FFmpeg视频处理工具 - PASSWORD PLAYER

2023-3-19|2023-3-19
骏龙
骏龙
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软件
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https://pwplayer.com/zh-cn/posts/ffmpeg-note/
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FFmpeg是一个开源多媒体处理工具，小小的可执行文件却有着强大的功能，因为是命令行工具，所以很适合用来做为视频批量处理、视频压缩使用。
ffmpeg下载使用很简单，Linux几乎都能通过包管理器直接安装安装ffmpeg，而Windows则可以去官网下载。
官方下载地址：https://ffmpeg.org/download.html
FFmpeg支持的所有格式
既然支持这么多格式，那么通常能用来做什么呢？下面就附上我个人所收集到的FFmpeg的命令。

基本用法

ffmpeg -i "input.mp4" "output.mp4"
使用-i来选择输入文件input.mp4，然后输出到output.mp4。默认情况下ffmpeg会使用一个“最合适”的参数进行音视频的压缩。输出的扩展名是mp4的话 视频编码器默认使用libx264 音频使用libfdk_aac，视频尺寸、帧数等等保持原样，输出的文件通常会比原文件更小，ffmpeg会使用CRF质量23进行编码，23算是比较佳的质量所以输出的文件肉眼查看画质区分不大 除了个别低分辨率高码率的视频转换后会看出画质的降低。

转换音视频

编解码器

ffmpeg的参数加在不同的地方有不同的作用，在一个输入文件的前面是输入的解码器的选项，而在输出文件的前面则是设定输出的编码器的选项。比如”-r 30”参数能够设定帧数为30，则：
ffmpeg -r 30 -i "intput.mp4" -r 25 "output.mp4"
表示将输入文件解码为30帧，编码输出为25帧的mp4。

通用选项

-r <视频帧数>（23.976、24、25、30、60等）
-ar <音频采样率> （44100、48000等）
-f <容器格式> （flv、mp4、webm、mkv等）
-c <编/解码器> （所有流的编/解码器，包括音视频流，有copy libx264 libfdk_aac等）
-c:v <视频编/解码器> （copy、libx264、libx265、libvpx、libvpx-vp9等）
-c:a <音频编/解码器> （copy、libfdk_aac、libopus、libvorbis等）
-b:v <视频比特率> （1000k、2M等，要加单位）
-b:a <音频比特率> （128k、192k、320k等，要加单位）
-vf <视频效果> （可以旋转视频、改变亮度对比度等）
-af <音频效果> （可以改变音量等）
-an （消除音频，只提取视频时使用，无后续参数）
-vn （消除视频，只提取音频时使用，无后续参数）
-ss <开始裁剪的时间点> （裁剪视频片段使用，设定裁剪开始的时间，单位为秒，或者为 HH:MM:SS）
-to <裁剪结束的时间点> （设定裁剪持续的时间。单位为秒，或者为 HH:MM:SS）

H.264/AVC编码

ffmpeg官方的H.264指南：https://trac.ffmpeg.org/wiki/Encode/H.264
ffmpeg使用libx264来编解码H.264流。H.264编码时通常会使用两种模式，CRF和ABR的模式
  1. Constant Rate Factor（恒定速率因子/CRF）：注重视频质量，在保持目标质量的情况下动态改变比特率，通过单次编码就可得出最佳的压缩效率。通过-crf参数指定质量，质量取值 0-51，数字越大质量越差。17-18被认为是视觉无损，20-28是常用取值，30以后通常会得出肉眼可见的质量损失。
  1. Average bitrate / Two-Pass ABR（平均比特率/两步平均比特率）：注重最终输出的比特率大小，在保持固定的平均比特率的情况下，改变视频的质量。通过-b:v参数设定比特率，参数取值即为比特率，如2000k。通常效果会比CRF渣，只适合特定场景使用，比如视频直播使用平均比特率能够保持稳定，保持即时性，因为ABR的比特率只有小幅波动。单次平均平特率可用于低延迟，而两次平均比特率可用于更加精确的码率控制。

Constant Rate Factor

1.选择CRF的值

使用 -crf <质量数字> 来指定CRF的质量。CRF值的范围是0-51，数字越大质量越差。其中0是数据无损的，17-18被认为是视觉无损的，20-28是常用取值，23是默认值，30以后通常会得出肉眼可见的质量损失。

2.选择编码预设

使用 -preset <配置名称> 来指定编码预设，在CRF质量固定的情况下，越慢的预设得出的比特率、文件体积越小。默认值为medium。
  • ultrafast
  • superfast
  • veryfast
  • faster
  • fast
  • medium
  • slow
  • slower
  • veryslow
  • placebo
值得注意的是，压缩收益是递减的：placebo相比veryslow相比有助于只有约1％的压缩收益，但却会花费比veryslow多上很多的时间。veryslow相比slower有助于约3％的收益，slower相比slow有约5％的收益，而slow相比medium则会有约5-10％的收益。

3.选择视频调谐（可选项）

使用 -tune <视频特点> 来选择一组调谐，可以不使用这组选项，不使用会采用普通方式进行调谐。不过如果有符合调谐的视频特点，使用专门的调谐会得出更好的质量。
  • film – 用于高质量的电影内容; 低区块分割
  • animation – 适合动画; 使用更高的区块分割和更多的参考帧
  • grain – 保留颗粒、杂色的颗粒结构
  • stillimage – 适用于静态、幻灯片式内容
  • fastdecode – 通过禁用某些过滤器实现更快的解码
  • zerolatency – 适用于快速编码和低延迟视频流
  • psnr – 忽略它，因为它仅用于编解码器开发
  • ssim – 忽略它，因为它仅用于编解码器开发
例如，如果输入是二次元动画，则使用animation调谐，或者如果要保留胶片中的颗粒，则使用grain调谐。不一定是严格的，比如在录制PC教程的时候，画面中大部分是固定的画面，这时候也可以使用animation调谐。stillimage只适合全屏都是静态图片的图片视频内容使用。

4.选择Profile（可选项）

还有两个ffmpeg不推荐的可选设置是-profile:v 和 -level ，它将输出限制为特定的H.264配置文件。但除非目标设备仅支持某个配置文件，否则请忽略此项（参阅兼容性），因为使用低的Profile会大幅削弱质量或者压缩比。目前的配置文件有： baseline, main, high, high10, high422, high444 。
兼容性（引用官方说明）

5.H.264保持质量转码示例

将.avi的二次元动画转换成压缩比较好的mp4：
ffmpeg -i anime.avi -c:v libx264 -crf 24 -preset slow -tune animation anime_h264.mp4
将序号01-50的图片序列转为每10秒更换一张图片的幻灯片mp4视频：
ffmpeg -r 0.1  -i %2d.jpg -r 24 -crf 24 -preset slow -tune stillimage -s 800x800 Movie.mp4
上面输入图片序列的 -r 使用了小于1的小数，这在ffmpeg是允许的。帧数的意思是每秒的画面张数，如果是解码使用，小于1的帧数则是相当于每张图片播放1秒以上。输入帧数0.1，输出帧数24，意思是解码器把每帧画面（每张图片）看做占用了10秒，并且编码器再把每一秒输出成24帧。

Average bitrate / Two-Pass ABR

1.计算想要的比特率

使用到固定的比特率通常目的是为了控制输出的文件大小，我们可以从目标文件大小推算出所需要的比特率。
计算公式：
(目标视频大小单位MB × 8192)  ÷ 视频秒数 = 文件总比特率kB/s
文件总比特率 - 音频比特率 = 视频比特率
例如，想要把一个5分钟（300秒）的视频，控制文件大小在20MB，已知码率音频为96k：
（20 × 8192)  ÷ 300 = 546
546 - 96 = 450
所以450K/s就是我们需要的视频比特率。

2.运行一次或两次编码

直接设定 -b:v <视频比特率> 即可，如：
ffmpeg -i input.mp4 -b:v 450k -c:a copy output.mp4
需要运行ffmpeg命令两次，两次使用相同的设置，除了：
  • 在第1和第2遍中，分别使用-pass 1和-pass 2选项。
  • 在第1遍中，输出到空文件描述符，而不是实际文件，这将生成第二次所需的日志。可加-y忽略覆盖请求。
  • 在第1遍中，需要指定一个输出格式（使用-f），该输出格式与您在第2遍中使用的输出格式相匹配。
  • 在第1遍中，可以通过指定-an来忽略音频。
Linux：
ffmpeg -y -i input.mp4  -b:v 450k -pass 1 -an -f mp4 /dev/null && \
ffmpeg -i input.mp4 -b:v 450k -pass 2 -c:a copy output.mp4
Windows（CMD）：
ffmpeg -y -i input.mp4 -b:v 450k -pass 1 -an -f mp4 NUL && ^
ffmpeg -i input.mp4 -b:v 450k -pass 2 -c:a copy output.mp4
Windows（Powershell）：
ffmpeg -y -i input.mp4  -b:v 450k -pass 1 -an -f mp4 NUL ; `
ffmpeg -i input.mp4  -b:v 450k -pass 2  -c:a copy output.mp4
根据博主的个人经验，想设定ABR平均比特率的输出效果会很差。码率设定低时，复杂画面时画质损毁、只有平缓的画面是清晰的。而码率设定高时，不需要高码率的画面会被浪费空间。所以一般情况下还是用CRF才能让视频压缩充分得到利用。

HEVC/H.265编码

在H.264之后的更新版本是HEVC/H.265，全称High Efficiency Video Coding（高效率视频编码）。其能在更低码率的情况下达到同样于H.264的画质。
Google推出VP8的更新版VP9，HEVC和VP9都是比H.264压缩比更高的视频编码。从编码的角度来看，HEVC在编码速度明显胜出，且HEVC目前能在更多设备硬件加速编码、解码。不过从博主测试来看，HEVC视频在Chrome、Firefox浏览器视频播放是黑屏的，可能是由于版权费用问题并没有普及到网络视频，所以网络视频想要比H.264更高的压缩比目前只能用VP9(WebM)了。
ffmpeg使用libx265来编解码HEVC流，因为HEVC扩展名和容器和H.264一样都是mp4，所以使用HEVC时，注意记得加上 -c:v libx265，因为默认是libx264。
HEVC和H.264一样都有CRF和ABR的模式。

Constant Rate Factor

1.选择CRF的值

和H.264一样，HEVC也使用 -crf <质量数字> 来指定CRF的质量。CRF值的范围是0-51，默认值28。和H.264都是数字越大质量越差，不一样的是HEVC只需要28就可以相当于H.264的23质量的效果，所以相同质量的情况下体积更小。

2.选择编码预设

使用 -preset <配置名称> 来指定编码预设，在CRF质量固定的情况下，越慢的预设得出的比特率、文件体积越小。默认值为medium。
  • ultrafast
  • superfast
  • veryfast
  • faster
  • fast
  • medium
  • slow
  • slower
  • veryslow
  • placebo
和H.264一样，压缩收益是递减的，越慢收益指数越低。

3.选择视频调谐（可选项）

使用 -tune <视频特点> 来选择一组调谐，不过目前实现的选项只有4个。
  • fastdecode – 通过禁用某些过滤器实现更快的解码
  • zerolatency – 适用于快速编码和低延迟视频流
  • psnr – 忽略它，因为它仅用于编解码器开发
  • ssim – 忽略它，因为它仅用于编解码器开发

4.HEVC保持质量转码示例

将.avi转换成压缩比较好的HEVC-mp4：
ffmpeg -i anime.avi -c:v libx265 -crf 30 -preset slow anime_hevc.mp4

ABR / Two-Pass ABR

和H.264基本一致，不同的是需要把 -pass 1 改为 -x265-params pass=1 。把 -pass 2 改为 -x265-params pass=2。
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx265 -b:v 2600k output.mp4
Linux：
ffmpeg -y -i input -c:v libx265 -b:v 2600k -x265-params pass=1 -an -f mp4 /dev/null && \
ffmpeg -i input -c:v libx265 -b:v 2600k -x265-params pass=2 -c:a aac -b:a 128k output.mp4

VP9编码/WebM格式

VP9是Google推出的视频编码器，容器格式使用了MKV，但后缀不使用MKV而是改为了WebM。WebM的音频编码使用Opus或者Vorbis，在ffmpeg可通过-c:a libopus或者 -c:a libvorbis使用。
视频VP8/VP9 + 音频Opus/Vorbis + 容器MKV = WebM
VP9和HEVC一样都是比H.264更高压缩比的视频编码器，但VP9是开放的，免版税的媒体编码器。这使得在使用上更加的开放，但也因为免费，推广力度不大，目前大面积使用WebM的只有Google的YouTube。
在视频编码方面，耗时较长，且没有像H.264/HEVC那么”傻瓜”的单次CRF模式，偏好两步编码，导致编码难度较大。
根据ffmpeg文档，VP9基本要在两次编码的情况下才能获得比较好的效果，所以文本只贴出两次编码的方法。
主要参数：
-c:v libvpx-vp9 使用VP9软件编码器对视频进行编码。
-b:v 1000K 以1000 KB为目标对视频进行编码。
-c:a libopus 使用Opus音频编码器
-b:a 64k 以64 KB的目标音频编码。
-tile-columns 6 -frame-parallel 1当前的大多数VP9解码器都使用基于图块的多线程解码。为了使解码器能够利用多个内核，编码器必须设置tile-columns和frame-parallel。
-auto-alt-ref 1 -lag-in-frames 25设置-auto-alt-ref 1和-lag-in-frames> = 12将打开VP9的alt-ref帧，这是一个VP9功能，可以提高质量。
-pass 1 -speed 4第一遍告诉VP9快速编码，从而牺牲质量。有助于加快第一遍。
-pass 2 -speed 1第二遍使用-speed 1是速度与质量之间的妥协。产生的输出质量通常非常接近-speed 0，但编码速度通常更快。
-threads > 1如果-threads > 1和 -tile-columns > 0，则可以使用多线程编码 。
-crf 30对于VP9，CRF值取值0-63，数值越小越清晰。使用CRF模式时必须设置-b:v 0

两次恒定质量编码

VP9也使用-crf选项来选择一个质量，它的工作方式不等同H.264的CRF，不过在两次编码当中可以当成是类似的，通常使用-crf 30。使用恒定质量必须将-b:v 设置为0。在第1次和第2次中，分别使用-pass 1和-pass 2选项。
Linux：
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 0 -threads 8 -speed 4 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -crf 30 -pass 1 -an -f webm /dev/null && \
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 0 -threads 8 -speed 2 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -auto-alt-ref 1 -lag-in-frames 25 -crf 30 -pass 2 -c:a libopus output.webm
Windows（CMD）：
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 0 -threads 8 -speed 4 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -crf 30 -pass 1 -an -f webm NUL && ^
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 0 -threads 8 -speed 2 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -auto-alt-ref 1 -lag-in-frames 25 -crf 30 -pass 2 -c:a libopus output.webm
Windows（Powershell）：
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 0 -threads 8 -speed 4 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -crf 30 -pass 1 -an -f webm NUL ; `
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 0 -threads 8 -speed 2 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -auto-alt-ref 1 -lag-in-frames 25 -crf 30 -pass 2 -c:a libopus output.webm

两次平均比特率编码

根据文档，因为VP9单次平均比特率编码不具有压缩比，所以VP9使用ABR时基本都需要两次编码。
Linux：
ffmpeg -y -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 2M -pass 1  -threads 8 -speed 4 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -an -f webm /dev/null && \
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 2M -pass 2  -threads 8 -speed 1  -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -auto-alt-ref 1 -lag-in-frames 25 -c:a libopus output.webm
Windows（CMD）：
ffmpeg -y -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 2M -pass 1  -threads 8 -speed 4 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -an -f webm  NUL && ^
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 2M -pass 2  -threads 8 -speed 1  -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -auto-alt-ref 1 -lag-in-frames 25 -c:a libopus output.webm
Windows（Powershell）：
ffmpeg -y -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 2M -pass 1  -threads 8 -speed 4 -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -an -f webm  NUL  ; `
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libvpx-vp9 -b:v 2M -pass 2  -threads 8 -speed 1  -tile-columns 6 -frame-parallel 1 -auto-alt-ref 1 -lag-in-frames 25 -c:a libopus output.webm

视频效果