三行Python程序代码实现MP4视频转GIF动画文件

2021-04-21 15:11:17 浏览数 (1)

一、引言

最近看到好几篇类似“n行Python代码…”的博文，看起来还挺不错，简洁、实用，传播了知识、带来了阅读量，撩动了老猿的心，决定跟风一把，写个视频转动画的三行代码的极简实现。

二、moviepy

2.1、moviepy介绍

要实现视频转动画，老猿使用了moviepy库。

MoviePy是一个用于视频编辑的Python模块，可用于进行视频的基本操作（如剪切、连接、标题插入）、视频合成（也称非线性编辑）、视频处理或创建高级效果。

它可以读写最常见的视频格式，包括GIF。MoviePy能处理的视频是ffmpeg格式的，老猿理解支持的文件类型至少包括：*.mp4 *.wmv *.rm *.avi *.flv *.webm *.wav *rmvb 。

MoviePy使用ffmpeg读取、导出视频和音频文件，使用ImageMagick生成文本和输出GIF文件。Python的快速数字库Numpy保证了不同媒体的处理。高级效果和增强使用了Python的许多图像处理库（PIL、Scikit-image、scipy等）。

moviepy的核心对象是剪辑（clips），包括AudioClips 和VideoClips。它们可以修改（剪切、减速、变暗…）或与剪辑混合以形成新剪辑，可以使用PyGame或IPython Notebook预览，并可以输出到对应类型的文件（如MP4、GIF、 MP3等）。例如，VideoClips可以从视频文件、图像、文本或自定义动画创建。VideoClips可以有一个音频轨道（这是一个AudioClip）和一个mask（一个特殊的VideoClip，指示当剪辑与其他剪辑混合时要隐藏哪些部分）。

2.2、moviepy安装

MoviePy安装非常简单，使用pip安装时，请将站点指向国内的镜像站点，否则下载很慢或者下载不下来，老猿使用清华的镜像，指令是：

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple moviepy

注意：

1、moviepy全小写，安装时会自动安装相关依赖包；

2、建议安装最新的版本1.0.3，因为1.0.2中有个比较大的bug，请见《在Python中使用moviepy进行视频剪辑时输出文件报错 ‘NoneType’ object has no attribute 'stdout’问题》；

3、如果没有安装最新版本，可以执行版本升级，指令：

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple moviepy --upgrade

关于Moviepy更多的介绍，请参考老猿的免费专栏《https://blog.csdn.net/laoyuanpython/category_9991887.html PyQt moviepy音视频剪辑实战》。

三、三行代码实现视频转GIF

代码语言：javascript复制
from  moviepy.editor import *


clipVideo = VideoFileClip(r"F:videoWinBasedWorkHard_src.mp4").crop(0, 278, 540, 580)
clipVideo.write_gif(r"F:videoWinBasedWorkHard.gif")

上面三行代码加载moviepy相关模块，读入视频文件，然后输出到动画文件中，整个工作就这么简单。

结果文件：

这个视频是老猿在进行视频剪辑处理时经常用到的，斯人已逝，一路走好！

他和星爷带来的欢笑永存！

四、涉及相关函数

上述代码涉及到的相关函数包括VideoFileClip、crop和write_gif。

4.1、VideoFileClip函数

VideoFileClip实际上是一个类，其构造方法如下：

代码语言：javascript复制
__init__(self, filename, has_mask=False,
                 audio=True, audio_buffersize=200000,
                 target_resolution=None, resize_algorithm='bicubic',
                 audio_fps=44100, audio_nbytes=2, verbose=False,
                 fps_source='tbr')

参数说明：

filename：视频文件名，可以带路径

has_mask：是否有遮罩 ，如果视频文件带遮罩，则设置has_mask为True。视频文件一般很少带遮罩，但有些视频编码支持遮罩功能。例如如果moviepy合成了一个带遮罩的剪辑，则可以使用《moviepy音视频剪辑：视频剪辑基类VideoClip的属性及方法详解》介绍的VideoClip.write_videofile将剪辑和遮罩、音频信息一起保存到视频文件中

audio：如果视频文件不带音频或者不希望加载视频文件的音频，可以将audio参数设置为False

audio_buffersize：音频文件读取缓冲区大小，字节为单位，一般用缺省值足够，如果audio_buffersize比一个音频帧的大小还要小，会自动使用音频帧的大小代替

target_resolution：设置为加载后需要变换到的分辨率，类型为列表或元组，第一个元素为分辨率的高，第二个为宽，如果高或宽有一个为None，则保持现有纵横比调整帧的大小。如果保持原分辨率不变，则不需要设置本参数或设置为None。如果设置了新的分辨率，则在调用ffmpeg 返回视频剪辑的帧之前会按新的分辨率调整帧的大小。这比使用转换为高分辨率流然后再调整分辨率会快很多

resize_algorithm：要改变加载后的视频分辨率，可以通过resize_algorithm指定调整分辨率的算法，缺省值为 “bicubic”，还可以是 “bilinear” 、"fast_bilinear"等。关于算法的更多信息请参考：https://ffmpeg.org/ffmpeg-scaler.html

audio_fps：声音的采样频率

audio_nbytes：声音采样的位数

verbose：是否在标准输出设备上显示处理信息

fps_source：从视频的元数据metadata哪个数据中获取fps值，默认设置为’tbr’，但可以设置为’fps’，这可能有助于导入慢动作视频，否则可能会出意外。

4.2、crop函数

crop函数从剪辑中获取一个矩形区域的剪辑内容作为新的剪辑。本案例中使用是因为原视频是从某短视频中下载的，带有短视频的特定框架，使用crop保留了核心的视频图像。

调用语法：

crop( clip, x1=None, y1=None, x2=None, y2=None, width=None, height=None, x_center=None, y_center=None)

参数：

x1、y1：代表矩形区域左上角坐标

x2、y2：代表矩形区域右下角坐标

width、height：是宽度和高度

x_center、y_center：表示x1的坐标为x_center-width/2，x2的坐标为x_center width/2，y_center类似处理

数据计算逻辑

下面以横坐标系数据为例来说明矩形位置坐标（单位：像素）的计算逻辑：

横坐标系数据 x1、x2、width只要出现任意2个就能算出另外1个

x_center如果出现，则可以计算出x1和x2

如果 x1、x2、width只出现1个或者都未出现，则x1、x2其中未出现的则取原剪辑的左上角或右下角的横坐标，因此单独出现width没有意义

以上计算过程是有顺序的，只有前面的不满足才会执行后面的。纵坐标系数据同样如此。

4.3、write_gif方法

write_gif将剪辑转换成gif动画输出到文件中，调用语法：

代码语言：javascript复制
def write_gif(self, filename, fps=None, program='imageio',
                  opt='nq', fuzz=1, verbose=True,
                  loop=0, dispose=False, colors=None, tempfiles=False,
                  logger='bar')

参数说明如下：

program：用于转换的软件，可以是“imageio”（这将通过imageio使用FreeImage库），或者是“ImageMagick”，或者是“ffmpeg”

opt：应用优化的选项，如果program参数是’imageio’，opt必须是’wu’（Wu）或“nq”（Neuquant），。如果program=‘ImageMagick’，opt可以是“optimizeplus”或“OptimizeTransparency”

fuzz：仅当program='ImageMagick’时需要，通过考虑小于fuzz%的颜色差异实际上是相同的来压缩GIF文件大小

loop：表示GIF文件播放时循环播放多少次，如果为0就一直不停地播放，否则播放设定次数后就停止，该参数由GIF文件头控制

dispose：表示播放动画时渲染当前帧时，如何处理前一帧，该参数由GIF文件头控制，moviepy没有说明该参数怎么使用，缺省值为False，老猿查阅了相关资料，才基本确认该参数的作用，但GIF中该控制参数有四个取值，不知道是否都支持，取值及含义如下：

为0表示绘制一个完整大小的、不透明的GIF帧来替换上一帧，就算连续的两帧只在局部上有细微的差异，每一帧依然是完整独立的绘制

为1表示未被当前帧覆盖的前一帧像素将继续显示，这种方式常用于对GIF动画进行优化，当前帧只需在上一帧的基础上做局部刷新，上一帧中没有被当前帧覆盖的像素区域将继续展示。这种方式既能节省内存，也能提高解码速度

为2 表示绘制当前帧之前，会先把前一帧的绘制区域恢复成背景色，这种方式常用于优化很多帧背景相同的情况，上一帧的背景色能通过当前帧的透明区域显示

为3表示绘制当前帧时，会先恢复到最近一个设置为False或1的帧，然后再将当前帧叠加到上面，这种方式性能比较差，已经被慢慢废弃

colors：关于这个参数moviepy没有说明，老猿将该值设置为一个比较大的值，结果报错“ValueError: GIF quantize param must be 2…256”，最后查阅资料确认该参数表示色彩量化使用的调色板索引，取值为2到256。GIF最高支持8位256色，那么如果原图是真彩色的，则在生成最终效果图时，就涉及到真彩色到256的降色。真彩色是24位的，有2的24种颜色，每个像素用3个字节标识一个颜色，R、G、B各占一个字节，而256色每个像素只用一个字节从调色板中索引一种颜色，调色板最多有256种颜色。将2^24种颜色降为256种颜色，降色的过程被称为色彩量化。色彩量化过程分两步：1、根据图片定制调色板；2、遍历像素，对于每一个像素，从调色板中找最接近的颜色，记录该颜色索引。关于调色板请参考《调色板详解》

tempfiles：将每个帧写入一个文件，而不是将它们传递到RAM中。在内存很少的计算机上很有用，只能与ImageMagick或ffmpeg一起使用。

五、小结

本文介绍了使用Python Moviepy三行代码实现MP4视频文件转gif动画，并介绍了相关处理的关键函数及语法，实际上所有FFmpeg格式的视频文件Moviepy都能处理。

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