FFmpeg管道输出生成的视频文件元数据帧计数错误问题咨询

问题概述 #

简短来说：使用FFmpeg的管道输出会生成元数据不正确的文件。

比如用这条命令生成AVI文件：

ffmpeg -y -i .\test_mp4.mp4 -f avi -c:v libx264 - > output.avi

再用ffprobe查看元数据：

ffprobe -v error -count_frames -show_entries stream=duration,nb_read_frames,r_frame_rate .\output.avi

会发现输出里的元数据和视频实际包含的帧不匹配。

详细背景 #

我现在在用Python结合FFmpeg压缩视频，之后放到PPT里，这部分本身没问题，但生成的视频文件元数据里的帧计数不对，导致后续其他代码读取这些视频时出问题。

注：这里说的“帧计数”是指元数据里的帧计数，视频实际包含的帧数是正确的，只是查询元数据得到的结果不对。

排除了PPT相关的代码后，我把问题简化成了下面这个最小复现示例——用Python读取FFmpeg的管道输出来保存视频：

from subprocess import Popen, PIPE

video_path = 'test_mp4.mp4'

ffmpeg_pipe = Popen(['ffmpeg',
                     '-y',  # 覆盖已有文件
                     '-i', f'{video_path}',  # 输入文件
                     '-f', 'avi',  # 输出格式
                     '-c:v', 'libx264',  # 视频编码器
                     '-'],  # 输出到管道
                    stdout=PIPE)

new_path = "piped_video.avi"
vid_file = open(new_path, "wb")
vid_file.write(ffmpeg_pipe.stdout.read())
vid_file.close()

我测试了好几个不同的视频，试过给AVI格式搭配不同的编码器，也试过用libvpx编码器输出WebM格式：

• 对于AVI输出，元数据里的帧计数通常显示为1073741824（也就是2^30）
• 奇怪的是，WebM格式的话，帧计数会显示成-276701161105643264

补充：这个问题也完全可以只用命令行复现，就是最开始那条命令：

ffmpeg -y -i .\test_mp4.mp4 -f avi -c:v libx264 - > output.avi

你也可以通过Windows资源管理器查看视频属性来发现问题——比如视频总时长会显示成9942小时3分14秒这种离谱的数值。

下面是我用来读取帧计数的Python代码片段，你也可以用它来验证问题：

import cv2

video_path = 'test_mp4.mp4'
new_path = "piped_video.webm"

cap = cv2.VideoCapture(video_path)
print(f"原视频帧计数: = {int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT)):d}")
cap.release()

cap = cv2.VideoCapture(new_path)
print(f"管道输出视频帧计数: = {int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT)):d}")
cap.release()

用ffprobe也能观测到这个错误，执行这条命令：

ffprobe -v error -count_frames -show_entries stream=duration,nb_read_frames,r_frame_rate .\output.avi

注意看，ffprobe实际统计到的帧数、帧率，和元数据里的时长对不上。

FFmpeg输出日志 #

为了完整起见，附上FFmpeg执行时的输出日志：

ffmpeg version 2023-06-11-git-09621fd7d9-full_build-www.gyan.dev Copyright (c) 2000-2023 the FFmpeg developers
  built with gcc 12.2.0 (Rev10, Built by MSYS2 project)
  configuration: --enable-gpl --enable-version3 --enable-static --disable-w32threads --disable-autodetect --enable-fontconfig --enable-iconv --enable-gnutls --enable-libxml2 --enable-gmp --enable-bzlib --enable-lzma --enable-libsnappy --enable-zlib --enable-librist --enable-libsrt --enable-libssh --enable-libzmq --enable-avisynth --enable-libbluray --enable-libcaca --enable-sdl2 --enable-libaribb24 --enable-libaribcaption --enable-libdav1d --enable-libdavs2 --enable-libuavs3d --enable-libzvbi --enable-librav1e --enable-libsvtav1 --enable-libwebp --enable-libx264 --enable-libx265 --enable-libxavs2 --enable-libxvid --enable-libaom --enable-libjxl --enable-libopenjpeg --enable-libvpx --enable-mediafoundation --enable-libass --enable-frei0r --enable-libfreetype --enable-libfribidi --enable-liblensfun --enable-libvidstab --enable-libvmaf --enable-libzimg --enable-amf --enable-cuda-llvm --enable-cuvid --enable-ffnvcodec --enable-nvdec --enable-nvenc --enable-d3d11va --enable-dxva2 --enable-libvpl --enable-libshaderc --enable-vulkan --enable-libplacebo --enable-opencl --enable-libcdio --enable-libgme --enable-libmodplug --enable-libopenmpt --enable-libopencore-amrwb --enable-libmp3lame --enable-libshine --enable-libtheora --enable-libtwolame --enable-libvo-amrwbenc --enable-libcodec2 --enable-libilbc --enable-libgsm --enable-libopencore-amrnb --enable-libopus --enable-libspeex --enable-libvorbis --enable-ladspa --enable-libbs2b --enable-libflite --enable-libmysofa --enable-librubberband --enable-libsoxr --enable-chromaprint
  libavutil      58. 13.100 / 58. 13.100
  libavcodec     60. 17.100 / 60. 17.100
  libavformat    60.  6.100 / 60.  6.100
  libavdevice    60.  2.100 / 60.  2.100
  libavfilter     9.  8.101 /  9.  8.101
  libswscale      7.  3.100 /  7.  3.100
  libswresample   4. 11.100 /  4. 11.100
  libpostproc    57.  2.100 / 57.  2.100
Input #0, mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2, from 'test_mp4.mp4':
  Metadata:
    major_brand     : mp42
    minor_version   : 0
    compatible_brands: isommp42
    creation_time   : 2022-08-10T12:54:09.000000Z
  Duration: 00:00:06.67, start: 0.000000, bitrate: 567 kb/s
  Stream #0:0[0x1](eng): Video: h264 (High) (avc1 / 0x31637661), yuv420p(progressive), 384x264 [SAR 1:1 DAR 16:11], 563 kb/s, 30 fps, 30 tbr, 30k tbn (default)
    Metadata:
      creation_time   : 2022-08-10T12:54:09.000000Z
      handler_name    : Mainconcept MP4 Video Media Handler
      vendor_id       : [0][0][0][0]
      encoder         : AVC Coding
Stream mapping:
  Stream #0:0 -> #0:0 (h264 (native) -> h264 (libx264))
Press [q] to stop, [?] for help
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] using SAR=1/1
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] using cpu capabilities: MMX2 SSE2Fast SSSE3 SSE4.2 AVX FMA3 BMI2 AVX2
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] profile High, level 2.1, 4:2:0, 8-bit
Output #0, avi, to 'pipe:':
  Metadata:
    major_brand     : mp42
    minor_version   : 0
    compatible_brands: isommp42
    ISFT            : Lavf60.6.100
  Stream #0:0(eng): Video: h264 (H264 / 0x34363248), yuv420p(progressive), 384x264 [SAR 1:1 DAR 16:11], q=2-31, 30 fps, 30 tbn (default)
    Metadata:
      creation_time   : 2022-08-10T12:54:09.000000Z
      handler_name    : Mainconcept MP4 Video Media Handler
      vendor_id       : [0][0][0][0]
      encoder         : Lavc60.17.100 libx264
    Side data:
      cpb: bitrate max/min/avg: 0/0/0 buffer size: 0 vbv_delay: N/A
[out#0/avi @ 0000018c687f47c0] video:82kB audio:0kB subtitle:0kB other streams:0kB global headers:0kB muxing overhead: 3.631060%
frame=  200 fps=0.0 q=-1.0 Lsize=      85kB time=00:00:06.56 bitrate= 106.5kbits/s speed=76.2x    
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] frame I:1     Avg QP:16.12  size:  3659
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] frame P:80    Avg QP:21.31  size:   647
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] frame B:119   Avg QP:26.74  size:   243
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] consecutive B-frames:  3.0% 53.0%  0.0% 44.0%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] mb I  I16..4: 17.6% 70.6% 11.8%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] mb P  I16..4:  0.8%  1.7%  0.6%  P16..4: 17.6%  4.6%  3.3%  0.0%  0.0%    skip:71.4%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] mb B  I16..4:  0.1%  0.3%  0.2%  B16..8: 11.7%  1.4%  0.4%  direct: 0.6%  skip:85.4%  L0:32.0% L1:59.7% BI: 8.3%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] 8x8 transform intra:59.6% inter:62.4%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] coded y,uvDC,uvAC intra: 48.5% 0.0% 0.0% inter: 3.5% 0.0% 0.0%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] i16 v,h,dc,p: 19% 39% 25% 17%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] i8 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 21% 25% 30%  3%  3%  4%  4%  4%  5%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] i4 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 22% 20% 16%  6%  8%  8%  8%  5%  6%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] i8c dc,h,v,p: 100%  0%  0%  0%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] Weighted P-Frames: Y:0.0% UV:0.0%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] ref P L0: 76.2%  7.9% 11.2%  4.7%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] ref B L0: 85.6% 12.9%  1.5%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] ref B L1: 97.7%  2.3%
[libx264 @ 0000018c68c8b9c0] kb/s:101.19

疑问 #

想请教下：为什么会出现这种问题？有没有办法避免？

备注：内容来源于stack exchange，提问作者Xorgon