用DirectShow实现视频采集

DirectShow作为DirectX的一个子集，它为用户提供了强大、方便的多媒体开接口，并且它拥有直接操作硬件的能力，这使得它的效率远胜于用GDI等图形方式编写的多媒体程序。这里结合实践中运用DirectShow实现视频采集（WIN32） 来加深对DirectShow的理解和操作能力。

1．系统环境及开发环境

a.系统支持DirectX（Win 2K以上系统）
b.VC++ 6.0安装有DirectX SDK（最好与系统支持的DirectX版本相同）
c.视频采集设备（如USB摄像头，本文以USB PC Camera 310P为例）

2．基本思想

  DirectShow的基本原理是多媒体数据在过滤器图表（Filter Graph）中流动，通过过滤器图表中各过滤器（Filter）实现在功能，最终实现多媒体数据在渲染过滤器（Vendering Filters）中的显示和回放。

  前面我们已经知道，一般过滤器可分为三类：源过滤器（Source Filters）、转换过滤器（Transform Filters）、渲染过滤器（Vendering Filters）。它们分别完成数据提供、数据格式转换（压缩编码等）和数据渲染和回放功能。所以，为了实现在WIN32系统下的视频采集，我们首先要构造出一个适当的过滤器图表，然后通过应用程序对过滤器图表的管理来完成视频采集的功能。 

  这里我们一般需要2至3个过滤器。为什么这个数字会不准确呢？那是因为一方面系统采集设备的驱动模型是不确定的（一般有WDM和VFW两种）；另一方面同一采集设备它们的Filter会由于驱动程序的差异造成Filter中引脚（Pin）的不一致；还有就 是不同总线的采集设备（PCI、USB、AGP）它们的Filter也是不一致的。比如：同为USB摄像头，有些Filter有两个输出引脚（Capture和Preview）；而有些Filter则只有一个输出引脚（Capture）。这里Previe w引脚用来将做视频预览，Capture引脚用来将输入数据以供编码、保存等用处。

这几个过滤器分别是：

a.Video Capture Filter 采集设备Filter
b.Smart Tee Filter 将没有Preview引脚Filter的Capture引脚分为两支数据流（可选）
c.Video Venderer 视频渲染及回放Filter

通过上面3个过滤器，我们可以构造出一个完整的视频采集过滤器图表（如图1） 

 

图1

我们也可以对上面的过滤器图表稍做修改，将它变为一个既可以预览视频，又可以将视频保存为媒体文件的图表（如图2）。

 
图2

图表构造出来后，接下来就午剩下具体的实现了，我们只需依次构造每个Filter，然后将各信Filter的Pin按序相连即可完成图表的构造。最后，我们通过应用程序向图表发送命令（通过图表管理器完成）来控制整个视频采集的流程。

3．具体实现

首先我们需要创建几个接口全局变量。

IGraphBuilder *pGraph; //过滤器图表管理器
ICaptureGraphBuilder2 *pBuild; //视频采集过滤器图表
IBaseFilter *pCap; //Video Capture Filter
IBaseFilter *pSmartTee; //Smart Tee Filter
IBaseFilter *pRender; //Video Renderer Filter
IMediaControl *pControl; //用户命令接口，用来控制过滤器图表
IMediaEvent *pEvent; //过滤器图表事件接口

1） 采集设备枚举

在构造Video Capture Filter前，我们必须列举出系统的所有采集设备，然后才能根据列举的设备名称创建Video Capture Filter。列举设备的函数实现如下

bool ListCaptureDevices()
{
ICreateDevEnum *pDevEnum = NULL; //设备枚举器Interface
IEnumMoniker *pEnum = NULL; //名称枚举Interface

// Create the System Device Enumerator.
HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_SystemDeviceEnum, NULL,
CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_ICreateDevEnum,
reinterpret_cast(&pDevEnum)); //创建设备枚举COM对象

if (SUCCEEDED(hr))
{
// Create an enumerator for the video capture category.
hr = pDevEnum->CreateClassEnumerator(
CLSID_VideoInputDeviceCategory,
&pEnum, 0); //创建视频采集设备枚举COM对象
}

////////////////////////////////////////////////////////////
IMoniker *pMoniker = NULL;
if(pEnum == NULL)
{
return false; //如果没有设备，返回
}

while (pEnum->Next(1, &pMoniker, NULL) == S_OK) //依次枚举，直至为空
{
IPropertyBag *pPropBag;
hr = pMoniker->BindToStorage(0, 0, IID_IPropertyBag,
(void**)(&pPropBag));
if (FAILED(hr))
{
pMoniker->Release();
continue; // Skip this one, maybe the next one will work.
}

// Find the description or friendly name.
VARIANT varName;
VariantInit(&varName);
hr = pPropBag->Read(L"Description", &varName, 0);
if (FAILED(hr))
{
hr = pPropBag->Read(L"FriendlyName", &varName, 0); //设备友好名称
}

if (SUCCEEDED(hr))
{
// Add it to the application's list box.
char displayName[1024];
WideCharToMultiByte(CP_ACP,0,varName.bstrVal,-1,displayName,1024,"",NULL);
m_nList.AddString(displayName); //字符转换，枚举名称均为UNICODE码
VariantClear(&varName);
}

pPropBag->Release();
pMoniker->Release();
}
return true;
}


2）创建Video Capture Filter
根据枚举出来的设备友好名称（FriendlyName）创建Video Capture Filter。

bool CTest_capDlg::CreateHardwareFilter(const char * friendlyName)
{ //将friendlyName与所有的设备名称依次对比，如果相同，则创建Filter
ICreateDevEnum * enumHardware = NULL;
HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_SystemDeviceEnum,NULL,CLSCTX_ALL
,IID_ICreateDevEnum,(void **)&enumHardware);
if( FAILED(hr) )
{
return false;
}

IEnumMoniker * enumMoniker = NULL;
hr = enumHardware->CreateClassEnumerator(CLSID_VideoInputDeviceCategory,&enumMoniker,0);

if(enumMoniker)
{
enumMoniker->Reset();
ULONG fetched = 0;
IMoniker * moniker = NULL;
char friendlyName[256];

while(!pCap && SUCCEEDED(enumMoniker->Next(1,&moniker,&fetched)) && fetched)
{
if(moniker)
{
IPropertyBag * propertyBag = NULL;
VARIANT name;
friendlyName[0]=0;

hr=moniker->BindToStorage(0,0,IID_IPropertyBag,(void **)&propertyBag);
if(SUCCEEDED(hr))
{
name.vt=VT_BSTR;
hr = propertyBag->Read(L"FriendlyName",&name,NULL);
}
else
return false;

if(SUCCEEDED(hr))
{
WideCharToMultiByte(CP_ACP,0,name.bstrVal,-1,friendlyName,256,NULL,NULL);

moniker->BindToObject(0,0,IID_IBaseFilter,(void **)&pCap);
}
else
return false;


if(propertyBag)
{
propertyBag->Release();
propertyBag=NULL;
}

moniker->Release();
}
}

enumMoniker->Release();
}
enumHardware->Release();
return true;
}

3）创建视频采集过滤器图表

DirectX较高版本中一般都为开发者提供了一个ICaptureGraphBuilder2接口，开发者可以通过它方便地创建视频采集过滤器图表，然后再将它添加到IGraphBuilder图表管理器中（如图3）。 





图3


bool InitCaptureGraphBuilder()
{
HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_CaptureGraphBuilder2, NULL,
CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_ICaptureGraphBuilder2, (void**)&pBuild);

if(FAILED(hr))
return false;
hr = CoCreateInstance(CLSID_FilterGraph, 0, CLSCTX_INPROC_SERVER,
IID_IGraphBuilder, (void**)&pGraph);

if(FAILED(hr))
{
pBuild->Release();
return false;
}

pBuild->SetFiltergraph(pGraph); ///////////////////// 过滤器图表添加到管理器中

pGraph->QueryInterface(IID_IMediaControl,(void **)&pControl);
pGraph->QueryInterface(IID_IMediaEvent,(void **)&pEvent);

return true;
}

4）创建剩余的Smart Tee和Video Renderer Filter并连接成完整的图表

在创建完Video Capture Filter后，我们需要将Filter添加到过滤器图表中。

pGraph->AddFilter(pCap,L"Capture Filter");
然后，我们创建剩余的Filter并相连即可，值得注意的是：ICaptureGraphBuilder2为用户提供了一个RenderStream函数，它可以自动构建Smart Tee和Video Renderer Filter并将它们连接成一个完整的图表，从而完成视频采集的功能。

pBuild->RenderStream(&PIN_CATEGORY_PREVIEW, &MEDIATYPE_Video,
pCap, NULL, NULL);

为了说明整个过程，这里我们按部就搬，依次创建各个Filter。

Smart Tee
CoCreateInstance(CLSID_SmartTee,NULL,CLSCTX_INPROC_SERVER,IID_IBaseFilter,(void **)&pSmartTee);

Video Renderer Filter
CoCreateInstance(CLSID_VideoRenderer,NULL,CLSCTX_INPROC_SERVER,IID_IBaseFilter,(void **)&pRender);

创建好各个Filter后，我们依次取得它们的引脚（Pin），将它们按序相连即可。
IPin * GetSmartTeeInputPin() //取得Smart Tee 输入引脚
{
if(pSmartTee)
{
IPin * pPin;
HRESULT hr = pSmartTee->FindPin(L"Input",&pPin);
if(SUCCEEDED(hr))
{
pPin->Release();
return pPin;
}
}
return NULL;
}

IPin * GetSmartTeeCapturePin() //取得Smart Tee Capture引脚
{
if(pSmartTee)
{
IPin * pPin;
HRESULT hr = pSmartTee->FindPin(L"Capture",&pPin);
if(SUCCEEDED(hr))
{
pPin->Release();
return pPin;
}
}
return NULL;
}

IPin * GetSmartTeePreviewPin() //取得Smart Tee Preview引脚
{
if(pSmartTee)
{
IPin * pPin;
HRESULT hr = pSmartTee->FindPin(L"Preview",&pPin);
if(SUCCEEDED(hr))
{
pPin->Release();
return pPin;
}
}
return NULL;
}


IPin * GetRendererPin() //取得Video Renderer Filter的输入Pin
{
if(pBuild)
{
IPin * pPin;
HRESULT hr = pBuild->FindPin(pRender,PINDIR_INPUT,NULL,NULL,FALSE,0,&pPin);

if(SUCCEEDED(hr))
{
pPin->Release();
return pPin;
}
}
return NULL;
}

将各个引脚按序连接：

IPin * pOut = FindVideoPin(&PIN_CATEGORY_CAPTURE);
IPin * pIn = GetSmartTeeInputPin();

pGraph->Connect(pOut,pIn); //Video Capture Filter’ Capture Pin à Smart Tee’Input Pin

IPin * mOut = GetSmartTeePreviewPin();
IPin * mIn = GetRendererPin();

pGraph->Connect(mOut,mIn); //Smart Tee’s Preview Pin à Video Renderer Filter’s Input Pin

这样，一个完整的视频采集图表管理器就构造完成了。

5）开始视频采集

通过用户命令接口，我们可以方便的完成开始，暂停，停止视频采集。
pControl->Run();
pControl->Stop();
4．小结

通过上述视频采集过程的实现，不难发现DirectShow是一个流程清晰，开发容易的多媒体开发工具。我们在使用DirectX为我们提供的Filter构建多媒体功能的同时，也可以自己着手创建具备特定功能的Filter。总之，Direct系统还是 一个巨大的宝藏，等待着我们去发掘和开采。