Use o filtro movie
para carregar a imagem APNG e defina loop=0
para fazer um loop para sempre:
movie=test.png:loop=0
Então, no total:
ffmpeg -y -i input.mp4 \
-filter_complex \
'movie=test.png:loop=0[animation]; \
[0:v][animation]overlay=x=100:y=100:shortest=1' \
out.mp4
Eu criei um programa que sobrepõe um PNG animado em cima de um vídeo. Ele usa a mesma técnica - confira o o README para um exemplo.