从 python 生成电影而不将单个帧保存到文件

Question

我想根据我在 matplotlib 中的 python 脚本中生成的帧创建一个 h264 或 divx 电影。这部电影大约有 100k 帧。

在网络上的例子中[例如。 1]，我只见过将每一帧保存为png然后在这些文件上运行mencoder或ffmpeg的方法。就我而言，保存每一帧是不切实际的。有没有办法获取从 matplotlib 生成的绘图并将其直接通过管道传输到 ffmpeg，不生成中间文件？

用 ffmpeg 的 C-api 编程对我来说太难了[例如。 2]。另外，我需要一种具有良好压缩率的编码，例如 x264，否则电影文件对于后续步骤来说太大了。所以坚持使用 mencoder/ffmpeg/x264 会很棒。

有什么可以用管道[3]做的吗？

[1]http://matplotlib.sourceforge.net/examples/animation/movie_demo.html

[2]How does one encode a series of images into H264 using the x264 C API?

[3]http://www.ffmpeg.org/ffmpeg-doc.html#SEC41

Answer 1

修补 ffmpeg 后（请参阅 Joe Kington cmets 到我的问题），我能够将 png 的管道传递到 ffmpeg，如下所示：

import subprocess
import numpy as np
import matplotlib
matplotlib.use('Agg')
import matplotlib.pyplot as plt

outf = 'test.avi'
rate = 1

cmdstring = ('local/bin/ffmpeg',
             '-r', '%d' % rate,
             '-f','image2pipe',
             '-vcodec', 'png',
             '-i', 'pipe:', outf
             )
p = subprocess.Popen(cmdstring, stdin=subprocess.PIPE)

plt.figure()
frames = 10
for i in range(frames):
    plt.imshow(np.random.randn(100,100))
    plt.savefig(p.stdin, format='png')

如果没有patch，它将无法工作，它会简单地修改两个文件并添加libavcodec/png_parser.c。我不得不手动将补丁应用到libavcodec/Makefile。最后，我从Makefile 中删除了“-number”，以便构建手册页。使用编译选项，

FFmpeg version 0.6.1, Copyright (c) 2000-2010 the FFmpeg developers
  built on Nov 30 2010 20:42:02 with gcc 4.2.1 (Apple Inc. build 5664)
  configuration: --prefix=/Users/paul/local_test --enable-gpl --enable-postproc --enable-swscale --enable-libxvid --enable-libx264 --enable-nonfree --mandir=/Users/paul/local_test/share/man --enable-shared --enable-pthreads --disable-indevs --cc=/usr/bin/gcc-4.2 --arch=x86_64 --extra-cflags=-I/opt/local/include --extra-ldflags=-L/opt/local/lib
  libavutil     50.15. 1 / 50.15. 1
  libavcodec    52.72. 2 / 52.72. 2
  libavformat   52.64. 2 / 52.64. 2
  libavdevice   52. 2. 0 / 52. 2. 0
  libswscale     0.11. 0 /  0.11. 0
  libpostproc   51. 2. 0 / 51. 2. 0

Answer 2

这太棒了！我也想做同样的事情。但是，我永远无法使用 MingW32+MSYS+pr 环境在 Vista 中编译修补的 ffmpeg 源代码（0.6.1）... png_parser.c 在编译过程中产生了 Error1。

所以，我想出了一个使用 PIL 的 jpeg 解决方案。只需将您的 ffmpeg.exe 放在与此脚本相同的文件夹中。这应该适用于没有 Windows 下的补丁的 ffmpeg。我不得不使用 stdin.write 方法，而不是在关于子进程的官方文档中推荐的通信方法。请注意，第二个 -vcodec 选项指定编码编解码器。管道由 p.stdin.close() 关闭。

import subprocess
import numpy as np
from PIL import Image

rate = 1
outf = 'test.avi'

cmdstring = ('ffmpeg.exe',
             '-y',
             '-r', '%d' % rate,
             '-f','image2pipe',
             '-vcodec', 'mjpeg',
             '-i', 'pipe:', 
             '-vcodec', 'libxvid',
             outf
             )
p = subprocess.Popen(cmdstring, stdin=subprocess.PIPE, shell=False)

for i in range(10):
    im = Image.fromarray(np.uint8(np.random.randn(100,100)))
    p.stdin.write(im.tostring('jpeg','L'))
    #p.communicate(im.tostring('jpeg','L'))

p.stdin.close()

Answer 3

转换为图像格式非常慢，并且会增加依赖项。在查看了这些页面和其他页面后，我使用 mencoder 使用原始未编码缓冲区来工作（仍然需要 ffmpeg 解决方案）。

详情在：http://vokicodder.blogspot.com/2011/02/numpy-arrays-to-video.html

import subprocess

import numpy as np

class VideoSink(object) :

    def __init__( self, size, filename="output", rate=10, byteorder="bgra" ) :
            self.size = size
            cmdstring  = ('mencoder',
                    '/dev/stdin',
                    '-demuxer', 'rawvideo',
                    '-rawvideo', 'w=%i:h=%i'%size[::-1]+":fps=%i:format=%s"%(rate,byteorder),
                    '-o', filename+'.avi',
                    '-ovc', 'lavc',
                    )
            self.p = subprocess.Popen(cmdstring, stdin=subprocess.PIPE, shell=False)

    def run(self, image) :
            assert image.shape == self.size
            self.p.stdin.write(image.tostring())
    def close(self) :
            self.p.stdin.close()

我得到了一些不错的加速。

Answer 4

这个功能现在（至少从 1.2.0 开始，可能是 1.1）通过 MovieWriter 类和它在 animation 模块中的子类被烘焙到 matplotlib 中。还需要提前安装ffmpeg。

import matplotlib.animation as animation
import numpy as np
from pylab import *


dpi = 100

def ani_frame():
    fig = plt.figure()
    ax = fig.add_subplot(111)
    ax.set_aspect('equal')
    ax.get_xaxis().set_visible(False)
    ax.get_yaxis().set_visible(False)

    im = ax.imshow(rand(300,300),cmap='gray',interpolation='nearest')
    im.set_clim([0,1])
    fig.set_size_inches([5,5])


    tight_layout()


    def update_img(n):
        tmp = rand(300,300)
        im.set_data(tmp)
        return im

    #legend(loc=0)
    ani = animation.FuncAnimation(fig,update_img,300,interval=30)
    writer = animation.writers['ffmpeg'](fps=30)

    ani.save('demo.mp4',writer=writer,dpi=dpi)
    return ani

Documentation for animation

Answer 5

这些都是非常好的答案。这是另一个建议。 @user621442 是正确的，瓶颈通常是图像的写入，因此如果您将 png 文件写入视频压缩器，它会非常慢（即使您通过管道发送它们而不是写入磁盘）。我找到了一个使用纯 ffmpeg 的解决方案，我个人觉得它比 matplotlib.animation 或 mencoder 更易于使用。

另外，就我而言，我只想将图像保存在轴中，而不是保存所有刻度标签、图形标题、图形背景等。基本上我想使用 matplotlib 代码制作电影/动画，但不要让它“看起来像一个图表”。我在此处包含了that code，但如果您愿意，您可以制作标准图表并将它们通过管道传输到 ffmpeg。

import matplotlib.pyplot as plt
import subprocess

# create a figure window that is the exact size of the image
# 400x500 pixels in my case
# don't draw any axis stuff ... thanks to @Joe Kington for this trick
# https://stackoverflow.com/questions/14908576/how-to-remove-frame-from-matplotlib-pyplot-figure-vs-matplotlib-figure-frame
f = plt.figure(frameon=False, figsize=(4, 5), dpi=100)
canvas_width, canvas_height = f.canvas.get_width_height()
ax = f.add_axes([0, 0, 1, 1])
ax.axis('off')

def update(frame):
    # your matplotlib code goes here

# Open an ffmpeg process
outf = 'ffmpeg.mp4'
cmdstring = ('ffmpeg', 
    '-y', '-r', '30', # overwrite, 30fps
    '-s', '%dx%d' % (canvas_width, canvas_height), # size of image string
    '-pix_fmt', 'argb', # format
    '-f', 'rawvideo',  '-i', '-', # tell ffmpeg to expect raw video from the pipe
    '-vcodec', 'mpeg4', outf) # output encoding
p = subprocess.Popen(cmdstring, stdin=subprocess.PIPE)

# Draw 1000 frames and write to the pipe
for frame in range(1000):
    # draw the frame
    update(frame)
    plt.draw()

    # extract the image as an ARGB string
    string = f.canvas.tostring_argb()

    # write to pipe
    p.stdin.write(string)

# Finish up
p.communicate()

Answer 6

这是@tacaswell 答案的修改版本。修改如下：

1. 不需要pylab 依赖项
2. 修复几个地方 s.t.这个函数可以直接运行。 （原来的不能直接复制粘贴运行，要修复好几个地方。）

非常感谢@tacaswell 的精彩回答！！！

def ani_frame():
    def gen_frame():
        return np.random.rand(300, 300)

    fig = plt.figure()
    ax = fig.add_subplot(111)
    ax.set_aspect('equal')
    ax.get_xaxis().set_visible(False)
    ax.get_yaxis().set_visible(False)

    im = ax.imshow(gen_frame(), cmap='gray', interpolation='nearest')
    im.set_clim([0, 1])
    fig.set_size_inches([5, 5])

    plt.tight_layout()

    def update_img(n):
        tmp = gen_frame()
        im.set_data(tmp)
        return im

    # legend(loc=0)
    ani = animation.FuncAnimation(fig, update_img, 300, interval=30)
    writer = animation.writers['ffmpeg'](fps=30)

    ani.save('demo.mp4', writer=writer, dpi=72)
    return ani