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防止ffmpeg在降低视频分辨率时改变颜色强度

image-processingffmpegcolorsvideo-processing
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我有一个使用案例，需要将 716x1280 的 mp4 视频缩小到 358x640（原始大小的一半）。我使用的命令是：

ffmpeg -i ./input.mp4 -vf "scale=640:640:force_original_aspect_ratio=decrease,pad=ceil(iw/2)*2:ceil(ih/2)*2" ./output.mp4

在10个样本视频中，其中2个受到了色彩影响。下面我附上了受影响最严重的视频的比较。

Comparison of frames from the most impacted video

注意：右侧的是原始视频中的一帧，左侧的是处理过（降低比例）的视频中的一帧。请注意图像中的红色和绿色（连皮肤颜色和头发颜色也被改变了）。

我想知道的是：

  • 有没有办法防止这样的变化发生？可能是在饱和度、亮度、对比度或者其他参数上设置标记。
  • 我假设ffmpeg在缩小视频时使用了一些默认设置。是什么让ffmpeg只为这两个视频更改颜色？如果它也对其他视频进行类似的更改，如何预测这种行为？

编辑：

我已尝试过的方法：

  • 值为0和18的-crf。
  • 如此处所述，使用-preset veryslow。

都没有帮助

Mediainfo输入VS输出

参数 输入 输出
颜色范围 有限的 NA（描述中没有该属性）
色彩主体 BT.2020 NA（描述中没有该属性）
传输特性 HLG NA（描述中没有该属性）
矩阵系数 BT.2020非常数 NA（描述中没有该属性）
位深度 8 8

ffmpeg命令日志

ffmpeg -i ./input.mp4 -vf "scale=640:640:force_original_aspect_ratio=decrease,pad=ceil(iw/2)*2:ceil(ih/2)*2" -movflags +faststart ./output.mp4
ffmpeg version 4.3.1 Copyright (c) 2000-2020 the FFmpeg developers
  built with Apple clang version 12.0.0 (clang-1200.0.32.28)
  configuration: --prefix=/usr/local/Cellar/ffmpeg/4.3.1_9 --enable-shared --enable-pthreads --enable-version3 --enable-avresample --cc=clang --host-cflags= --host-ldflags= --enable-ffplay --enable-gnutls --enable-gpl --enable-libaom --enable-libbluray --enable-libdav1d --enable-libmp3lame --enable-libopus --enable-librav1e --enable-librubberband --enable-libsnappy --enable-libsrt --enable-libtesseract --enable-libtheora --enable-libvidstab --enable-libvorbis --enable-libvpx --enable-libwebp --enable-libx264 --enable-libx265 --enable-libxml2 --enable-libxvid --enable-lzma --enable-libfontconfig --enable-libfreetype --enable-frei0r --enable-libass --enable-libopencore-amrnb --enable-libopencore-amrwb --enable-libopenjpeg --enable-librtmp --enable-libspeex --enable-libsoxr --enable-videotoolbox --enable-libzmq --enable-libzimg --disable-libjack --disable-indev=jack
  libavutil      56. 51.100 / 56. 51.100
  libavcodec     58. 91.100 / 58. 91.100
  libavformat    58. 45.100 / 58. 45.100
  libavdevice    58. 10.100 / 58. 10.100
  libavfilter     7. 85.100 /  7. 85.100
  libavresample   4.  0.  0 /  4.  0.  0
  libswscale      5.  7.100 /  5.  7.100
  libswresample   3.  7.100 /  3.  7.100
  libpostproc    55.  7.100 / 55.  7.100
Input #0, mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2, from './input.mp4':
  Metadata:
    major_brand     : isom
    minor_version   : 512
    compatible_brands: isomiso2avc1mp41
    encoder         : Lavf58.45.100
  Duration: 00:00:30.05, start: 0.000000, bitrate: 10366 kb/s
    Stream #0:0(und): Video: h264 (Main) (avc1 / 0x31637661), yuv420p(tv, bt2020nc/bt2020/arib-std-b67), 716x1280, 10116 kb/s, 30 fps, 30 tbr, 19200 tbn, 38400 tbc (default)
    Metadata:
      handler_name    : Core Media Video
    Stream #0:1(und): Audio: aac (LC) (mp4a / 0x6134706D), 44100 Hz, stereo, fltp, 245 kb/s (default)
    Metadata:
      handler_name    : Core Media Audio
Stream mapping:
  Stream #0:0 -> #0:0 (h264 (native) -> h264 (libx264))
  Stream #0:1 -> #0:1 (aac (native) -> aac (native))
Press [q] to stop, [?] for help
[libx264 @ 0x7faab4808800] using cpu capabilities: MMX2 SSE2Fast SSSE3 SSE4.2 AVX FMA3 BMI2 AVX2
[libx264 @ 0x7faab4808800] profile High, level 3.0, 4:2:0, 8-bit
[libx264 @ 0x7faab4808800] 264 - core 161 r3027 4121277 - H.264/MPEG-4 AVC codec - Copyleft 2003-2020 - http://www.videolan.org/x264.html - options: cabac=1 ref=3 deblock=1:0:0 analyse=0x3:0x113 me=hex subme=7 psy=1 psy_rd=1.00:0.00 mixed_ref=1 me_range=16 chroma_me=1 trellis=1 8x8dct=1 cqm=0 deadzone=21,11 fast_pskip=1 chroma_qp_offset=-2 threads=12 lookahead_threads=2 sliced_threads=0 nr=0 decimate=1 interlaced=0 bluray_compat=0 constrained_intra=0 bframes=3 b_pyramid=2 b_adapt=1 b_bias=0 direct=1 weightb=1 open_gop=0 weightp=2 keyint=250 keyint_min=25 scenecut=40 intra_refresh=0 rc_lookahead=40 rc=crf mbtree=1 crf=23.0 qcomp=0.60 qpmin=0 qpmax=69 qpstep=4 ip_ratio=1.40 aq=1:1.00
Output #0, mp4, to './output.mp4':
  Metadata:
    major_brand     : isom
    minor_version   : 512
    compatible_brands: isomiso2avc1mp41
    encoder         : Lavf58.45.100
    Stream #0:0(und): Video: h264 (libx264) (avc1 / 0x31637661), yuv420p, 358x640, q=-1--1, 30 fps, 15360 tbn, 30 tbc (default)
    Metadata:
      handler_name    : Core Media Video
      encoder         : Lavc58.91.100 libx264
    Side data:
      cpb: bitrate max/min/avg: 0/0/0 buffer size: 0 vbv_delay: N/A
    Stream #0:1(und): Audio: aac (LC) (mp4a / 0x6134706D), 44100 Hz, stereo, fltp, 128 kb/s (default)
    Metadata:
      handler_name    : Core Media Audio
      encoder         : Lavc58.91.100 aac
[mp4 @ 0x7faab5808800] Starting second pass: moving the moov atom to the beginning of the file
frame=  901 fps=210 q=-1.0 Lsize=    3438kB time=00:00:30.02 bitrate= 938.0kbits/s speed=7.01x
video:2933kB audio:472kB subtitle:0kB other streams:0kB global headers:0kB muxing overhead: 0.974633%
[libx264 @ 0x7faab4808800] frame I:6     Avg QP:22.60  size: 20769
[libx264 @ 0x7faab4808800] frame P:228   Avg QP:24.84  size:  7657
[libx264 @ 0x7faab4808800] frame B:667   Avg QP:27.59  size:  1697
[libx264 @ 0x7faab4808800] consecutive B-frames:  0.9%  0.9%  1.0% 97.2%
[libx264 @ 0x7faab4808800] mb I  I16..4:  9.5% 64.6% 26.0%
[libx264 @ 0x7faab4808800] mb P  I16..4:  2.5% 12.2%  2.5%  P16..4: 37.2% 20.6% 11.2%  0.0%  0.0%    skip:13.7%
[libx264 @ 0x7faab4808800] mb B  I16..4:  0.4%  2.1%  0.2%  B16..8: 42.2%  7.1%  1.2%  direct: 1.8%  skip:44.9%  L0:39.4% L1:52.8% BI: 7.8%
[libx264 @ 0x7faab4808800] 8x8 transform intra:72.2% inter:74.2%
[libx264 @ 0x7faab4808800] coded y,uvDC,uvAC intra: 61.8% 67.2% 20.2% inter: 16.7% 13.9% 1.3%
[libx264 @ 0x7faab4808800] i16 v,h,dc,p: 24% 19%  7% 50%
[libx264 @ 0x7faab4808800] i8 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 21% 16% 15%  6%  9% 11%  7% 10%  6%
[libx264 @ 0x7faab4808800] i4 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 25% 16% 13%  7%  9% 10%  7%  9%  4%
[libx264 @ 0x7faab4808800] i8c dc,h,v,p: 53% 16% 26%  5%
[libx264 @ 0x7faab4808800] Weighted P-Frames: Y:3.9% UV:1.8%
[libx264 @ 0x7faab4808800] ref P L0: 57.8% 19.5% 14.8%  7.8%  0.1%
[libx264 @ 0x7faab4808800] ref B L0: 90.7%  7.2%  2.1%
[libx264 @ 0x7faab4808800] ref B L1: 95.3%  4.7%
[libx264 @ 0x7faab4808800] kb/s:799.80
[aac @ 0x7faab2036a00] Qavg: 189.523
这必须使用ffmpeg完成吗？我在这里找到了一个做类似事情的另一个问题：https://video.stackexchange.com/questions/28889/ffmpeg-does-not-preserve-colors-after-resizing。具体来说是答案底部的“广告1补充”部分。 - Ian Chu
@IanChu 我在浏览现有问题时尝试了一下，但无法成功运行“-profile:v main444-10”的迭代。不过我确实尝试了“Ad 1”部分，但没有得到更好的结果。 - dravit
颜色变化可能与编码视频流的颜色参数有关：颜色范围、颜色基本参数、传输特性和矩阵系数。你能否使用Mediainfo工具，并发布input.mp4和output.mp4的这些参数？发布其他可能重要的参数，例如位深度(如果不是8位)。 - Rotem
还有一个编解码器缺失。请尝试使用以下命令：ffmpeg -i ./input.mp4 -vf "scale=640:640:force_original_aspect_ratio=decrease,pad=ceil(iw/2)*2:ceil(ih/2)*2" -vcodec libx264 -crf 17 -pix_fmt yuv420p ./output.mp4 - Rotem
@Rotem @llogan已添加日志和mediainfo属性。此外，@Rotem使用-vcodec libx264并没有帮助。可能有所帮助的是-vcodec copy。但是，流复制不支持filtergraph。 PS：如果我运行ffmpeg -i input.mp4 output.mp4，可以参考上面的图像进行比较。但是，如果我运行ffmpeg -i -vcodec copy input.mp4 output.mp4，输出视频将被修复，即输出视频中没有颜色变化。 - dravit
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1个回答
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我们可以使用位流视频过滤器来设置h264元数据。
当视频播放器播放视频文件时，会查找附加到视频流（例如h264元数据）的元数据。 影响颜色和亮度的H.264元数据参数包括：video_full_range_flag、colour_primaries、transfer_characteris和matrix_coefficients。
如果未设置参数，则存在默认值。 低分辨率视频的默认值为“有限范围”BT.601（在大多数播放器中-我不确定MAC OS）。 默认伽马曲线（影响亮度）是sRGB伽马曲线。 播放器将像素从YUV颜色空间转换为RGB（用于显示视频）。转换公式根据元数据完成。
您的输入视频文件input.mp4具有与默认值相差甚远的H.264元数据参数。
我们可以假设scale视频滤镜不会改变颜色特性（该滤镜应用YUV元素而不转换为RGB）。 input.mp4的特性应用BT.2020和HLG gamma curve，但被转换为默认值（BT.601和sRGB伽马），因此颜色和亮度与应有的非常不同。
当FFmpeg编码视频流时，它不会将元数据参数从输入复制到输出-我们需要显式设置参数。
解决方案是使用比特流视频滤镜来设置元数据参数。
尝试使用以下命令：
ffmpeg -i ./input.mp4 -vf "scale=640:640:force_original_aspect_ratio=decrease,pad=ceil(iw/2)*2:ceil(ih/2)*2" -vcodec libx264 -crf 17 -pix_fmt yuv420p -bsf:v h264_metadata=video_full_range_flag=0:colour_primaries=9:transfer_characteristics=18:matrix_coefficients=9 ./output.mp4
  • video_full_range_flag=0应用“有限色彩范围”。
  • colour_primaries=9适用于BT.2020色彩原理。
  • transfer_characteristics=18适用于HLG伽马（参见ITU-T Rec. Series H）
  • matrix_coefficients=9适用于BT.2020矩阵系数。

大多数参数都在ITU-T Rec. H.264（E.2.1节）中有记录。

使用MediaInfo工具检查output.mp4的参数：

Color range                              : Limited
Color primaries                          : BT.2020
Transfer characteristics                 : HLG
Matrix coefficients                      : BT.2020 non-constant
1
你认为是否可能仅从输入文件中复制 h264_metadata（而不是整个编解码器）？换句话说，对于上述属性，使用来自 input.mp4 的相同值。 - dravit
这是一个有用的功能，但我无法找到如何使用FFmpeg实现它。 - Rotem
网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的
可以查看英文原文，
原文链接