OpenCV 视频写入实战：cv::VideoWriter、FOURCC 与视频文件容器解析

本篇基于 OpenCV 官方教程 video_write.markdown 展开，讲解如何用 cv::VideoWriter 写出视频文件、FOURCC 编码的原理与转换方法，以及如何从输入视频中提取单个 BGR 颜色通道并写成新的 AVI 文件。读完后你将能够独立编写“读入视频→逐帧处理→写出视频”的完整管线，并理解视频容器、编码器的关系及 OpenCV 写入端的边界。

1. 目标与演示程序

当你处理视频流时，常常需要把图像处理结果保存为一个新的视频文件。对于简单的视频输出，OpenCV 内置了专为该场景设计的 cv::VideoWriter 类。本教程围绕三个核心问题展开：

• 如何用 OpenCV 创建视频文件；
• OpenCV 能创建哪些类型的视频文件；
• 如何从一个视频中提取指定颜色通道。

作为演示，官方示例提取输入视频 BGR 三通道中的某一个，写入新的视频文件。应用程序的行为由命令行参数控制：

参数	含义
第 1 个	要处理的视频文件路径
第 2 个	R、G、B 之一，指定要提取的通道
第 3 个	Y 或 N。若为 N，输出视频沿用输入视频的编码器；若为 Y，运行时弹出窗口让你从系统已安装的编码器中自行选择

一个合法的命令行示例：

video-write.exe video/Megamind.avi R Y

2. 视频文件的内部结构

在写视频之前，需要先建立对视频文件结构的认识：

• 每个视频文件本身是一个容器（container）。容器类型由文件扩展名表达，例如 avi、mov、mkv；
• 容器内部包含多个轨道（track）：视频流、音频流、字幕等其他数据；
• 各轨道的具体存储方式由各自的编解码器（codec）决定。音频轨道常见 mp3、aac；视频轨道的常见编码器包括 XVID、DIVX、H264，以及无损编码器 LAGS（Lagarith Lossless Codec）。系统上可用的编码器完整列表取决于你安装了哪些编解码器。

OpenCV 的定位是计算机视觉库，而非视频流/编解码器库，因此开发者刻意将写入部分保持得尽可能简单。按教程所述，OpenCV 对视频容器仅支持 avi 扩展名及其第一版本格式。由此带来两个直接限制：

1. 不能保存大于 2 GB 的视频文件（32 位 AVI 索引的固有上限）；
2. 容器内只能创建和扩展单一视频轨道，不支持音频或其他轨道的编辑。

尽管如此，系统中存在的任何视频编码器在 OpenCV 写入端都可能可用。遇到上述限制时，教程建议的路线是：使用更专门的视频写入库（如 FFmpeg）或无损编码器（HuffYUV、CorePNG、LCL）；或者先用 OpenCV 创建视频轨道，再用 VirtualDub、AviSynth 等工具加音轨或转封装。

补充说明：从当前仓库头文件 videoio.hpp 的文档注释看，现代 OpenCV 的写入后端已经扩展——Linux 默认使用 FFMPEG 写视频，Windows 可选 FFMPEG/MSWF/DSHOW，macOS 使用 AVFoundation；并且通过 img_%02d.jpg 这类文件名配合 fourcc=0 或 fps=0 还可以写出图像序列。这与教程成文时期的“仅 AVI”限制属于同一主题的演进，实际能力应以你所用版本的构建配置为准。

3. cv::VideoWriter 类：五个关键参数

创建视频文件只需实例化一个 cv::VideoWriter。其属性既可以在构造函数中给出，也可以稍后通过 cv::VideoWriter::open() 给出，两者参数完全相同。当前实现见 VideoWriter 类定义，核心签名与参数如下：

VideoWriter(const String& filename, int fourcc, double fps,
            Size frameSize, bool isColor = true);
bool open(const String& filename, int fourcc, double fps,
          Size frameSize, bool isColor = true);

3.1 参数 1：输出文件名（容器类型）

文件名包含容器扩展名，示例中只支持 avi。示例代码从输入文件名派生出输出文件名：取输入文件去掉扩展名的部分，追加通道名（R/G/B），再拼上 .avi：

const string source      = argv[1];                  // 源文件名
string::size_type pAt = source.find_last_of('.');    // 找到扩展名位置
const string NAME = source.substr(0, pAt) + argv[2][0] + ".avi";  // 构造带容器扩展名的新文件名

3.2 参数 2：编码器 FOURCC

每个视频编码器都有一个不超过 4 个字符的唯一短名，如 XVID、DIVX、H264，这种形式称为 four character code（FOURCC）。它可以直接从输入视频读取，使用 VideoCapture::get(CAP_PROP_FOURCC)（该属性枚举值见 videoio.hpp：CAP_PROP_FOURCC = 6）。由于 get 是通用接口，返回值恒为 double：

• 双精度浮点数占 64 位，而四个字符是 4 字节、32 位；
• 这 4 个字符编码在该 double 值的低 32 位中；
• 最简单的“丢弃高 32 位”方式就是直接转换成 int：

VideoCapture inputVideo(source);                                   // 打开输入
int ex = static_cast<int>(inputVideo.get(CAP_PROP_FOURCC));        // 取编码器类型（整型形式）

OpenCV 内部使用这种整型表示，并期望 fourcc 参数以此形式传入。从整型转回字符串有两种方法：

位运算法（按字节“与”+移位，末尾补 0 结束字符串）：

char EXT[] = {(char)(ex & 0XFF), (char)((ex & 0XFF00) >> 8),
              (char)((ex & 0XFF0000) >> 16), (char)((ex & 0XFF000000) >> 24), 0};

union 法（赋值后自动完成转换，且编码器变化时无需重复运算）：

union { int v; char c[5]; } uEx;
uEx.v = ex;          // 通过 union 从 int 到 char
uEx.c[4] = '\0';

如果事先知道编码器的四个字符，则用 CV_FOURCC 宏由字符构造整型，例如 MPEG-1 编码器：

CV_FOURCC('P','I','M','1')  // 由字符到整型，MPEG1 编码器

该宏在当前仓库中的实现见 cap_ffmpeg_impl.hpp：

#define CV_FOURCC(c1, c2, c3, c4) (((c1) & 255) + (((c2) & 255) << 8) + (((c3) & 255) << 16) + (((c4) & 255) << 24))

可见它正是“每字符占 1 字节，依次左移 0/8/16/24 位”的组合方式，与 3.2 节读取方向的位运算严格互逆。当前头文件还提供等价的静态成员函数 VideoWriter::fourcc(char c1, char c2, char c3, char c4)（定义位置）。

特殊值：若该参数传 -1，运行时将弹出一个包含系统全部已安装编码器的窗口，供你交互式选择：

3.3 参数 3 与 4：帧率与帧尺寸

• fps：输出视频的每秒帧数。示例沿用输入视频的帧率，通过 get(CAP_PROP_FPS) 获取；
• frameSize：输出视频的帧尺寸。示例同样沿用输入视频，通过 get(CAP_PROP_FRAME_WIDTH) 与 get(CAP_PROP_FRAME_HEIGHT) 获取。

3.4 参数 5：isColor

最后一个参数是可选的，默认为 true，表示输出为彩色视频（写入时送入三通道图像）；传入 false 则输出灰度视频。头文件注释还提醒：颜色图像一般期望为 BGR 顺序。

示例中完整的调用方式：

VideoWriter outputVideo;
Size S = Size((int) inputVideo.get(CAP_PROP_FRAME_WIDTH),    // 获取输入尺寸
              (int) inputVideo.get(CAP_PROP_FRAME_HEIGHT));
outputVideo.open(NAME, ex, inputVideo.get(CAP_PROP_FPS), S, true);

3.5 打开检查与逐帧写入

• 用 cv::VideoWriter::isOpened() 判断 open 是否成功；
• 视频文件会在 VideoWriter 对象析构时自动关闭（析构函数内部先调用 release()，见 头文件注释）；
• 打开成功后即可用 write() 按顺序写入帧，或使用等价的流运算符 operator <<：

outputVideo.write(res);  // 或
outputVideo << res;

注意帧的尺寸必须与 open 时指定的尺寸一致，否则底层后端会拒绝写入。从当前实现注释看（write 接口），write() 返回 true 表示底层后端成功写入该帧，false 表示编码器失败等错误，实际写循环中建议检查该返回值。

4. 从 BGR 图像中提取单个颜色通道

“提取一个颜色通道”的语义是：保留目标通道，把其余两个 BGR 通道全部置零。可以用逐像素扫描实现，也可以用 split + merge 操作完成：先把通道拆分为独立图像，把非目标通道置为同尺寸同类型的零矩阵，再合并回去：

split(src, spl);                 // 处理 - 只提取正确的通道
for (int i = 0; i < 3; ++i)
    if (i != channel)
        spl[i] = Mat::zeros(S, spl[0].type());
merge(spl, res);

其中通道号与字符的映射关系为：'B' → 0、'G' → 1、'R' → 2（OpenCV 的 BGR 通道顺序中 B 为第 0 通道）。

5. 完整示例源码走读

完整示例位于 video-write.cpp，与上文各片段一一对应：

1. 参数校验（L26-L30）：要求恰好 3 个参数，否则打印帮助并退出；
2. 打开输入视频（L35-L40）：VideoCapture inputVideo(source)，并检查 isOpened()；
3. 构造输出文件名与读取 FOURCC（L42-L47）：如 3.1、3.2 节所述，位运算法转字符数组 EXT 用于打印输入编码器名称；
4. 打开输出视频（L52-L62）：当第 3 个参数为 Y 时以 fourcc = -1 打开（弹出编码器选择框），否则复用输入视频的编码器；打开后再次检查 isOpened()；
5. 打印输入信息（L64-L66）：分辨率、帧数（CAP_PROP_FRAME_COUNT）、输入编码器类型；
6. 主写入循环（L78-L91）：inputVideo >> src 逐帧读取，src.empty() 时结束；每帧执行 split → 置零非目标通道 → merge → outputVideo << res；
7. 收尾：循环结束后打印 "Finished writing"，VideoWriter 对象在函数返回析构时自动关闭文件。

6. 实践要点与常见坑

结合教程与当前仓库头文件，整理以下可直接落地的注意事项：

事项	说明
大小上限	教程指出 AVI 容器下不能保存超过 2 GB 的视频；需要更大文件时应转向 FFmpeg 等方案
轨道限制	容器内仅支持单一视频轨道，无音频；需要音轨时后续用专门工具合成
fourcc = -1	对部分后端会弹出系统编码器选择对话框（头文件提示）
图像序列输出	使用 img_%02d.jpg 这类文件名并配合 fourcc=0 或 fps=0 可写出图像序列；用未压缩格式（如 BMP）可保存原始帧
无损输出	多数编码器有损；需要无损时使用无损编码器（如 FFV1、Huffman HFYU、Lagarith LAGS 等）
奇数尺寸	启用 FFMPEG 时允许奇数宽或高，但会截断最右列/最底行（部分底层 swscale 函数要求偶数宽高）
后端选择	头文件提供了带 apiPreference 参数的重载（如 cv::CAP_FFMPEG、cv::CAP_GSTREAMER），可在多个后端可用时强制指定实现
灰度输出	isColor=false 时编码器按灰度帧工作

7. 小结

本教程以“提取输入视频的单个 BGR 通道并写成新视频”为主线，串起了 OpenCV 视频写入的完整知识链：视频容器与编码器的关系、cv::VideoWriter 五个参数的确切含义、FOURCC 在 double/int/char 三种表示间的互转，以及 split/merge 完成通道提取的标准做法。配套的完整源码可直接参考 samples/cpp/tutorial_code/videoio/video-write/video-write.cpp，API 细节以 modules/videoio/include/opencv2/videoio.hpp 中的 VideoWriter 类文档为准。