视频转字符动画-Python-60行代码

昨晚一朋友跟我说在网上看到了别人作的视频转字符动画，以为很厉害，我因而也打算玩玩。今天中午花时间实现了这样一个小玩意。
顺便把过程记录在这里。

注：最新版使用了画布方式实现，和本文相比改动很是大，若是对旧版本的实现没啥兴趣，能够直接移步 video2chars，它的效果动画见 极乐净土。新版本的核心代码不算注释70行不到，功能更强大。

效果

先上效果，来点动力：

1. 源视频: BadApple.mp4
2. 转换后:

步骤

1. 将视频转化为一帧一帧的图片
2. 把图片转化为字符画
3. 按顺序播放字符画

1、准备

1. 模块

这个程序须要用到这样几个模块:

1. opencv-python # 用来读取视频和图片
2. numpy # opencv-python 依赖于它

准备阶段，首先安装依赖：

pip3 install numpy opencv-python

而后新建python代码文档，在开头添加上下面的导入语句

#-*- coding:utf-8 -*-

import numpy as np

2. 材料

材料就是须要转换的视频文件了，我这里用的是BadApple.mp4，下载下来和代码放到同一目录下
你也能够换成本身的，建议是学习时尽可能选个短一点的视频，几十秒就好了，否则调试起来很痛苦。（或者本身稍微修改一下函数，只转换必定范围、必定数量的帧。）
此外，要选择对比度高的视频。不然的话，就须要彩色字符才能有足够好的表现，有时间我试试。

2、按帧读取视频

如今继续添加代码，实现第一步：按帧读取视频。
下面这个函数，接受视频路径和字符视频的尺寸信息，返回一个img列表，其中的img是尺寸都为指定大小的灰度图。

#导入 opencv
import cv2

def video2imgs(video_name, size):
    """

    :param video_name: 字符串, 视频文件的路径
    :param size: 二元组，(宽, 高)，用于指定生成的字符画的尺寸
    :return: 一个 img 对象的列表，img对象实际上就是 numpy.ndarray 数组
    """

    img_list = []

    # 从指定文件建立一个VideoCapture对象
    cap = cv2.VideoCapture(video_name)

    # 若是cap对象已经初始化完成了，就返回true，换句话说这是一个 while true 循环
    while cap.isOpened():
        # cap.read() 返回值介绍：
        #   ret 表示是否读取到图像
        #   frame 为图像矩阵，类型为 numpy.ndarry.
        ret, frame = cap.read()
        if ret:
            # 转换成灰度图，也可不作这一步，转换成彩色字符视频。
            gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

            # resize 图片，保证图片转换成字符画后，能完整地在命令行中显示。
            img = cv2.resize(gray, size, interpolation=cv2.INTER_AREA)

            # 分帧保存转换结果
            img_list.append(img)
        else:
            break

    # 结束时要释放空间
    cap.release()

    return img_list

写完后能够写个main方法测试一下，像这样：

if __name__ == "__main__":
    imgs = video2imgs("BadApple.mp4", (64, 48))
    assert len(imgs) > 10

若是运行没报错，就没问题
代码里的注释应该写得很清晰了，继续下一步。

3、图像转化为字符画

视频转换成了图像，这一步即是把图像转换成字符画
下面这个函数，接受一个img对象为参数，返回对应的字符画。

# 用于生成字符画的像素，越日后视觉上越明显。。这是我本身按感受排的，你能够随意调整。
pixels = " .,-'`:!1+*abcdefghijklmnopqrstuvwxyz<>()\/{}[]?234567890ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ%&@#$"

def img2chars(img):
    """

    :param img: numpy.ndarray, 图像矩阵
    :return: 字符串的列表：图像对应的字符画，其每一行对应图像的一行像素
    """
    res = []

    # 灰度是用8位表示的，最大值为255。
    # 这里将灰度转换到0-1之间
    # 使用 numpy 的逐元素除法加速，这里 numpy 会直接对 img 中的全部元素都除以 255
    percents = img / 255

    # 将灰度值进一步转换到 0 到 (len(pixels) - 1) 之间，这样就和 pixels 里的字符对应起来了
    # 一样使用 numpy 的逐元素算法，而后使用 astype 将元素所有转换成 int 值。
    indexes = (percents * (len(pixels) - 1)).astype(np.int) 
    
    # 要注意这里的顺序和 以前的 size 恰好相反（numpy 的 shape 返回 (行数、列数)）
    height, width = img.shape
    for row in range(height):
        line = ""
        for col in range(width):

            index = indexes[row][col]
            # 添加字符像素（最后面加一个空格，是由于命令行有行距却没几乎有字符间距，用空格当间距）
            line += pixels[index] + " "
        res.append(line)

    return res

上面的函数只接受一帧为参数，一次只转换一帧，可咱们须要的是转换全部的帧，因此就再把它包装一下：

def imgs2chars(imgs):
    video_chars = []
    for img in imgs:
        video_chars.append(img2chars(img))

    return video_chars

好了，如今咱们能够测试一下：

if __name__ == "__main__":
    imgs = video2imgs("BadApple.mp4", (64, 48))
    video_chars = imgs2chars(imgs)
    assert len(video_chars) > 10

没报错的话，就能够下一步了。(这一步比较慢，测试阶段建议用短一点的视频，或者稍微改一下，只处理前30秒之类的)

4、播放字符视频

写了这么多代码，如今终于要出成果了。如今就是最激动人心的一步：播放字符画了。
一样的，我把它封装成了一个函数。下面这个函数接受一个字符画的列表并播放。

1. 通用版（使用 shell 的 clear 命令清屏，可是由于效率不高，可能会有一闪一闪的问题）
   这个版本适用于 Unix 系 和 windows 的 powershell

# 导入须要的模块
import time
import subprocess

def play_video(video_chars):
    """
    播放字符视频
    :param video_chars: 字符画的列表，每一个元素为一帧
    :return: None
    """
    # 获取字符画的尺寸
    width, height = len(video_chars[0][0]), len(video_chars[0])

    for pic_i in range(len(video_chars)):
        # 显示 pic_i，即第i帧字符画
        for line_i in range(height):
            # 将pic_i的第i行写入第i列。
            print(video_chars[pic_i][line_i])
        time.sleep(1 / 24)  # 粗略地控制播放速度。

        subprocess.call("clear")  # 调用shell命令清屏，用 cmd 的话要把 "clear"改为 "cls"

1. Unix系版本（使用了只支援 unix 系 的 curses 库，比 clear 更流畅）

# 导入须要的模块
import time
import curses

def play_video(video_chars):
    """
    播放字符视频，
    :param video_chars: 字符画的列表，每一个元素为一帧
    :return: None
    """
    # 获取字符画的尺寸
    width, height = len(video_chars[0][0]), len(video_chars[0])

    # 初始化curses，这个是必须的，直接抄就行
    stdscr = curses.initscr()
    curses.start_color()
    try:
        # 调整窗口大小，宽度最好略大于字符画宽度。另外注意curses的height和width的顺序
        stdscr.resize(height, width * 2)

        for pic_i in range(len(video_chars)):
            # 显示 pic_i，即第i帧字符画
            for line_i in range(height):
                # 将pic_i的第i行写入第i列。(line_i, 0)表示从第i行的开头开始写入。最后一个参数设置字符为白色
                stdscr.addstr(line_i, 0, video_chars[pic_i][line_i], curses.COLOR_WHITE)
            stdscr.refresh()  # 写入后须要refresh才会当即更新界面

            time.sleep(1 / 24)  # 粗略地控制播放速度。更精确的方式是使用游戏编程里，精灵的概念
    finally:
        # curses 使用前要初始化，用完后不管有没有异常，都要关闭
        curses.endwin()
    return

好，接下来就是见证奇迹的时刻
不过开始前要注意，字符画的播放必须在shell窗口下运行，在pycharm里运行会看到一堆无心义字符。另外播放前要先最大化shell窗口

if __name__ == "__main__":
    imgs = video2imgs("BadApple.mp4", (64, 48))
    video_chars = imgs2chars(imgs)
    input("`转换完成！按enter键开始播放")
    play_video(video_chars)

写完后，开个shell，最大化窗口，而后键入（文件名换成你的）

python3 video2chars.py

可能要等好久。我使用示例视频大概须要 12 秒左右。看到提示的时候，按回车，开始播放！

这样就完成了视频到字符动画的转换, 除去注释, 大概七十行代码的样子. 稍微超出了点预期, 不过效果然是挺棒的.

5、进一步优化

到了这里，核心功能基本都完成了。
不过仔细想一想，其实还有不少能够作的：

• 能不能手动指定要转换的区间、帧率？
• 每次转换都要好久的时间，能不能边转换边播放？或者转换后把数据保存起来，下次播放时，就直接读缓存。
• 为啥个人字符动画没有声音，看无声电影么？
• 视频的播放速度能不能精确控制？
• 能不能用彩色字符？

这些东西，就不写这里了，再写下去，大家确定要说我这标题是骗人了哈哈。
因此若是有兴趣的，请移步这个系列的下一篇：Python 视频转字符画 - 进阶

6、总结

完整代码见 video2chars.py，要注意的是代码库的代码，包含了第二篇文章的内容（音频、缓存、帧率控制等），并且相对这篇文章也有一些小改动（目的是方便使用，可是稍微增长了点代码量，因此改动没有写在这篇文章里了）
想运行起来的话，仍是建议跟着文章作。。

7、参考

• Opencv-Python Tutorials - Video Playing
• Python 图片转字符画

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