moviepy音视频剪辑：颜色相关变换函数blackwhite、colorx、fadein/out、gamma_corr、invert_colors、lum_contrast、mask

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一、引言

在《moviepy音视频剪辑：moviepy中的剪辑基类Clip详解》介绍了剪辑基类的fl、fl_time、fx方法，在《moviepy音视频剪辑：视频剪辑基类VideoClip的属性及方法详解》介绍了fl_image和subfx方法，在《Python+moviepy音视频剪辑：视频帧数据的本质、Clip的fl方法进行变换处理的原理以及滚屏案例》及《moviepy音视频剪辑：使用fl_time进行诸如快播、慢播、倒序播放等时间特效处理的原理和可能遇到的坑》分别介绍了fl和fl_time进行视频剪辑变换的原理及使用方法。

实际上moviepy所有视频变换的方法都是以Clip的fl方法为基础衍生出来的，最后都会调用到fl方法实施真正的变换，只是变换处理的逻辑由上面方法提供，如fl_time就是针对剪辑的时间线进行变换、fl_image就是针对剪辑的内容进行变换，开发者也可以根据自己的需要实现自己的变换方法。

为了支持一些常规的变换处理，moviepy提供了一系列常用的变换函数，开发者可以直接使用这些方法进行变换，这些函数都在moviepy.video.fx包下，基本上一个函数就是一个文件，在moviepy.editor通过import moviepy.video.fx.all as vfx中将这些函数都加载到了vfx模块下，可以直接通过vfx.函数名方式调用，也可以通过VideoClip类+函数名直接调用，这是因为在moviepy.editor执行录入如下语句：

for method in [

    "afx.audio_fadein",

    "afx.audio_fadeout",

    "afx.audio_normalize",

    "afx.volumex",

    "transfx.crossfadein",

    "transfx.crossfadeout",

    "vfx.crop",

    "vfx.fadein",

    "vfx.fadeout",

    "vfx.invert_colors",

    "vfx.loop",

    "vfx.margin",

    "vfx.mask_and",

    "vfx.mask_or",

    "vfx.resize",

    "vfx.rotate",

    "vfx.speedx",

]:

    exec("VideoClip.%s = %s" % (method.split(".")[1], method))

将这些函数动态赋值给了VideoClip的同名实例变量，但这些实例变量是在moviepy.editor中定义的，因此在VideoClip的派生子类中不能这样使用。

这些函数的调用可以通过Clip的fx方法和VideoClip的subfx方法进行调用，具体调用语法请参考上面介绍的博文内容。

由于变换函数比较多，老猿将其以自己的标准分为了大小变换、时间变换、颜色变换、内容变换四个部分分别介绍，这种分法不一定非常对，比如有些部分的变换可能既和时间相关又和内容相关，两个归类都可以，大家就不必深究了。在研究这些函数的功能时，是按字母顺序来研究的，研究完后按其变换归类放到4篇博文中，有些函数花的时间比较多，如内容变换的函数scroll、rotate、颜色变换的mask_color，还有个别函数到现在虽然知道功能但不知道怎么使用，因此这个研究过程耗时比较多，对这些函数的研究起始时间是6月22日，到现在已经一个多星期过去了，完全弄懂所有函数的功能和使用方法预计还需要几天时间。

不过到今天颜色相关的变换函数全部完成，因此本文作为介绍和剪辑颜色相关的变换函数就先发布了。

二、blackwhite函数

blackwhite函数用于将剪辑变成灰度剪辑，也就是将剪辑中的彩色像素灰度化。

调用语法：`blackwhite(clip, RGB = None, preserve_luminosity=True)`

参数说明：

clip:要处理的剪辑，通过fx或subfx调用时，会将调用者的实例对象self传入
RGB：浮点数三元组，用于设置RGB三种颜色的权重，缺省值为None，如果为None，则为1:1:1，如果设置为‘CRT_phosphor’，则RGB = [0.2125, 0.7154, 0.0721]
preserve_luminosity：preserve_luminosity用于控制是否保持亮度，如果保持亮度不变，则最终的RGB三个值相加为1。在这里的亮度luminosity不是lightness，实际上是对明度的度量，也称为灰阶值，是不同权重的R、G、B的组合值。实际上亮度是对颜色的明度（brightness）的一种度量（请见《音视频处理基础知识扫盲：数字视频YUV像素表示法以及视频帧和编解码概念介绍》）

三、colorx函数

colorx函数函数是将剪辑中每个帧的每个像素的RGB值与参数factor相乘，使得明度增大（参数factor大于1）或降低（参数factor小于1）。

调用语法：colorx(clip, factor)

案例：

下面的剪辑是对原视频剪辑加载后，将其明度乘以2和除以2之后的两个剪辑合成到一个剪辑中。

合成后的剪辑由于位置不同且明度大的覆盖了明度小的一半位置，效果就是两个不同明度的剪辑各显示了一半，可以看到明显的对比差异。如图：

四、fadein、fadeout函数

fadein函数使剪辑在开始播放后的指定时间内从某种颜色（默认为黑色）逐渐显示出来。fadeout使剪辑在剪辑快结束前的指定时间内逐渐淡隐于某种颜色（默认为黑色）。两个函数不改变剪辑的总时长。

这2个函数也可以用于遮罩，不过初始颜色必须取值为0-1之间的浮点数。

调用语法：

fadein(clip, duration, initial_color=None)

fadeout(clip, duration, final_color=None)

二者参数类似，duration为淡入淡出的时长，单位为秒。

案例：

if __name__=='__main__':

    threads = 8

    clipVideo = VideoFileClip(r"F:\video\WinBasedWorkHard_src.mp4").fx(vfx.fadein,5,(0,0,255)).fx(vfx.fadeout,5,(0,0,0))

    clipVideo.write_videofile(r"F:\video\fadeinout.mp4", threads=threads)

    clipVideo.close()

以上代码在剪辑首尾各设了5秒的淡入和淡出时间。

五、gamma_corr函数

gamma_corr函数用于对屏幕图像的色彩进行gamma修正，相关原理请参考《图像处理gamma修正（伽马γ校正）的原理和实现算法》，可能由于实现性能的问题，本函数实现时并没有完整实现gamma修正的算法。

调用语法： `gamma_corr(clip, gamma)`

参数gamma为修正的gamma值，典型的Gamma值是0.45，它会使CRT的影像亮度呈现线性。

六、invert_colors函数

invert_colors将像素对应颜色进行反转，具体反转方式为，对于标准剪辑，采用255减各RGB的值，对于遮罩剪辑，采用1.0减原值。颜色反转又称为负片转换。

invert_colors函数非常简单，就带一个clip参数。

七、lum_contrast函数

lum_contrast函数用于对剪辑的亮度对比度（luminosity-contrast ）进行校正，这儿的亮度也即明度（参考《音视频处理基础知识扫盲：数字视频YUV像素表示法以及视频帧和编解码概念介绍》）。

调用语法：`lum_contrast(clip, lum = 0, contrast=0, contrast_thr=127)`

参数说明：

lum：亮度要增加或减少的值，老猿建议为-255 到255之间的浮点数，但函数未进行限制，理论上任何值都可以
contrast：对比度，对比度调整可能会使得画面中部分场景看不清，该怎么调整需要结合图像本身的情况来设定，函数未对该值进行限定，但过大的数可能导致画面失衡的概率大增
contrast_thr：这个参数moviepy未进行解释，老猿是认为对比度调整的一个基准值，老猿建议使用缺省值127

七、mask_color函数

mask_color函数用于将一个剪辑自身进行变换后变成原剪辑的遮罩，当原剪辑与其他剪辑合成时，可以根据遮罩的透明度来确认其他剪辑的显示情况。

调用语法：`mask_color(clip, color=None, thr=0, s=1)`

说明：

color、thr和s都是将将标准剪辑变遮罩的运算因子，color是RGB颜色三元组，thr和s没有限制取值范围，但老猿建议thr、s都大于等于0
mask_color的三个参数都用于计算遮罩剪辑的像素透明度，其运算过程如下：

将原剪辑每个像素RGB值与参数color相减的结果的平方相加之后再开方，得到值x
如果thr为0或None，此时如果x为0则遮罩像素的透明度为1（其他剪辑完全可见），否则对应像素的透明度为0（其他剪辑被完全遮挡）
如果thr为非0的有效值，则遮罩像素透明度=x的s次方/（thr的s次方+x的s次方）

从遮罩像素的透明度计算方式可知，如果剪辑是一个类似ColorClip的相同颜色像素构成的剪辑，参数color的取值与该剪辑像素颜色取值相同，则x值为0，透明度为1，返回的是原剪辑带一个完全透明的遮罩
当剪辑的存在像素与color取值不为0的情况下，thr值越大，遮罩的透明度越高，color的RGB三个值越大，遮罩的透明度越低，s的取值对遮罩透明度的影响与x的值有关，没有明显规律，如果s为正整数，主要影响透明度的变化幅度，使得透明度受 color、thr的影响变小
如果原剪辑clip带遮罩，会被新生成的遮罩替代

八、小结

本文详细介绍了moviepy与颜色变换相关的blackwhite、colorx、fadeinout、gamma_corr、invert_colors、lum_contrast、mask_color函数的功能和使用方法，这些函数可以在某些剪辑中用于制造特殊的特效。

更多moviepy的介绍请参考《PyQt+moviepy音视频剪辑实战文章目录》或《moviepy音视频开发专栏》。

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