
## 引言

全景视频（360度视频）作为一种沉浸式媒体格式，在VR、旅游、直播等领域得到了广泛应用。FFmpeg 作为强大的音视频处理工具，提供了丰富的功能来处理全景视频。本文将详细介绍如何使用 FFmpeg 进行全景视频的检测、视角提取、裁剪和压缩等操作。

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## 一、全景视频的种类（按投影方式分类）

全景视频根据投影方式的不同，可以分为以下几种类型：

### 1.1 等距柱状投影（Equirectangular Projection）

**定义**：将360°×180°的球面映射到2:1的矩形平面。

**特点**：
- 最常见的全景视频格式
- 水平方向覆盖360°，垂直方向覆盖180°
- 易于存储和传输
- 两极区域会有拉伸失真

**典型分辨率**：3840×1920、7680×3840等（宽高比2:1）

等距柱状投影是最常用的全景视频格式，因为它将整个球面展开成一个矩形，便于存储和播放。虽然两极区域会有一定的拉伸失真，但在大多数应用场景中，这种失真是可以接受的。

### 1.2 立方体投影（Cubemap Projection）

**定义**：将全景图像分割成6个面（立方体的6个面）。

**特点**：
- 每个面对应一个方向：前(front)、后(back)、上(top)、下(bottom)、左(left)、右(right)
- 每个面失真较小
- 需要6个文件或特殊布局

**常见布局**：
- **c6x1**：6×1横条布局，从左到右依次为 front、back、top、bottom、left、right
- **c3x2**：3×2网格布局

立方体投影的优势在于每个面的失真较小，但需要特殊的布局方式来存储。

### 1.3 柱状投影（Cylindrical Projection）

**定义**：水平360°，垂直方向有限制。

**特点**：适用于不需要上下视角的场景，如某些室内全景或街景应用。

### 1.4 鱼眼投影（Fisheye Projection）

**定义**：使用鱼眼镜头拍摄。

**特点**：
- 通常覆盖180°或更大视角
- 图像呈现圆形或椭圆形
- 需要特殊的处理算法来转换为其他格式

**常见用途**：某些 360° 相机的原始（未拼接）输出，通常需要后期处理拼接成 equirectangular。

### 1.5 网格投影（Mesh Projection）

**定义**：一种更高级的格式，它不遵循简单的几何投影，而是定义了一个 3D 网格（mesh）和对应的纹理坐标来描述球面。

**特点**：
- 不遵循简单的几何投影规则
- 使用 3D 网格和纹理坐标映射
- 可以实现更复杂的投影或优化
- 在消费级视频中不常见

**常见用途**：专业的 VR 内容制作，可以实现更精确的投影控制或针对特定场景的优化。

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## 二、 使用 ffprobe 进行全景视频判断

在实际应用中，我们需要先判断一个视频是否为全景视频，才能进行后续的处理。FFmpeg 提供了 `ffprobe` 工具来检测视频的元数据。

### 2.1 使用 ffprobe检测原理

全景视频在元数据中包含 `Spherical Mapping` 的 side_data，通过检查 `side_data_type` 和 `projection` 字段可以准确判断视频是否为全景视频。

### 2.2 检测命令

```bash
ffprobe -v error \
  -show_streams \
  -select_streams v \
  -show_entries stream=side_data \
  -of json \
  input_video.mp4
```

**参数说明**：
- `-v error`：只显示错误信息
- `-show_streams`：显示流信息
- `-select_streams v`：只选择视频流
- `-show_entries stream=side_data`：显示 side_data 信息
- `-of json`：输出 JSON 格式

### 2.3 判断标准

1. 查找 `side_data_list` 中是否存在 `side_data_type == "Spherical Mapping"`
2. 检查 `projection` 字段的值，常见的投影类型如下表所示
3. 如果找到 `Spherical Mapping` 且 `projection` 字段存在，则判定为全景视频

**projection 字段可能返回的主要值：**

| projection 返回值 | 中文名称 |
|------------------|---------|-----------|---------|
| `equirectangular` | 等距柱状投影 | 
| `cubemap` | 立方体贴图 | 
| `mesh` | 网格投影 | 
| `fisheye` | 鱼眼投影 | 

### 2.4 输出示例

对于全景视频，输出可能如下（以 equirectangular 为例）：

```json
{
  "streams": [
    {
      "index": 0,
      "codec_name": "h264",
      "side_data_list": [
        {
          "side_data_type": "Spherical Mapping",
          "projection": "equirectangular"
        }
      ]
    }
  ]
}
```

其他投影类型的输出格式相同，只是 `projection` 字段的值不同：
- `"projection": "cubemap"` - 立方体贴图
- `"projection": "mesh"` - 网格投影
- `"projection": "fisheye"` - 鱼眼投影

对于普通视频，`side_data_list` 可能为空或不包含 `Spherical Mapping`。


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## 三、全景视频截取六视角

### 3.1 v360 滤镜版本支持

**引入版本**：FFmpeg 4.0（2018年4月发布）

**建议版本**：FFmpeg 4.1 及以上版本（功能更完善，bug 更少）

**检查方法**：可以使用以下命令检查当前 FFmpeg 版本是否支持 v360 滤镜：

```bash
ffmpeg -filters | grep v360
```

如果输出中包含 `v360`，说明支持该滤镜。也可以直接查看版本：

```bash
ffmpeg -version
```

### 3.2 使用 v360 滤镜截取六视角

#### 3.2.1 基本原理

`v360=output=c6x1` 可以将等距柱状投影转换为立方体投影的6×1横条布局。这个横条从左到右依次包含6个面的内容：front（前）、back（后）、top（上）、bottom（下）、left（左）、right（右）。每个面的宽度等于总宽度的 1/6。

#### 3.2.2 完整实现命令

```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -filter_complex \
    "[0:v]v360=output=c6x1[vout]; \
     [vout]split=6[v0][v1][v2][v3][v4][v5]; \
     [v0]crop=w=iw/6:h=ih:x=0:y=0[vr0]; \
     [v1]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw/6:y=0[vr1]; \
     [v2]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw/3:y=0[vr2]; \
     [v3]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw/2:y=0[vr3]; \
     [v4]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw*2/3:y=0[vr4]; \
     [v5]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw*5/6:y=0[vr5]" \
  -map "[vr0]" -c:v libx264 -c:a copy front.mp4 \
  -map "[vr1]" -c:v libx264 -c:a copy back.mp4 \
  -map "[vr2]" -c:v libx264 -c:a copy top.mp4 \
  -map "[vr3]" -c:v libx264 -c:a copy bottom.mp4 \
  -map "[vr4]" -c:v libx264 -c:a copy left.mp4 \
  -map "[vr5]" -c:v libx264 -c:a copy right.mp4
```

#### 3.2.3 filter_complex 解析

这个复杂的滤镜链可以分为几个步骤：

1. **转换为 c6x1 格式**：`[0:v]v360=output=c6x1[vout]`
   - `[0:v]` 表示输入的第0个视频流
   - `v360=output=c6x1` 将等距柱状投影转换为6×1横条
   - `[vout]` 是输出的标签

2. **分割为6路**：`[vout]split=6[v0][v1][v2][v3][v4][v5]`
   - `split=6` 将视频流复制为6路
   - `[v0]` 到 `[v5]` 是6个输出标签

3. **裁剪每个面**：
   - `[v0]crop=w=iw/6:h=ih:x=0:y=0[vr0]` - 裁剪第1个面（front）
   - `[v1]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw/6:y=0[vr1]` - 裁剪第2个面（back）
   - `[v2]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw/3:y=0[vr2]` - 裁剪第3个面（top）
   - `[v3]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw/2:y=0[vr3]` - 裁剪第4个面（bottom）
   - `[v4]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw*2/3:y=0[vr4]` - 裁剪第5个面（left）
   - `[v5]crop=w=iw/6:h=ih:x=iw*5/6:y=0[vr5]` - 裁剪第6个面（right）

#### 3.2.4 坐标计算

在 c6x1 布局中，6个面的位置如下：

- **front**：x=0 (0/6)，宽度 = iw/6
- **back**：x=iw/6 (1/6)，宽度 = iw/6
- **top**：x=iw/3 (2/6)，宽度 = iw/6
- **bottom**：x=iw/2 (3/6)，宽度 = iw/6
- **left**：x=iw*2/3 (4/6)，宽度 = iw/6
- **right**：x=iw*5/6 (5/6)，宽度 = iw/6

其中 `iw` 表示输入宽度，`ih` 表示输入高度。

#### 3.2.5 注意事项

1. **音频处理**：使用 `-c:a copy` 可以保留原始音频，如果需要重新编码可以使用 `-c:a aac`
2. **编码参数**：可以根据需要调整 `-preset` 和 `-crf` 参数来控制编码速度和质量
3. **处理时间**：处理大分辨率视频可能需要较长时间，建议使用合适的编码参数

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## 四、全景视频如何截取任意视角

除了提取固定的六视角，我们还可以使用 v360 滤镜提取任意方向的视角，这对于创建自定义视角的视频非常有用。

### 4.1 使用 v360 滤镜的 flat 输出格式
`v360=input=e:output=flat` 可以从等距柱状投影中提取平面视角。通过设置 `yaw`（偏航角）、`pitch`（俯仰角）、`roll`（翻滚角）可以控制视角的方向，通过 `h_fov`（水平视场角）和 `v_fov`（垂直视场角）可以控制视角的范围。

### 4.2 角度系统说明

**欧拉角系统**：

- **yaw（偏航角）**：水平旋转，0°为正前方，顺时针为正
  - 0° = 正前方（front）
  - 90° = 右侧（right）
  - 180° = 正后方（back）
  - -90° = 左侧（left）
  - -45° = 左前方（leftfront）
  - 45° = 右前方（frontright）
  - 135° = 右后方（rightback）
  - -135° = 左后方（backleft）

- **pitch（俯仰角）**：垂直旋转，0°为水平，向上为正
  - 0° = 水平
  - 90° = 正上方（top）
  - -90° = 正下方（bottom）

- **roll（翻滚角）**：绕视线旋转，通常为0，用于纠正倾斜

**视场角（FOV）**：
- `h_fov`：水平视场角，默认90°（类似人眼视角）
- `v_fov`：垂直视场角，默认90°
- 可以调整以获得更宽或更窄的视角，例如 120° 可以获得更宽的视野

### 4.3 基本命令格式

```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "v360=input=e:output=flat:yaw=45:pitch=0:roll=0:h_fov=90:v_fov=90:w=960:h=960" \
  -c:v libx264 -pix_fmt yuv420p \
  -preset veryfast -crf 23 \
  output.mp4
```

**参数说明**：
- `input=e`：输入格式为 equirectangular（等距柱状投影）
- `output=flat`：输出为平面视角
- `yaw=45`：偏航角45°（右前方）
- `pitch=0`：俯仰角0°（水平）
- `roll=0`：翻滚角0°
- `h_fov=90`：水平视场角90°
- `v_fov=90`：垂直视场角90°
- `w=960:h=960`：输出分辨率

### 4.4 常见视角提取示例

**提取正前方视角**：
```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "v360=input=e:output=flat:yaw=0:pitch=0:h_fov=90:v_fov=90" \
  -c:v libx264 -preset veryfast -crf 23 \
  output.mp4
```

**提取右前方视角（45°）**：
```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "v360=input=e:output=flat:yaw=45:pitch=0:h_fov=90:v_fov=90" \
  -c:v libx264 -preset veryfast -crf 23 \
  output.mp4
```

**提取上方视角**：
```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "v360=input=e:output=flat:yaw=0:pitch=90:h_fov=90:v_fov=90" \
  -c:v libx264 -preset veryfast -crf 23 \
  output.mp4
```

**提取宽视角（120°水平视场角）**：
```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "v360=input=e:output=flat:yaw=0:pitch=0:h_fov=120:v_fov=90" \
  -c:v libx264 -preset veryfast -crf 23 \
  output.mp4
```

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## 五、全景视频直接按空间区域裁剪

有时候我们需要直接从全景视频中裁剪出特定的矩形区域，而不是提取视角。可以直接在全景视频上使用 `crop` 滤镜可以裁剪指定矩形区域。

### 5.1 基本命令格式

```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "crop=width:height:x:y" \
  -c:v libx264 \
  -c:a copy \
  output.mp4
```

**参数说明**：
- `width`：裁剪区域的宽度（像素）
- `height`：裁剪区域的高度（像素）
- `x`：裁剪区域左上角的 x 坐标（像素）
- `y`：裁剪区域左上角的 y 坐标（像素）

**裁剪中心区域（1920×960，从中心点开始）**：

```bash
ffmpeg -i panorama.mp4 \
  -vf "crop=1920:960:960:480" \
  -c:v libx264 \
  -c:a copy \
  output.mp4
```

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## 六、全景视频压缩

在实际应用中，我们经常需要压缩全景视频以减小文件大小或降低分辨率。关键是要确保压缩后的视频仍然保持全景视频的属性。

### 6.1 压缩到指定宽度

压缩视频用于分析，降低分辨率到1280宽度：

```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "scale=1280:-1" \
  -c:v libx264 \
  -strict unofficial \
  -y output.mp4
```

**参数说明**：
- `scale=1280:-1`：宽度压缩到1280，高度按比例自动计算（`-1` 表示保持宽高比）
- `-c:v libx264`：使用 H.264 编码
- `-strict unofficial`：允许使用非官方编码器选项
- `-y`：覆盖输出文件（如果已存在）

### 6.2 投影信息保存

`-strict unofficial` 参数对于保存全景视频的投影信息至关重要，原因如下：

1. **MP4 格式的限制**：
   - 全景视频的投影信息存储在 MP4 文件的 `st3d`（Stereoscopic 3D）和 `sv3d`（Spherical Video）两个 box 中
   - 这两个 box **至今未在 MP4 官方标准中注册**，属于"野生状态"的非标准 box
   - FFmpeg 在写入 MP4 文件时，会检查 `strict_std_compliance` 级别
   - 只有当 `strict_std_compliance <= FF_COMPLIANCE_UNOFFICIAL` 时，才会写入这些非标准的 box

2. **`-strict unofficial` 的作用**：
   - 设置 `strict_std_compliance` 为 `FF_COMPLIANCE_UNOFFICIAL` 级别
   - 允许 FFmpeg 写入非标准的 MP4 box（包括 `st3d` 和 `sv3d`）
   - 如果没有这个参数，FFmpeg 会拒绝写入这些 box，导致投影信息丢失

3. **FFmpeg 版本差异**：
   - **FFmpeg 8.0 及以后版本**可能存在 bug，在某些情况下 demuxer 的 side_data 没有正确传递到 muxer
   - 如果遇到投影信息丢失的问题，可以尝试使用 FFmpeg 7.x 或更早的版本
   - 建议使用较新的稳定版本（如 FFmpeg 7.x），并确保使用 `-strict unofficial` 参数

5. **验证方法**：压缩后使用 ffprobe 检查是否仍包含 Spherical Mapping 元数据：

```bash
ffprobe -v error -show_streams -select_streams v \
  -show_entries stream=side_data -of json output.mp4
```

如果输出中包含 `"side_data_type": "Spherical Mapping"` 和 `"projection": "equirectangular"`，说明压缩后的视频仍然是全景视频。

### 6.3 压缩参数优化建议

在实际应用中，可以根据需求调整压缩参数：

**高质量压缩**（文件较大）：
```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "scale=1920:-1" \
  -c:v libx264 \
  -preset slow \
  -crf 18 \
  -strict unofficial \
  -y output.mp4
```

**平衡压缩**（推荐）：
```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "scale=1280:-1" \
  -c:v libx264 \
  -preset medium \
  -crf 23 \
  -strict unofficial \
  -y output.mp4
```

**快速压缩**（文件较小）：
```bash
ffmpeg -i input.mp4 \
  -vf "scale=1280:-1" \
  -c:v libx264 \
  -preset veryfast \
  -crf 28 \
  -strict unofficial \
  -y output.mp4
```

**参数说明**：
- `-preset`：编码速度，可选值：`ultrafast`, `veryfast`, `fast`, `medium`, `slow`, `veryslow`
- `-crf`：质量参数，范围 18-28，数值越小质量越高但文件越大

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## 总结

本文详细介绍了使用 FFmpeg 处理全景视频的6个核心内容：

1. **全景视频的种类**：按投影方式分为等距柱状投影、立方体投影、柱状投影、网格投影和鱼眼投影
2. **检测全景视频**：使用 `ffprobe` 检查 `Spherical Mapping` 元数据
3. **截取六视角**：使用 `v360` 滤镜的 `c6x1` 输出格式（FFmpeg 4.0+）
4. **截取任意视角**：使用 `v360` 滤镜的 `flat` 输出格式，通过欧拉角控制视角
5. **空间区域裁剪**：使用 `crop` 滤镜直接裁剪矩形区域
6. **压缩全景视频**：使用 `scale` 滤镜压缩分辨率，`-strict unofficial` 确保编码正常完成

**关键技术点**：
- `v360` 滤镜是处理全景视频的核心工具，FFmpeg 4.0+ 支持
- 元数据检测是判断全景视频的可靠方法
- 压缩时 FFmpeg 默认会保留 Spherical Mapping 元数据
- 裁剪后的视频仍然是全景视频格式

通过掌握这些技术，可以灵活地处理各种全景视频应用场景，为VR内容制作、视频分析、智能剪辑等应用提供强大的支持。

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## 参考资料

- [FFmpeg 官方文档](https://ffmpeg.org/documentation.html)
- [v360 滤镜文档](https://ffmpeg.org/ffmpeg-filters.html#v360)
- [Spherical Video Metadata 规范](https://github.com/google/spatial-media)

全景视频（360度视频）作为一种沉浸式媒体格式，在VR、旅游、直播等领域得到了广泛应用。FFmpeg 作为强大的音视频处理工具，提供了丰富的功能来处理全景视频。本文将详细介绍如何使用 FFmpeg 进行全景视频的检测、视角提取、裁剪和压缩等操作。

FFmpeg 处理全景视频

音视频

前端

后端

本文详细介绍使用FFmpeg处理全景视频的6大核心技巧，包括视频类型识别、六视角提取、任意视角截取、空间区域裁剪和压缩优化方法。掌握v360滤镜应用、元数据检测等关键技术，可高效完成VR内容制作、视频分析等专业需求。

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