三行Python程序代碼實(shí)現(xiàn)MP4視頻轉(zhuǎn)GIF動(dòng)畫文件

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一、引言

最近看到好幾篇類似“n行Python代碼…”的博文，看起來還挺不錯(cuò)，簡潔、實(shí)用，傳播了知識(shí)、帶來了閱讀量，撩動(dòng)了老猿的心，決定跟風(fēng)一把，寫個(gè)視頻轉(zhuǎn)動(dòng)畫的三行代碼的極簡實(shí)現(xiàn)。

二、moviepy

2.1、moviepy介紹

要實(shí)現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)動(dòng)畫，老猿使用了moviepy庫。

MoviePy是一個(gè)用于視頻編輯的Python模塊，可用于進(jìn)行視頻的基本操作（如剪切、連接、標(biāo)題插入）、視頻合成（也稱非線性編輯）、視頻處理或創(chuàng)建高級(jí)效果。

它可以讀寫最常見的視頻格式，包括GIF。MoviePy能處理的視頻是ffmpeg格式的，老猿理解支持的文件類型至少包括：*.mp4 *.wmv *.rm *.avi *.flv *.webm *.wav *rmvb 。

MoviePy使用ffmpeg讀取、導(dǎo)出視頻和音頻文件，使用ImageMagick生成文本和輸出GIF文件。Python的快速數(shù)字庫Numpy保證了不同媒體的處理。高級(jí)效果和增強(qiáng)使用了Python的許多圖像處理庫（PIL、Scikit-image、scipy等）。

moviepy的核心對象是剪輯（clips），包括AudioClips 和VideoClips。它們可以修改（剪切、減速、變暗…）或與剪輯混合以形成新剪輯，可以使用PyGame或IPython Notebook預(yù)覽，并可以輸出到對應(yīng)類型的文件（如MP4、GIF、 MP3等）。例如，VideoClips可以從視頻文件、圖像、文本或自定義動(dòng)畫創(chuàng)建。VideoClips可以有一個(gè)音頻軌道（這是一個(gè)AudioClip）和一個(gè)mask（一個(gè)特殊的VideoClip，指示當(dāng)剪輯與其他剪輯混合時(shí)要隱藏哪些部分）。

2.2、moviepy安裝

MoviePy安裝非常簡單，使用pip安裝時(shí)，請將站點(diǎn)指向國內(nèi)的鏡像站點(diǎn)，否則下載很慢或者下載不下來，老猿使用清華的鏡像，指令是：

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

注意：

1、moviepy全小寫，安裝時(shí)會(huì)自動(dòng)安裝相關(guān)依賴包；

2、建議安裝最新的版本1.0.3，因?yàn)?.0.2中有個(gè)比較大的bug，請見《在Python中使用moviepy進(jìn)行視頻剪輯時(shí)輸出文件報(bào)錯(cuò) ‘NoneType’ object has no attribute 'stdout’問題》；

3、如果沒有安裝最新版本，可以執(zhí)行版本升級(jí)，指令：

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

關(guān)于Moviepy更多的介紹，請參考老猿的免費(fèi)專欄《https://blog.csdn.net/laoyuanpython/category_9991887.html PyQt+moviepy音視頻剪輯實(shí)戰(zhàn)》。

三、三行代碼實(shí)現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)GIF

from  moviepy.editor import *

clipVideo = VideoFileClip(r"F:\video\WinBasedWorkHard_src.mp4").crop(0, 278, 540, 580)clipVideo.write_gif(r"F:\video\WinBasedWorkHard.gif")

上面三行代碼加載moviepy相關(guān)模塊，讀入視頻文件，然后輸出到動(dòng)畫文件中，整個(gè)工作就這么簡單。

結(jié)果文件：

這個(gè)視頻是老猿在進(jìn)行視頻剪輯處理時(shí)經(jīng)常用到的，斯人已逝，一路走好！

他和星爺帶來的歡笑永存！

四、涉及相關(guān)函數(shù)

上述代碼涉及到的相關(guān)函數(shù)包括VideoFileClip、crop和write_gif。

4.1、VideoFileClip函數(shù)

VideoFileClip實(shí)際上是一個(gè)類，其構(gòu)造方法如下：

__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')

參數(shù)說明：

 filename：視頻文件名，可以帶路徑

 has_mask：是否有遮罩 ，如果視頻文件帶遮罩，則設(shè)置has_mask為True。視頻文件一般很少帶遮罩，但有些視頻編碼支持遮罩功能。例如如果moviepy合成了一個(gè)帶遮罩的剪輯，則可以使用《moviepy音視頻剪輯：視頻剪輯基類VideoClip的屬性及方法詳解》介紹的VideoClip.write_videofile將剪輯和遮罩、音頻信息一起保存到視頻文件中

 audio：如果視頻文件不帶音頻或者不希望加載視頻文件的音頻，可以將audio參數(shù)設(shè)置為False

 audio_buffersize：音頻文件讀取緩沖區(qū)大小，字節(jié)為單位，一般用缺省值足夠，如果audio_buffersize比一個(gè)音頻幀的大小還要小，會(huì)自動(dòng)使用音頻幀的大小代替

 target_resolution：設(shè)置為加載后需要變換到的分辨率，類型為列表或元組，第一個(gè)元素為分辨率的高，第二個(gè)為寬，如果高或?qū)捰幸粋€(gè)為None，則保持現(xiàn)有縱橫比調(diào)整幀的大小。如果保持原分辨率不變，則不需要設(shè)置本參數(shù)或設(shè)置為None。如果設(shè)置了新的分辨率，則在調(diào)用ffmpeg 返回視頻剪輯的幀之前會(huì)按新的分辨率調(diào)整幀的大小。這比使用轉(zhuǎn)換為高分辨率流然后再調(diào)整分辨率會(huì)快很多

 resize_algorithm：要改變加載后的視頻分辨率，可以通過resize_algorithm指定調(diào)整分辨率的算法，缺省值為 “bicubic”，還可以是 “bilinear” 、"fast_bilinear"等。關(guān)于算法的更多信息請參考：https://ffmpeg.org/ffmpeg-scaler.html

 audio_fps：聲音的采樣頻率

 audio_nbytes：聲音采樣的位數(shù)

 verbose：是否在標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備上顯示處理信息

 fps_source：從視頻的元數(shù)據(jù)metadata哪個(gè)數(shù)據(jù)中獲取fps值，默認(rèn)設(shè)置為’tbr’，但可以設(shè)置為’fps’，這可能有助于導(dǎo)入慢動(dòng)作視頻，否則可能會(huì)出意外。

4.2、crop函數(shù)

crop函數(shù)從剪輯中獲取一個(gè)矩形區(qū)域的剪輯內(nèi)容作為新的剪輯。本案例中使用是因?yàn)樵曨l是從某短視頻中下載的，帶有短視頻的特定框架，使用crop保留了核心的視頻圖像。

調(diào)用語法：

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

參數(shù)：

x1、y1：代表矩形區(qū)域左上角坐標(biāo)

x2、y2：代表矩形區(qū)域右下角坐標(biāo)

width、height：是寬度和高度

x_center、y_center：表示x1的坐標(biāo)為x_center-width/2，x2的坐標(biāo)為x_center+width/2，y_center類似處理

數(shù)據(jù)計(jì)算邏輯

下面以橫坐標(biāo)系數(shù)據(jù)為例來說明矩形位置坐標(biāo)（單位：像素）的計(jì)算邏輯：

橫坐標(biāo)系數(shù)據(jù) x1、x2、width只要出現(xiàn)任意2個(gè)就能算出另外1個(gè)

x_center如果出現(xiàn)，則可以計(jì)算出x1和x2

如果 x1、x2、width只出現(xiàn)1個(gè)或者都未出現(xiàn)，則x1、x2其中未出現(xiàn)的則取原剪輯的左上角或右下角的橫坐標(biāo)，因此單獨(dú)出現(xiàn)width沒有意義

以上計(jì)算過程是有順序的，只有前面的不滿足才會(huì)執(zhí)行后面的?？v坐標(biāo)系數(shù)據(jù)同樣如此。

4.3、write_gif方法

write_gif將剪輯轉(zhuǎn)換成gif動(dòng)畫輸出到文件中，調(diào)用語法：

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')

參數(shù)說明如下：

 program：用于轉(zhuǎn)換的軟件，可以是“imageio”（這將通過imageio使用FreeImage庫），或者是“ImageMagick”，或者是“ffmpeg”

 opt：應(yīng)用優(yōu)化的選項(xiàng)，如果program參數(shù)是’imageio’，opt必須是’wu’（Wu）或“nq”（Neuquant），。如果program=‘ImageMagick’，opt可以是“optimizeplus”或“OptimizeTransparency”

 fuzz：僅當(dāng)program='ImageMagick’時(shí)需要，通過考慮小于fuzz%的顏色差異實(shí)際上是相同的來壓縮GIF文件大小

 loop：表示GIF文件播放時(shí)循環(huán)播放多少次，如果為0就一直不停地播放，否則播放設(shè)定次數(shù)后就停止，該參數(shù)由GIF文件頭控制

 dispose：表示播放動(dòng)畫時(shí)渲染當(dāng)前幀時(shí)，如何處理前一幀，該參數(shù)由GIF文件頭控制，moviepy沒有說明該參數(shù)怎么使用，缺省值為False，老猿查閱了相關(guān)資料，才基本確認(rèn)該參數(shù)的作用，但GIF中該控制參數(shù)有四個(gè)取值，不知道是否都支持，取值及含義如下：

為0表示繪制一個(gè)完整大小的、不透明的GIF幀來替換上一幀，就算連續(xù)的兩幀只在局部上有細(xì)微的差異，每一幀依然是完整獨(dú)立的繪制

為1表示未被當(dāng)前幀覆蓋的前一幀像素將繼續(xù)顯示，這種方式常用于對GIF動(dòng)畫進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)前幀只需在上一幀的基礎(chǔ)上做局部刷新，上一幀中沒有被當(dāng)前幀覆蓋的像素區(qū)域?qū)⒗^續(xù)展示。這種方式既能節(jié)省內(nèi)存，也能提高解碼速度

為2 表示繪制當(dāng)前幀之前，會(huì)先把前一幀的繪制區(qū)域恢復(fù)成背景色，這種方式常用于優(yōu)化很多幀背景相同的情況，上一幀的背景色能通過當(dāng)前幀的透明區(qū)域顯示

為3表示繪制當(dāng)前幀時(shí)，會(huì)先恢復(fù)到最近一個(gè)設(shè)置為False或1的幀，然后再將當(dāng)前幀疊加到上面，這種方式性能比較差，已經(jīng)被慢慢廢棄

 colors：關(guān)于這個(gè)參數(shù)moviepy沒有說明，老猿將該值設(shè)置為一個(gè)比較大的值，結(jié)果報(bào)錯(cuò)“ValueError: GIF quantize param must be 2…256”，最后查閱資料確認(rèn)該參數(shù)表示色彩量化使用的調(diào)色板索引，取值為2到256。GIF最高支持8位256色，那么如果原圖是真彩色的，則在生成最終效果圖時(shí)，就涉及到真彩色到256的降色。真彩色是24位的，有2的24種顏色，每個(gè)像素用3個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)一個(gè)顏色，R、G、B各占一個(gè)字節(jié)，而256色每個(gè)像素只用一個(gè)字節(jié)從調(diào)色板中索引一種顏色，調(diào)色板最多有256種顏色。將2^24種顏色降為256種顏色，降色的過程被稱為色彩量化。色彩量化過程分兩步：1、根據(jù)圖片定制調(diào)色板；2、遍歷像素，對于每一個(gè)像素，從調(diào)色板中找最接近的顏色，記錄該顏色索引。關(guān)于調(diào)色板請參考《調(diào)色板詳解》

 tempfiles：將每個(gè)幀寫入一個(gè)文件，而不是將它們傳遞到RAM中。在內(nèi)存很少的計(jì)算機(jī)上很有用，只能與ImageMagick或ffmpeg一起使用。

五、小結(jié)

本文介紹了使用Python+Moviepy三行代碼實(shí)現(xiàn)MP4視頻文件轉(zhuǎn)gif動(dòng)畫，并介紹了相關(guān)處理的關(guān)鍵函數(shù)及語法，實(shí)際上所有FFmpeg格式的視頻文件Moviepy都能處理。

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