mencoder (mplayer プロジェクトの一部) と ffmpeg があり、どちらもこれを行うことができます。
ffmpeg は、あらゆる種類のビデオを構築し、あるタイプのビデオ (この場合は一連の画像) を別のタイプのビデオに変換するための優れた (オープン ソース) プログラムです。
通常はコマンド ラインから使用されますが、これは実際には内部ライブラリの単なるラッパーです。別のプログラム内から使用できることは明示されています。
c api をラップする python バインディングもありますが、この特定のプロジェクトは最適なサポートを得られていないようです (同じことをしている他のプロジェクトがある可能性があります)。
また、誰かが ffmpeg を使用して、探しているものと同様のことを行っているこのリンクもあります。
GStreamer は一般的な選択肢です。これは、DirectShow や QuickTime によく似た完全なマルチメディア フレームワークであり、合法的にライセンスされたコーデックを利用できるという利点があり、優れた Python バインディングを備えています。