Pygame與OpenCV聯合播放視頻并保證音畫同步

更新時間：2021年12月03日 10:58:54 作者：h281001460

Pygame的Movie模塊已經廢棄多年，本文主要介紹了Pygame與OpenCV聯合播放視頻并保證音畫同步，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

Pygame是一個超好用的SDL綁定。自從有了Pygame，媽媽再也不用擔心我內存泄漏了。

但是這里有一個問題，Pygame的Movie模塊已經廢棄多年，這次做課題項目卻要在一個游戲中來段視頻播放。有點蒙圈。Ren'py提供的解決方案是使用libav，我嘗試了一早上也搞不明白pyav怎么用。后來干脆用手邊的OpenCV硬讀視頻吧。

這里說下第三方庫：

pygame
numpy
opencv-python

其中，numpy是Anaconda自帶，我沒自己裝過不知道，但是其他兩個都是可以用pip直接安裝的。

其實Pygame使用opencv或者moviepy不少見，就是使用pygame的pygame.surfarray接口可以把numpy矩陣轉化為surface，而這些視頻讀取庫能把每幀轉為numpy矩陣。這部分在下面代碼中都會體現。

我測試的視頻是來自ドラッグオンドラグーン(龍背上的騎兵3)的一段音游部分。音樂就是用pygame的音頻模塊隨便播放下就好。但是注意，視頻幀率必須設置為跟你的視頻一致，我這里是25fps。建議稍微多設置一點，比如25.5幀是對應25幀最好的選擇。因為留有余地。

平時你的游戲基本不可能莫名其妙的在邏輯中出現視頻播放，所以盡量單獨播放視頻，防止幀數掉出25.當然現代電腦這種情況比較少。

上圖：

ドラッグオンドラグーン

還是喜歡零姐?。。。?/p>

下面是基本的實現代碼

# -*- coding:utf-8 -*-
import pygame
import sys
import cv2
import numpy as np
import os


if __name__ == '__main__':
    pygame.init()  # 初始化pygame
    FPS = 25.5
    #設置窗口位置
    os.environ['SDL_VIDEO_WINDOW_POS']="%d,%d" % (50,70)
    FPSClock = pygame.time.Clock()
    size = width, height = 1280, 720  # 設置窗口大小
    screen = pygame.display.set_mode(size)  # 顯示窗口
    pygame.display.set_caption(u'打字游戲:反應練習')
    color = (255, 255, 255)  # 設置顏色

    ogg=pygame.mixer.Sound("game.ogg")
    # pygame.mixer.music.load("")

    videoCapture = cv2.VideoCapture("test.mp4")

    ogg.play()


    while True:
        a=pygame.time.get_ticks()

        if videoCapture.isOpened():
            #從opncv讀一段視頻進來
            ret, frame = videoCapture.read()
            #下面這句可以獲取圖像大小
            # print('frame.shape:', frame.shape)
            # 
            # rot90(m, k=1, axes=(0, 1)
            # m是要旋轉的數組(矩陣)，
            # k是旋轉的次數，默認旋轉1次，
            # 那是順時針還是逆時針呢？
            # 正數表示逆時針，而k為負數時則是對數組進行順時針方向的旋轉。
            # 視頻結束時會丟出一個ValueError異常
            try:
                frame = np.rot90(frame,k=-1)
            except:
                continue

            frame = pygame.surfarray.make_surface(frame)

            frame=pygame.transform.flip(frame,False,True)
            

            # frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB)    
            screen.blit(frame, (0,0))

            # print()




        for event in pygame.event.get():  # 遍歷所有事件
            if event.type == pygame.QUIT:  # 如果單擊關閉窗口，則退出
                sys.exit()



        pygame.display.flip()  # 更新全部顯示
        time_next= FPSClock.tick(FPS)
        b=pygame.time.get_ticks()

    pygame.quit()  # 退出pygame

好了。這樣就實現了pygame播放視頻~~~~

才怪呢。

因為手欠，拖動了以下窗口，然后發(fā)現，程序居然一直停留在拖動前的最后一幀，但我的音頻還是在播放，當我松開鼠標的時候，視頻圖像才重新開始顯示，這樣造成視音頻的同步上的問題，使鼠標松開后的視頻直接跟不上音頻。

尤其是這個部分是音游，一旦不同步，節(jié)奏對不上，感覺是要瘋。

這問題太難受了。

于是動手解決吧……

也不難，就是時間方面的問題。掌控時間，就是掌握了全局。

于是方案如下：

方案1：通過時間和跳幀。通過計算時間【就是時間差大于某個閾值，比如100ms】發(fā)現曾經發(fā)生過停止，然后進行跳幀。因為人類手速有限，所以完全可以閾值稍微大點，防止由于cpu方面的原因造成誤判。
方案2：重置音頻播放，計算視頻播放時間，讓音頻回到之前的狀態(tài)。這個簡單點，但是這不會太精確。需要仔細考慮使用哪個方案。
理論上跳幀方案比較好，因為幀量大，誤差小。并且音頻感官可以不缺失。

反復比較，選用方案一

算法如下：
設已有變量：
時間參量=下一幀-上一幀
跳幀計數器=0【在循環(huán)外】
閾值=200[時間參量大于此值說明出現故障]
跳幀系統(tǒng)檢測到閾值超標，使用以下算法跳幀：
使用故障值/正確延時，得到要跳的幀數量。然后使計數器增長到這個數量，然后跳幀。

以下是帶有跳幀器的代碼

# -*- coding:utf-8 -*-
import pygame
import sys
import cv2
import numpy as np
import os
# 音頻同步跳幀實驗
# 新增：跳幀系統(tǒng)

if __name__ == '__main__':
    pygame.init()  # 初始化pygame
    FPS = 25.5
    # 設置窗口位置
    os.environ['SDL_VIDEO_WINDOW_POS'] = "%d,%d" % (50, 70)
    FPSClock = pygame.time.Clock()
    size = width, height = 1280, 720  # 設置窗口大小
    # screen = pygame.display.set_mode(size,pygame.FULLSCREEN)  # 顯示窗口
    screen = pygame.display.set_mode(size)  # 顯示窗口
    pygame.display.set_caption(u'打字游戲:反應練習')
    color = (255, 255, 255)  # 設置顏色

    ogg = pygame.mixer.Sound("game.ogg")
    # pygame.mixer.music.load("")

    videoCapture = cv2.VideoCapture("test.mp4")

    ogg.play()

    # 真正時間
    realtime = int(1000 / FPS)

    # 閾值-要稍微留下空間
    jumpyu = 100

    # 跳幀計數器
    jumpnum = 0

    while True:
        a = pygame.time.get_ticks()

        if videoCapture.isOpened():
        #這里是跳幀工具
            if jumpnum != 0:
           #這個函數光讀東西，比read少一個解碼過程，所以能省點算點
                videoCapture.grab()
                jumpnum -= 1
                continue
            ret, frame = videoCapture.read()
            try:
                frame = np.rot90(frame, k=-1)
            except:
                continue

            frame = pygame.surfarray.make_surface(frame)

            frame = pygame.transform.flip(frame, False, True)

            # frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB)
            screen.blit(frame, (0, 0))

            # print()

        for event in pygame.event.get():  # 遍歷所有事件
            if event.type == pygame.QUIT:  # 如果單擊關閉窗口，則退出
                sys.exit()

        pygame.display.flip()  # 更新全部顯示
        time_next = FPSClock.tick(FPS)
        b = pygame.time.get_ticks()
        k = b - a
		#此處檢測閾值，大于閾值做記錄準備跳幀
        if k > jumpyu:
            print('超過閾值，跳幀')
            temp = (k - realtime)/realtime
            tempstr=str(temp)
            tempstr=tempstr[tempstr.find('.')+1:]
            if len(tempstr)>1 or tempstr[0]!='0':
                jumpnum+=(int(temp)+1)
                print('跳小數幀')
            else:
                print('跳整數幀')
                jumpnum+=int(temp)
            print('跳'+str(jumpnum)+'幀')

    pygame.quit()  # 退出pygame

看看成果：為了截圖拖了幾下窗口，于是就已經智能跳幀了多次了。

跳幀輸出