手把手教你使用opencv-python库制作屏幕录制工具（附源码）

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大家好，我是【🌑（这是月亮的背面）】。

目录

• 目录

• 应用平台

• 屏幕录制部分

• 计算视频最优fps及使用numpy计算中间帧数组

• 使用pynput监听键盘按键

• 如何保存MP4格式视频

• 源码

• 总结

最近有在使用屏幕录制软件录制桌面，在用的过程中突发奇想，使用python能不能做屏幕录制工具，也锻炼下自己的动手能力。接下准备写使用python如何做屏幕录制工具的系列文章：

• 录制屏幕制作视频
• 录制音频
• 合成视频，音频
• 基于pyqt5制作可视化窗口

大概上述四个部分，希望自己能够尽快完善，接下来开始使用python制作屏幕录制部分。

应用平台

• windows 10
• python 3.7

屏幕录制部分

屏幕录制可以简单地理解为将屏幕快照以动图的形式播放，这里我选用PIL下的ImageGrab来截取屏幕画面，首先
pip install Pillow
之后需要将截取到的快照数组合成为视频，使用cv2模块
pip install opencv-python
ImageGrab类不能直接存储为视频，使用numpy模块进行数组化，再通过cv2.COLOR_BGR2RGB转换为cv2色彩通道。
pip install numpy

屏幕录制主要代码：

import numpy as np
from PIL import ImageGrab
import cv2

im = ImageGrab.grab()
width, high = im.size  # 获取屏幕的宽和高
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'I420')  # 设置视频编码格式
fps = 15  # 设置帧率
video = cv2.VideoWriter('test.avi', fourcc, fps, (width, high))
while True:  # 开始录制
    im = ImageGrab.grab()
    im_cv = cv2.cvtColor(np.array(im), cv2.COLOR_BGR2RGB)
    # 图像写入
    video.write(im_cv)
    if xx:  # 当某某条件满足中断循环
        break
video.release()  # 释放缓存，持久化视频

测试运行可以保存屏幕快照为视频，但操作起来不优雅，也不利于后续的操作。

封装成类，继承线程父类，方便使用键盘来控制视频录制的结束。

from threading import Thread

class ScreenshotVideo(Thread):

    def __init__(self):
     """初始化参数"""
        super().__init__()

详细代码将在文末给出。

计算视频最优fps及使用numpy计算中间帧数组

实际操作中视频录制在不同电脑中会出现不一样的帧率，导致视频播放或快或慢，需要根据不同的电脑计算出相应的最优fps值。

def video_best_fps(self, path):
    """获取电脑录制视频的最优帧率"""
    video = cv2.VideoCapture(path)  # 读取视频
    fps = video.get(cv2.CAP_PROP_FPS)  # 获取当前视频的帧率
    count = video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT)  # 获取视频帧数，即该视频有多少幅画面
    self.best_fps = int(fps * ((int(count) / fps) / self.spend_time))   # 计算播放时间与录制时间对比得到最优帧率
    video.release()

再调整帧率参数进行录制视频就减弱了视频播放太快或者太慢。也可以给视频增加帧数从而延长播放时间，这里我采用一种很简单的方法增加视频帧，仅供参考。

from numba import jit

# 使用numpy计算相邻两帧图像且更接近于后一帧的图像
# 调用jit方法加速数组计算
@jit(nopython=True)
def average_n(x, y):
    """Numpy计算趋近值"""
    return ((x + y + y) // 3).astype(x.dtype)

该方法仅针对于设置的fps比最优fps要高时，处理后的视频观感，视频还是较为急促，但是细节帧增多，所以播放时长会比未处理前的要长，略有残影。

使用pynput监听键盘按键

在视频录制中，并不知道视频何时结束，所以用while循环包裹录制代码，但也不可能让代码无休止的运行下去，在此使用监听键盘模块来中断录制代码的运行。

from pynput import keyboard  # pip install pynput

def hotkey(self):
    """热键监听"""
    with keyboard.Listener(on_press=self.on_press) as listener:
        listener.join()

def on_press(self, key):
    try:
        if key.char == 't':  # 录屏结束，保存视频
            self.flag = True
        elif key.char == 'k':  # 录屏中止，删除文件
            self.flag = True
            self.kill = True
    except Exception as e:
        print(e)

按下键盘“T”键时，结束录制，保存视频。“K”键则是停止录制，删除缓存文件。

如何保存MP4格式视频

视频编码格式应该为('a', 'v', 'c', '1')，文件后缀为'.mp4'，在录制前先去https://github.com/cisco/openh264/releases下下载对应平台的dll.bz2文件，将压缩包解压放在项目文件夹下。再运行代码，成功会出现一行编码说明：
OpenH264 Video Codec provided by Cisco Systems, Inc.

源码

本文实现的源码如下：

import time
from PIL import ImageGrab
import cv2
from pathlib import Path
import numpy as np
from numba import jit
from pynput import keyboard
from threading import Thread


@jit(nopython=True)
def average_n(x, y):
    """Numpy计算趋近值"""
    return ((x + y + y) // 3).astype(x.dtype)


class ScreenshotVideo(Thread):

    def __init__(self, width, high, path='', fps=15):
        """初始化参数"""
        super().__init__()
        self.save_file = path
        self.best_fps = fps
        self.fps = fps
        self.width = width
        self.high = high
        self.spend_time = 1
        self.flag = False
        self.kill = False
        self.video = None

    def __call__(self, path):
        """重载视频路径，便于类的二次调用"""
        self.save_file = Path(path)
        self.video = self.init_videowriter(self.save_file)

    @staticmethod
    def screenshot():
        """静态方法，屏幕截图，并转换为np.array数组"""
        return np.array(ImageGrab.grab())

    @staticmethod
    def get_fourcc(name):
        """视频编码字典"""
        fourcc_maps = {'.avi': 'I420',
                       '.m4v': 'mp4v',
                       '.mp4': 'avc1',
                       '.ogv': 'THEO',
                       '.flv': 'FLV1',
                       }
        return fourcc_maps.get(name)

    def init_videowriter(self, path):
        """获取视频编码并新建视频文件"""
        if not path:
            raise Exception('视频路径未设置，请设置\nvideo = ScreenshotVideo(fps,width,high)\nvideo = video(video_path)')
        path = Path(path) if isinstance(path, str) else path
        fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*self.get_fourcc(path.suffix))
        return cv2.VideoWriter(path.as_posix(), fourcc, self.fps, (self.width, self.high))

    def video_record_doing(self, img):
        """将BGR数组转换为RGB数组"""
        im_cv = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
        self.video.write(im_cv)

    def video_record_end(self):
        """录制结束，根据条件判断文件是否保存"""
        self.video.release()
        cv2.destroyAllWindows()
        if self.save_file and self.kill:
            Path(self.save_file).unlink()

    def video_best_fps(self, path):
        """获取电脑录制视频的最优帧率"""
        video = cv2.VideoCapture(path)
        fps = video.get(cv2.CAP_PROP_FPS)
        count = video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT)
        self.best_fps = int(fps * ((int(count) / fps) / self.spend_time))
        video.release()

    def pre_video_record(self):
        """预录制，以获取最佳fps值"""
        self.video = self.init_videowriter('test.mp4')
        start_time = time.time()
        for _ in range(10):
            im = self.screenshot()
            self.video_record_doing(im)
        self.spend_time = round(time.time() - start_time, 4)
        self.video_record_end()
        time.sleep(2)
        self.video_best_fps('test.mp4')
        Path('test.mp4').unlink()

    def insert_frame_array(self, frame_list):
        """Numpy增强截图信息"""
        fps_n = round(self.fps / self.best_fps)
        if fps_n <= 0:
            return frame_list
        times = int(np.log2(fps_n))  # 倍率
        for _ in range(times):
            frame_list2 = map(average_n, [frame_list[0]] + frame_list[:-1], frame_list)
            frame_list = [[x, y] for x, y in zip(frame_list2, frame_list)]
            frame_list = [j for i in frame_list for j in i]
        return frame_list

    def frame2video_run(self):
        """使用opencv将连续型截图转换为视频"""
        self.video = self.init_videowriter(self.save_file)
        start_time = time.time()
        frame_list = []
        while True:
            frame_list.append(self.screenshot())
            if self.flag:
                break
        self.spend_time = round(time.time() - start_time, 4)
        if not self.kill:  # 视频录制不被终止将逐帧处理图像
            frame_list = self.insert_frame_array(frame_list)
            for im in frame_list:
                self.video_record_doing(im)
        self.video_record_end()

    def hotkey(self):
        """热键监听"""
        with keyboard.Listener(on_press=self.on_press) as listener:
            listener.join()

    def on_press(self, key):
        try:
            if key.char == 't':  # 录屏结束，保存视频
                self.flag = True
            elif key.char == 'k':  # 录屏中止，删除文件
                self.flag = True
                self.kill = True
        except Exception as e:
            print(e)

    def run(self):
        # 运行函数
        # 设置守护线程
        Thread(target=self.hotkey, daemon=True).start()
        # 运行截图函数
        self.frame2video_run()


screen = ImageGrab.grab()
width, high = screen.size
video = ScreenshotVideo(width, high, fps=60)
video.pre_video_record()  # 预录制获取最优fps
video('test1.mp4')
video.run()

总结

大家好，我是【🌑（这是月亮的背面）】。本文目前使用了opencv和相关模块对屏幕进行录制并转换为视频保存，学习将多个函数封装为类，方便后续功能开发。学习的道路是无止境的，大胆的迈步走吧！

于二零二一年十二月十四日作

小伙伴们，快快用实践一下吧！如果在学习过程中，有遇到任何问题，欢迎加我好友，我拉你进Python学习交流群共同探讨学习。