MoviePy（Python音视频开发）-编程知识

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。
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

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。
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。

H.264和H.265视频压缩算法

在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

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）。
帧内压缩(intra compress)：类似JPEG这种有损压缩，减少空间冗余。
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）。

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。

B帧（双向预测帧）：利用前后两帧来预测出的帧。

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。
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。
在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

ImageFlieClip

在这里插入图片描述

ColorClip

在这里插入图片描述

TextClip

在这里插入图片描述

CompositeVideoClip

在这里插入图片描述

AudioFlieClip

在这里插入图片描述

CompositeAudioClip

在这里插入图片描述

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)