Python教程：竟然用Python实现了电视里的5毛特效
前段时间接触了一个批量抠图的模型库，而后在一些视频中找到灵感，觉得应该可以通过抠图的方式，给视频换一个不同的场景，于是就有了今天的文章。
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我们先看看能实现什么效果，先来个正常版的，先看看原场景：
下面是我们切换场景后的样子：
看起来效果还是不错的，有了这个我们就可以随意切换场景，坟头蹦迪不是梦。另外，我们再来看看另外一种效果，相比之下要狂放许多：
实现步骤
我们都知道，视频是由一帧一帧的画面组成的，每一帧都是一张图片，我们要实现对视频的修改就需要对视频中每一帧画面进行修改。所以在最开始，我们需要获取视频每一帧画面。
在我们获取帧之后，需要抠取画面中的人物。
抠取人物之后，就需要读取我们的场景图片了，在上面的例子中背景都是静态的，所以我们只需要读取一次场景。在读取场景之后我们切换每一帧画面的场景，并写入新的视频。
这时候我们只是生成了一个视频，我们还需要添加音频。而音频就是我们的原视频中的音频，我们读取音频，并给新视频设置音频就好了。
具体步骤如下：
- 读取视频，获取每一帧画面
- 批量抠图
- 读取场景图片
- 对每一帧画面进行场景切换
- 写入视频
- 读取原视频的音频
- 给新视频设置音频
因为上面的步骤还是比较耗时的，所以在视频完成后通过邮箱发送通知，告诉我视频制作完成。
模块安装
我们需要使用到的模块主要有如下几个：
pillow
opencv
moviepy
paddlehub我们都可以直接用pip安装：
pip install pillow
pip install opencv-python
pip install moviepy其中OpenCV有一些适配问题，建议选取3.0以上版本。
在我们使用paddlehub之前，我们需要安装paddlepaddle：具体安装步骤可以参见官网。用paddlehub抠图参考：别再自己抠图了，Python用5行代码实现批量抠图。我们这里直接用pip安装cpu版本的：
# 安装paddlepaddle
python -m pip install paddlepaddle -i https://mirror.baidu.com/pypi/simple
# 安装paddlehub
pip install -i https://mirror.baidu.com/pypi/simple paddlehub有了这些准备工作就可以开始我们功能的实现了。
具体实现
我们导入如下包：
import cv2 # opencv
import mail # 自定义包，用于发邮件
import math
import numpy as np
from PIL import Image # pillow
import paddlehub as hub
from moviepy.editor import *其中Pillow和opencv导入的名称不太一样，还有就是我自定义的mail模块。另外我们还要先准备一些路径：
# 当前项目根目录，系统自动获取当前目录
BASE_DIR = os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), "."))
# 每一帧画面保存的地址
frame_path = BASE_DIR + '\\frames\\'
# 抠好的图片位置
humanseg_path = BASE_DIR + '\\humanseg_output\\'
# 最终视频的保存路径
output_video = BASE_DIR + '\\result.mp4'接下来我们按照上面说的步骤一个一个实现。
（1）读取视频，获取每一帧画面
在OpenCV中提供了读取帧的函数，我们只需要使用VideoCapture类读取视频，然后调用read函数读取帧，read方法返回两个参数，ret为是否有下一帧，frame为当前帧的ndarray对象。完整代码如下：
def getFrame(video_name, save_path):
"""
读取视频将视频逐帧保存为图片，并返回视频的分辨率size和帧率fps
:param video_name: 视频的名称
:param save_path: 保存的路径
:return: fps帧率，size分辨率
"""
# 读取视频
video = cv2.VideoCapture(video_name)
# 获取视频帧率
fps = video.get(cv2.CAP_PROP_FPS)
# 获取画面大小
width = int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))
height = int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))
size = (width, height)
# 获取帧数，用于给图片命名
frame_num = str(video.get(7))
name = int(math.pow(10, len(frame_num)))
# 读取帧，ret为是否还有下一帧，frame为当前帧的ndarray对象
ret, frame = video.read()
while ret:
cv2.imwrite(save_path + str(name) + '.jpg', frame)
ret, frame = video.read()
name += 1
video.release()
return fps, size在标处，我获取了帧的总数，然后通过如下公式获取比帧数大的整十整百的数：
frame_name = math.pow(10, len(frame_num))
这样做是为了让画面逐帧排序，这样读取的时候就不会乱。另外我们获取了视频的帧率和分辨率，这两个参数在我们创建视频时需要用到。这里需要注意的是opencv3.0以下版本获取帧率和画面大小的写法有些许差别。
（2）批量抠图
批量抠图需要用到paddlehub中的模型库，代码很简单，这里就不多说了：
def getHumanseg(frames):
"""
对帧图片进行批量抠图
:param frames: 帧的路径
:return:
"""
# 加载模型库
humanseg = hub.Module(name='deeplabv3p_xception65_humanseg')
# 准备文件列表
files = [frames + i for i in os.listdir(frames)]
# 抠图
humanseg.segmentation(data={'image': files})我们执行上面函数后会在项目下生成一个humanseg_output目录，抠好的图片就在里面。
（3）读取场景图片
这也是简单的图片读取，我们使用pillow中的Image对象：
def readBg(bgname, size):
"""
读取背景图片，并修改尺寸
:param bgname: 背景图片名称
:param size: 视频分辨率
:return: Image对象
"""
im = Image.open(bgname)
return im.resize(size)这里的返回的对象并非ndarray对象，而是Pillow中定义的类对象。
（4）对每一帧画面进行场景切换
简单来说就是将抠好的图片和背景图片合并，我们知道抠好的图片都在humanseg_output目录，这也就是为什么最开始要准备相应的变量存储该目录的原因：
def setImageBg(humanseg, bg_im):
"""
将抠好的图和背景图片合并
:param humanseg: 抠好的图
:param bg_im: 背景图片，这里和readBg()函数返回的类型一样
:return: 合成图的ndarray对象
"""
# 读取透明图片
im = Image.open(humanseg)
# 分离色道
r, g, b, a = im.split()
# 复制背景，以免源背景被修改
bg_im = bg_im.copy()
# 合并图片
bg_im.paste(im, (0, 0), mask=a)
return np.array(bg_im.convert('RGB'))[:, :, ::-1]在标处，我们复制了背景，如果少了这一步的话，生成的就是我们上面的“千手观音效果”了。
其它步骤都很好理解，只有返回值比较长，我们来详细看一下：
# 将合成图转换成RGB，这样A通道就没了
bg_im = bg_im.convert('RGB')
# 将Image对象转换成ndarray对象，方便opencv读取
im_array = np.array(bg_im)
# 此时im_array为rgb模式，而OpenCV为bgr模式，我们通过下面语句将rgb转换成bgr
bgr_im_array = im_array[:, :, ::-1]最后bgr_im_array就是我们最终的返回结果。
（5）写入视频
为了节约空间，我并非等将写入图片放在合并场景后面，而是边合并场景边写入视频：
def writeVideo(humanseg, bg_im, fps, size):
"""
:param humanseg: png图片的路径
:param bgname: 背景图片
:param fps: 帧率
:param size: 分辨率
:return:
"""
# 写入视频
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'mp4v')
out = cv2.VideoWriter('green.mp4', fourcc, fps, size)
# 将每一帧设置背景
files = [humanseg + i for i in os.listdir(humanseg)]
for file in files:
# 循环合并图片
im_array = setImageBg(file, bg_im)
# 逐帧写入视频
out.write(im_array)
out.release()上面的代码也非常简单，执行完成后项目下会生成一个green.mp4，这是一个没有音频的视频，后面就需要我们获取音频然后混流了。
（6）读取原视频的音频
因为在opencv中没找到音频相关的处理，所以选用moviepy，使用起来也非常方便：
def getMusic(video_name):
"""
获取指定视频的音频
:param video_name: 视频名称
:return: 音频对象
"""
# 读取视频文件
video = VideoFileClip(video_name)
# 返回音频
return video.audio然后就是混流了。
（7）给新视频设置音频
这里同样使用moviepy，传入视频名称和音频对象进行混流：
def addMusic(video_name, audio):
"""实现混流，给video_name添加音频"""
# 读取视频
video = VideoFileClip(video_name)
# 设置视频的音频
video = video.set_audio(audio)
# 保存新的视频文件
video.write_videofile(output_video)其中output_video是我们在最开始定义的变量。
（8）删除过渡文件
在我们生产视频时，会产生许多过渡文件，在视频合成后我们将它们删除：
def deleteTransitionalFiles():
"""删除过渡文件"""
frames = [frame_path + i for i in os.listdir(frame_path)]
humansegs = [humanseg_path + i for i in os.listdir(humanseg_path)]
for frame in frames:
os.remove(frame)
for humanseg in humansegs:
os.remove(humanseg)最后就是将整个流程整合一下。
（8）整合
我们将上面完整的流程合并成一个函数：
def changeVideoScene(video_name, bgname):
"""
:param video_name: 视频的文件
:param bgname: 背景图片
:return:
"""
# 读取视频中每一帧画面
fps, size = getFrame(video_name, frame_path)
# 批量抠图
getHumanseg(frame_path)
# 读取背景图片
bg_im = readBg(bgname, size)
# 将画面一帧帧写入视频
writeVideo(humanseg_path, bg_im, fps, size)
# 混流
addMusic('green.mp4', getMusic(video_name))
# 删除过渡文件
deleteTransitionalFiles()（9）在main中调用
我们可以把前面定义的路径也放进了：
if __name__ == '__main__':
# 当前项目根目录
BASE_DIR = os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), "."))
# 每一帧画面保存的地址
frame_path = BASE_DIR + '\\frames\\'
# 抠好的图片位置
humanseg_path = BASE_DIR + '\\humanseg_output\\'
# 最终视频的保存路径
output_video = BASE_DIR + '\\result.mp4'
if not os.path.exists(frame_path):
os.makedirs(frame_path)
try:
# 调用函数制作视频
changeVideoScene('jljt.mp4', 'bg.jpg')
# 当制作完成发送邮箱
mail.sendMail('你的视频已经制作完成')
except Exception as e:
# 当发生错误，发送错误信息
mail.sendMail('在制作过程中遇到了问题' + e.__str__())这样我们就完成了完整的流程。
发送邮件
邮件的发送又是属于另外的内容了，我定义了一个mail.py文件，具体代码如下：
import smtplib
from email.mime.text import MIMEText
from email.mime.multipart import MIMEMultipart # 一封邮件
def sendMail(msg):
#
sender = '发件人'
to_list = [
'收件人'
]
subject = '视频制作情况'
# 创建邮箱
em = MIMEMultipart()
em['subject'] = subject
em['From'] = sender
em['To'] = ",".join(to_list)
# 邮件的内容
content = MIMEText(msg)
em.attach(content)
# 发送邮件
# 1、连接服务器
smtp = smtplib.SMTP()
smtp.connect('smtp.163.com')
# 2、登录
smtp.login(sender, '你的密码或者授权码')
# 3、发邮件
smtp.send_message(em)
# 4、关闭连接
smtp.close()里面的邮箱我是直接写死了，大家可以自由发挥。为了方便，推荐发件人使用163邮箱，收件人使用QQ邮箱。另外在登录的时候直接使用密码比较方便，但是有安全隐患。
总结
老实说上述程序的效率非常低，不仅占空间，而且耗时也比较长。在最开始我切换场景选择的是遍历图片每一个像素，而后找到了更加高效的方式取代了。但是帧画面的保存，和png图片的存储都很耗费空间。
另外程序设计还是有许多不合理的地方，像是ndarray对象和Image的区分度不高，另外有些函数选择传入路径，而有些函数选择传入文件对象也很容易让人糊涂。
最后说一下，我们用上面的方式不仅可以做静态的场景切换，还可以做动态的场景切换，这样我们就可以制作更加丰富的视频。当然，效率依旧是个问题！
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