4000 FPS 视频

简介

4000 FPS（Frames Per Second，每秒帧数）是指视频播放时每秒展示的图片帧数，常常用于高速摄影、慢动作视频、动画制作等领域。越高的帧率意味着更加流畅的视频画面，尤其是在快速移动或者高动态范围的场景下可以更好地还原真实的情况。

在程序员领域，高帧率的视频也经常应用于实时跟踪、机器人控制、虚拟现实、游戏等方面。

如何实现4000 FPS视频？

实现4000 FPS视频需要硬件设施进行支持。通常的摄像机、摄像头等设备都不支持达到这样的帧率。需要使用一些专业的高速相机、工业相机等来实现。这些摄像机设备有着更高的拍摄速度和更多的内存缓冲区，能够存储更多的图像帧。

在软件开发方面，我们可以使用视频编解码库来对高速视频进行编码、解码处理。常用的编解码库有FFmpeg、OpenCV等。其中，FFmpeg是一个很强大的跨平台开源视频处理工具，它支持多种解码器和编码器，可以处理包括高速视频、3D视频、VR视频等多种格式的视频。

使用FFmpeg编写程序时，可以采用以下几种代码片段：

C语言

#include <libavutil/opt.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#include <libavutil/file.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libswscale/swscale.h>

int main(int argc, char **argv)
{
   AVFormatContext *format_ctx = NULL;
   AVStream *video_st = NULL;
   AVCodecParameters *video_param = NULL;
   AVCodec *video_codec = NULL;
   AVCodecContext *video_ctx = NULL;
   AVFrame *frame = NULL;
   AVPacket *packet = NULL;
   SwsContext *sws_ctx = NULL;

   av_register_all();
   avformat_open_input(&format_ctx, "input.mp4", NULL, NULL);
   avformat_find_stream_info(format_ctx, NULL);
   for (int i = 0; i < format_ctx->nb_streams; i++) {
       if (format_ctx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
           video_st = format_ctx->streams[i];
           video_param = video_st->codecpar;
           video_codec = avcodec_find_decoder(video_param->codec_id);
           if (!video_codec) {
               return -1;
           }
           video_ctx = avcodec_alloc_context3(video_codec);
           avcodec_parameters_to_context(video_ctx, video_param);
           avcodec_open2(video_ctx, video_codec, NULL);
           frame = av_frame_alloc();
           packet = av_packet_alloc();
           sws_ctx = sws_getContext(video_ctx->width, video_ctx->height, video_ctx->pix_fmt,
                                    video_ctx->width, video_ctx->height, AV_PIX_FMT_RGB24,
                                    SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);
           while (av_read_frame(format_ctx, packet) >= 0) {
               if (packet->stream_index == video_st->index) {
                   int ret = avcodec_send_packet(video_ctx, packet);
                   if (ret < 0) {
                       return -1;
                   }
                   while (ret >= 0) {
                       ret = avcodec_receive_frame(video_ctx, frame);
                       if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) {
                           break;
                       } else if (ret < 0) {
                           return -1;
                       }
                       uint8_t *out_data[1];
                       int out_linesize[1];
                       av_image_alloc(out_data, out_linesize, video_ctx->width, video_ctx->height, AV_PIX_FMT_RGB24, 1);
                       sws_scale(sws_ctx, (const uint8_t *const *)frame->data, frame->linesize, 0,
                                 video_ctx->height, out_data, out_linesize);
                       av_image_copy_to_buffer(NULL, 0, out_data, out_linesize, AV_PIX_FMT_RGB24, video_ctx->width, video_ctx->height, 1);
                       // Display or store the frame.
                       av_freep(&out_data[0]);
                   }
               }
               av_packet_unref(packet);
           }
           sws_freeContext(sws_ctx);
           av_frame_free(&frame);
           avcodec_free_context(&video_ctx);
           avformat_close_input(&format_ctx);
           return 0;
       }
   }
   return -1;
}

Python语言

import av
import numpy as np
import cv2

container = av.open('input.mp4')
video_stream = next(s for s in container.streams if s.type == 'video')

for packet in container.demux(video_stream):
       for frame in packet.decode():
           image = frame.to_image()
           image = cv2.cvtColor(np.array(image), cv2.COLOR_RGB2BGR)
           # Display or store the frame.

结语

高帧率的视频处理需要硬件和软件的配合，才能达到更快的速度和更好的效果。在使用时，应选择合适的硬件设施和编解码库，并进行适当的优化，以达到最优的效果。