So che c'è mencoder (parte del progetto mplayer) e ffmpeg, entrambi possono farlo.
ffmpeg è un ottimo programma (open source) per creare tutti i tipi di video e convertire un tipo di video (una sequenza di immagini in questo caso) in altri tipi di video.
Di solito viene utilizzato dalla riga di comando, ma in realtà è solo un involucro attorno alle sue librerie interne. È espressamente disponibile per essere utilizzato all'interno di un altro programma.
Ci sono anche associazioni python che avvolgono l'api c, anche se questo particolare progetto non sembra ricevere il miglior supporto (probabilmente ci sono altri progetti là fuori che fanno la stessa cosa).
C'è anche questo link dove qualcuno ha usato ffmpeg per fare qualcosa di simile a quello che stai cercando.
GStreamer è una scelta popolare. È un framework multimediale completo molto simile a DirectShow o QuickTime, ha il vantaggio di disporre di codec con licenza legale e dispone di collegamenti Python eccellenti.