B帧（根据前后两个I或P帧预测出来的帧）。
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    I帧（关键帧）预测 P帧（下一帧）：对于没有变化的宏块，P帧直接复制I帧。对于变化的宏块，编码的时候，记录变化的信息，解码的时候，再预测回去。
    在这里插入图片描述
    B帧（双向预测帧）：利用前后两帧来预测出的帧。
    在这里插入图片描述
    GPO的概念：I帧的间隔长度。录播视频GOP一般为帧率的4-5倍，直播视频GOP一般为帧率的1-2倍。如果太大，I帧间隔太远，会产生花屏问题，P帧和B帧预测不到位。
    在这里插入图片描述

  • H264的编解码性能要求更低，更加普及；如H264由于算法优化，可以低于1Mbps的速度（码率）实现标清数字图像传送；

  • H265的压缩率更，因此带宽和容量的要求更低，但对编解码性能要求更高。如H265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度（码率）传送720P（分辨率1280*720）普通高清音视频传送。

Moviepy

Moviepy 和 python-ffmpeg 和 用subprocess调用ffmpeg 有相同的效果，都可以实现：视频剪辑，视频拼接，插入标题、字幕水印，视频合成，自定义的高级的音视频特效等。此外，MoviePy 可以读写绝大多数常见的视频格式，甚至包括 GIF 格式！

MoviePy 使用软件 FFmpeg 读取和导出视频和音频文件，使用 ImageMagick 生产文字和 GIF 图。中间的处理过程赖于 Python 强大的数学处理库，高级特效和软件加强用到了许多的 Python 图像处理库。
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  • FFmpeg的优点是速度快，缺点则是命令复杂。
  • Moviepy开发起来更加简便，缺点就是相当于ffmpeg速度更慢一些，且不支持stream video流媒体（如直播/摄像头）！

常见剪辑类

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Clip是所有剪辑类的基类，VideoClip和AudioClip继承自Clip，分别处理视频和音频数据。VideoClip和AudioClip又有很多派生类，用于处理 不同的视频和音频内容。所有的类都可以从Moviepy.editor模块导入。Clip、VideoClip、AudioClip三个基类是非常少用的，我们接下来着重介绍他们的派生类。

其中最核心的是VideoClip类的对象 clips（视频片段），开发者可以对 clips 进行修改(剪切，调速度，调亮度…)或者和其他 clip 混合拼接到一起。vedio clip 可以由视频文件，图像，文本或者动画来创建实例。vedio clip 可以拥有一个音频轨道(audio clip) 和一个叠加层的 vedio clip(这是一个特殊的 VedioClip，这意味着，当一个视频和其他 VedioClip 混合的时候，这个叠加层 clip 是隐藏的)

VideoFlieClip

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ImageFlieClip

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ColorClip

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TextClip

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CompositeVideoClip

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AudioFlieClip

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CompositeAudioClip

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常见操作

https://www.bilibili.com/video/BV1Qp421d7yz/?spm_id_from=333.788&vd_source=b2549fdee562c700f2b1f3f49065201b

https://xie.infoq.cn/article/23e694841b8526b2ba9d5fb7c

音视频的读入与导出

读入视频，导出视频：write_videofile

# 导入需要的库
from moviepy.editor import *
 
# 从本地载入视频myHolidays.mp4，并截取00:00:50 - 00:00:60部分
clip = VideoFileClip("Mojito.mp4").subclip(50,60)
 
# 调低音频音量 (volume x 0.8)
clip = clip.volumex(0.8)
# 做一个txt clip. 自定义样式，颜色.
txt_clip = TextClip("Mojito by Jay",fontsize=70,color='white')
# 文本clip在屏幕正中显示持续10秒
txt_clip = txt_clip.set_pos('center').set_duration(10)
# 把 text clip 的内容覆盖 video clip
video = CompositeVideoClip([clip, txt_clip])
 
# 把最后生成的视频导出到文件内
video.write_videofile("Mojito_edited.mp4")  # 默认编解码器codec="libx264"
video.write_videofile("Mojito_edited.mp4", codec="mpeg4")  # MP4也可以指定编解码器为"mpeg4"
video.write_videofile("Mojito_edited.avi", codec="rawvideo")
video.write_videofile("Mojito_edited.webm")  # 默认编解码器codec="libx264"
video.write_videofile("Mojito_edited.flv", codec="flv")

读入音频，导出音频：write_audiofile

# 导入需要的库
from moviepy.editor import *
# 从本地载入视频myHolidays.mp4，并截取00:00:50 - 00:00:60部分
clip = VideoFileClip("/data3/yzr/Mojito.mp4").subclip(3,10)
 
# 取clip的audio音频部分
audio = clip.audio

# 保存为MP3
audio.write_audiofile("Mojito.mp3")
# 保存为wav
audio.write_audiofile("Mojito.wav", codec="pcm_s32le")
# 保存为wmav1
audio.write_audiofile("Mojito.wam", codec="wam1")

导出GIF动图：write_gif

# 导入需要的库
from moviepy.editor import *
 
# 从本地载入视频myHolidays.mp4，并截取00:00:50 - 00:00:60部分
clip = VideoFileClip("/data3/yzr/Mojito.mp4").subclip(3,10)
 
# 把最后生成的视频导出到文件内
clip.write_gif("Mojito_edited.gif")

导出视频截图：save_frame

# 导入需要的库
from moviepy.editor import *
 
# 从本地载入视频myHolidays.mp4，并截取00:00:50 - 00:00:60部分
clip = VideoFileClip("/data3/yzr/Mojito.mp4").subclip(3,10)
 
# 保存clip起始帧
clip.save_frame("frame.png")
# 保存视频第10秒截图
clip.save_frame("frame.png", t=10)

截取音视频

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