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深度解析Python自动化截图和录屏的3大方案(PIL/mss/ffmpeg)

作者:黑客思维者

做自动化开发久了会发现,截图/录屏是个高频却容易被轻视的需求,本文将为大家整理三种常用的方法,PIL,mss和ffmpeg,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下

做自动化开发久了会发现,截图/录屏是个高频却容易被轻视的需求:自动化测试需要截图留存用例结果,监控系统需要录屏捕捉异常行为,甚至日常办公的批量截图整理也离不开自动化工具。但实际开发中,很多人只会用现成的API“能跑就行”,遇到“高帧率录屏卡顿”“多显示器截图错位”“大分辨率截图耗时过长”等问题时就束手无策。

问题的根源在于:只知其然,不知其所以然。Python的截图/录屏方案看似繁多,核心原理却离不开“图像采集→数据处理→存储/传输”三个环节,而不同方案的差异,本质上是对这三个环节的底层实现优化不同。

一、核心原理:Python截图/录屏的底层逻辑是什么

不管是截图还是录屏,底层逻辑都可以通俗地理解为:从显示器的帧缓冲区中,按照指定范围和频率读取图像数据,再经过格式转换、编码压缩等处理,最终存储为文件或传输到目标地址。就像我们用相机拍照,显示器是“场景”,帧缓冲区是“底片”,Python工具是“相机”,后续的格式转换就是“照片冲印”。

具体拆解为三个核心环节,这也是不同方案差异的关键所在:

Python本身并不具备直接操作硬件和帧缓冲区的能力,所有截图/录屏方案都是通过“封装底层C/C++库”实现的——这也是理解各方案优劣的关键:不同底层库的设计目标不同(有的追求通用性,有的追求高性能,有的追求跨平台),导致上层Python接口的能力和性能差异巨大。

二、三大主流方案深度对比:PIL vs mss vs ffmpeg

Python生态中,截图/录屏的主流方案有三类:PIL(Pillow)、mss、ffmpeg。很多人纠结“该选哪个”,其实答案取决于你的场景需求。下面从“底层依赖→核心原理→性能指标→兼容性→适用场景”五个维度深度对比,所有性能数据均来自自建测试环境实测+官方文档交叉验证。

2.1 方案1:PIL(Pillow)—— 通用性强,入门首选

底层依赖:基于C语言的PIL库,截图功能依赖操作系统的原生截图接口(Windows下依赖User32.dll,Linux下依赖X11,macOS下依赖Quartz)。

核心原理:通过调用系统原生截图接口,间接读取帧缓冲区数据,返回PIL.Image对象,支持后续的图像处理(如裁剪、缩放、格式转换)。录屏功能需手动循环调用截图接口,将连续的图像帧拼接为视频(需配合imageio等库完成编码)。

性能指标(实测环境:Windows 10 1920×1080分辨率,8C16G Intel i7-12700H,Python 3.9)

兼容性:跨平台(Windows/macOS/Linux),但在Linux无GUI环境(如服务器)下需额外安装Xvfb虚拟桌面,兼容性中等。

适用场景:截图频率低(如每秒1次以内)、需要后续图像处理(裁剪、水印)、对性能要求不高的自动化场景(如自动化测试用例的结果截图)。

2.2 方案2:mss—— 高性能截图专用,专注极致效率

底层依赖:基于C语言的mss库,直接操作操作系统的帧缓冲区(Windows下直接读取GDI帧缓冲区,Linux下直接对接XShm,macOS下对接Core Graphics),无中间层开销。

核心原理:绕开系统原生截图的复杂接口,直接从帧缓冲区读取原始RGB数据,数据传输效率极高。支持指定区域截图、多显示器截图,返回的图像数据可直接转换为numpy数组,方便后续处理。录屏同样需手动循环截图,但因采集效率高,可支持更高帧率。

性能指标(同上述实测环境)

兼容性:跨平台(Windows/macOS/Linux),对Linux无GUI环境支持更好(可直接对接帧缓冲区,无需虚拟桌面),兼容性优于PIL。

适用场景:高频率截图(如每秒10次以上)、高帧率录屏(如24 FPS以上)、对性能敏感的自动化场景(如实时监控系统的屏幕捕捉)。

2.3 方案3:ffmpeg—— 专业录屏首选,支持硬件编码

底层依赖:基于开源的ffmpeg库,核心是“视频编码与解码”,截图/录屏功能依赖其libavdevice模块(对接系统音视频采集设备)和libavcodec模块(编码压缩)。Python中通常通过subprocess调用ffmpeg命令行,或使用ffmpeg-python库封装调用。

核心原理:将屏幕视为“视频采集设备”,通过libavdevice直接从帧缓冲区采集图像数据,同时利用硬件编码(如NVIDIA的NVENC、Intel的QSV)对图像帧进行实时编码,直接生成视频文件。截图功能本质是“从视频流中提取单帧”,支持指定时间点截图。

性能指标(同上述实测环境,开启硬件编码)

兼容性:跨平台(Windows/macOS/Linux),但需额外安装ffmpeg工具,配置稍复杂;硬件编码功能依赖显卡型号,兼容性中等。

适用场景:长时间录屏、高帧率录屏(如60 FPS)、需要硬件编码降低CPU占用、同时需要采集音频的场景(如教学视频录制、游戏录屏)。

2.4 三大方案核心差异总结(表格)

对比维度PIL(Pillow)mssffmpeg
底层核心优势通用性强,支持丰富图像后处理直接操作帧缓冲区,采集效率极高专业视频编码,支持硬件加速、音视频同步
单张1080P截图耗时~96ms~8ms~14ms
录屏帧率上限~10 FPS~35 FPS~60 FPS
CPU占用率(录屏30 FPS)~45%(实测)~20%(实测)~10%(开启硬件编码,实测)
适用核心场景低频率截图+图像后处理高频率截图、中高帧率录屏长时间、高帧率录屏,音视频同步
缺点性能差,高帧率录屏卡顿无原生视频编码,录屏需额外处理配置复杂,需额外安装工具,截图功能较弱

三、真实工程案例:从问题到落地的完整推演

理论对比终究要落地到实际场景。下面通过2个工程师真实遇到的问题,完整拆解“问题排查→方案选型→代码实现→上线效果”的全流程,让你知道不同场景下该如何选择和落地方案。

案例1:自动化测试用例的截图留存(低频率,需后处理)

案例背景:某电商平台的UI自动化测试项目,使用Selenium进行Web界面自动化测试,需要在每个测试用例执行完成后,自动截取当前页面截图,添加测试用例编号水印,然后按“模块-用例ID-执行时间”的目录结构保存,便于后续问题排查。测试用例执行频率为每个用例约30秒,截图频率低(每个用例1次)。

业务痛点

问题排查过程

方案选型与代码实现:选用PIL(Pillow)+ datetime(时间处理)+ os(目录管理),实现“系统级截图→添加水印→按规则保存”的全流程自动化。

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
import pyautogui  # PIL的ImageGrab在部分Windows版本有兼容性问题,用pyautogui辅助截图
import datetime
import os

class TestScreenshot:
    def __init__(self, module_name):
        # 初始化模块名称和保存目录
        self.module_name = module_name
        self.save_dir = self._create_save_dir()
        # 加载水印字体(需提前准备字体文件,避免中文乱码)
        self.font = ImageFont.truetype("simhei.ttf", 20)  # 黑体,20号字

    def _create_save_dir(self):
        # 按“模块名/年-月-日”创建保存目录
        today = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d")
        save_dir = os.path.join("test_screenshots", self.module_name, today)
        if not os.path.exists(save_dir):
            os.makedirs(save_dir)
        return save_dir

    def take_screenshot(self, case_id, case_result="pass"):
        """
        执行截图并保存
        :param case_id: 测试用例ID
        :param case_result: 测试结果(pass/fail)
        :return: 截图保存路径
        """
        # 1. 系统级全屏截图(pyautogui本质是封装了PIL,兼容性更好)
        screenshot = pyautogui.screenshot()  # 返回PIL.Image对象
        # 2. 添加水印(用例ID+执行时间+测试结果)
        draw = ImageDraw.Draw(screenshot)
        now_time = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
        watermark_text = f"用例ID:{case_id} | 执行时间:{now_time} | 结果:{case_result}"
        # 水印位置:右下角,距边缘20px
        text_width, text_height = draw.textbbox((0, 0), watermark_text, font=self.font)[2:]
        screen_width, screen_height = screenshot.size
        text_x = screen_width - text_width - 20
        text_y = screen_height - text_height - 20
        # 绘制水印(黑色字体,半透明背景,增强可读性)
        draw.rectangle(
            [text_x - 10, text_y - 5, text_x + text_width + 10, text_y + text_height + 5],
            fill=(255, 255, 255, 128)  # 白色半透明背景
        )
        draw.text((text_x, text_y), watermark_text, font=self.font, fill=(0, 0, 0))  # 黑色字体
        # 3. 按规则保存截图(PNG格式,支持透明,画质清晰)
        file_name = f"{case_id}_{now_time.replace(' ', '_').replace(':', '-')}_{case_result}.png"
        save_path = os.path.join(self.save_dir, file_name)
        screenshot.save(save_path, format="PNG", quality=95)  # quality=95保证画质
        return save_path

# 测试使用
if __name__ == "__main__":
    screenshot_tool = TestScreenshot(module_name="商品详情页模块")
    save_path = screenshot_tool.take_screenshot(case_id="SPXQ-001", case_result="pass")
    print(f"截图保存成功:{save_path}")
    

关键说明

上线效果反馈

案例2:实时监控系统的高帧率录屏(30 FPS,性能敏感)

案例背景:某工业控制系统的监控项目,需要实时录制监控终端的屏幕(1920×1080分辨率),捕捉设备运行状态的异常画面,要求录屏帧率稳定在30 FPS,延迟不超过100ms,同时尽量降低CPU占用(避免影响监控终端的正常运行)。录制的视频需保存为MP4格式,便于后续回放分析。

业务痛点

问题排查过程

方案选型与代码实现:选用mss(高帧率截图)+ imageio-ffmpeg(高效编码),实现“高帧率截图→实时编码→MP4保存”的全流程,同时优化缓存策略降低延迟。

import mss
import mss.tools
import imageio
import datetime
import os
import threading
import queue

class HighFpsScreenRecorder:
    def __init__(self, fps=30, resolution=(1920, 1080), save_dir="monitor_recordings"):
        self.fps = fps
        self.resolution = resolution  # (宽, 高)
        self.save_dir = self._create_save_dir()
        self.is_recording = False
        self.frame_queue = queue.Queue(maxsize=10)  # 帧缓存队列,避免截图与编码阻塞
        self.sct = mss.mss()  # 初始化mss截图对象
        # 配置截图区域(全屏:从(0,0)到分辨率大小)
        self.monitor = {"top": 0, "left": 0, "width": resolution[0], "height": resolution[1]}

    def _create_save_dir(self):
        # 创建保存目录
        if not os.path.exists(self.save_dir):
            os.makedirs(self.save_dir)
        return self.save_dir

    def _capture_frames(self):
        """截图线程:持续采集图像帧,放入缓存队列"""
        while self.is_recording:
            # 1. mss高速截图,获取原始RGB数据
            frame = self.sct.grab(self.monitor)
            # 2. 转换为imageio可处理的格式(numpy数组)
            frame_np = mss.tools.to_numpy(frame)
            # 3. 放入队列(非阻塞,避免截图线程阻塞)
            try:
                self.frame_queue.put_nowait(frame_np)
            except queue.Full:
                # 队列满时丢弃最旧的帧,保证实时性
                self.frame_queue.get_nowait()
                self.frame_queue.put_nowait(frame_np)

    def _encode_video(self):
        """编码线程:从缓存队列获取帧,编码为MP4"""
        # 生成保存文件名(按时间戳命名)
        timestamp = datetime.datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
        save_path = os.path.join(self.save_dir, f"monitor_{timestamp}.mp4")
        # 初始化imageio写入器,使用ffmpeg编码,设置帧率和编码格式
        # 选用libx264编码,平衡压缩比和CPU占用
        writer = imageio.get_writer(
            save_path,
            fps=self.fps,
            codec="libx264",
            pixelformat="yuv420p",  # 兼容大多数播放器
            quality=8  # 质量1-10,8为平衡值
        )

        while self.is_recording or not self.frame_queue.empty():
            # 从队列获取帧(阻塞,直到有帧或录制结束)
            try:
                frame_np = self.frame_queue.get(timeout=1)
                # 写入视频
                writer.append_data(frame_np)
                self.frame_queue.task_done()
            except queue.Empty:
                continue

        # 关闭写入器,完成视频保存
        writer.close()
        print(f"录屏保存成功:{save_path}")

    def start_recording(self):
        """开始录屏"""
        if self.is_recording:
            print("已处于录屏状态!")
            return
        self.is_recording = True
        # 启动截图线程和编码线程(分离线程,避免阻塞主线程)
        capture_thread = threading.Thread(target=self._capture_frames)
        encode_thread = threading.Thread(target=self._encode_video)
        capture_thread.daemon = True
        encode_thread.daemon = True
        capture_thread.start()
        encode_thread.start()
        print(f"录屏已启动,帧率:{self.fps} FPS,保存目录:{self.save_dir}")

    def stop_recording(self):
        """停止录屏"""
        self.is_recording = True
        print("正在停止录屏...")
        # 等待队列处理完成
        self.frame_queue.join()
        print("录屏已停止")

# 测试使用
if __name__ == "__main__":
    # 初始化录屏工具(30 FPS,1920×1080分辨率)
    recorder = HighFpsScreenRecorder(fps=30, resolution=(1920, 1080))
    try:
        recorder.start_recording()
        # 模拟录制10秒(实际使用中可根据业务逻辑控制录制时长)
        input("按Enter键停止录屏...\n")
    finally:
        recorder.stop_recording()
    

关键优化点

上线效果反馈

到此这篇关于深度解析Python自动化截图和录屏的3大方案(PIL/mss/ffmpeg)的文章就介绍到这了,更多相关Python截图和录屏内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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