Vím, že existuje mencoder (součást projektu mplayer) a ffmpeg, které to oba umí.
ffmpeg je skvělý (open source) program pro vytváření všech druhů videa a konverzi jednoho typu videa (v tomto případě sekvence obrázků) na jiné typy videa.
Obvykle se používá z příkazového řádku, ale to je ve skutečnosti jen obal kolem jeho vnitřních knihoven. Je výslovně k dispozici pro použití v rámci jiného programu.
Existují také vazby python, které obalují c api, i když se zdá, že tento konkrétní projekt nedostává nejlepší podporu (pravděpodobně existují i jiné projekty, které dělají totéž).
Je zde také tento odkaz, kde někdo použil ffmpeg k provedení něčeho podobného tomu, co hledáte.
GStreamer je oblíbená volba. Je to plnohodnotný multimediální rámec podobný DirectShow nebo QuickTime, má tu výhodu, že má k dispozici legálně licencované kodeky a má vynikající vazby na Python.