DirectShow流媒體資料的採集及圖片的捕獲

流媒體的處理，以其複雜性和技術性，一向廣受工業界的關注。特別伴隨著網際網路的普及，流媒體在網路上已廣泛應用﹐怎樣使流媒體的處理變得簡單而富有成效逐漸成為了焦點問題。選擇一種合適的應用方案，將事半功倍。此時，微軟的DirectShow給了我們一個不錯的選擇。

　　DirectShow是微軟公司在ActiveMovie和Video for Windows的基礎上推出的新一代基於COM的流ApsaraVideo for Media Processing的開發包，與DirectX開發包一起發布。目前，DirectX最新版本為9.0。DirectShow為多媒體流的捕捉和回放提供了強有力的支援。運用DirectShow，我們可以很方便地從支援WDM驅動模型的採集卡上捕獲資料，並且進行相應的後期處理乃至儲存到檔案中。這樣使在多媒體資料庫管理系統（MDBMS）中多媒體資料的存取變得更加方便。

　　DirectShow 原理及重要的介面

　　1、DirectShow工作原理

　　1) DirectShow的系統結構

　　DirectShow的體繫結構1所示。

圖1 DirectShow系統

　　
　　DirectShow位於應用程式層中。它使用一種叫Filter Graph的模型來管理整個資料流的處理過程；參與資料處理的各個功能模組叫Filter；各個Filter 在Filter Graph中按一定的順序串連成一條“流水線”協同工作。按照功能來分，Filter大致分為三類：Source Filters、Transform Filters和Rendering Filters。Source Filters主要負責取得資料，資料來源可以是檔案、網際網路、或者電腦裡的採集卡、數字攝像機等，然後將資料往下傳輸；Transform Fitlers主要負責資料的格式轉換、傳輸；Rendering Filtes主要負責資料的最終去向，我們可以將資料送給音效卡、顯卡進行多媒體的示範，也可以輸出到檔案進行儲存。

　　在DirectShow系統之上，我們看到的，即是我們的應用程式（Application）。應用程式要按照一定的意圖建立起相應的Filter Graph，然後通過Filter Graph Manager來控制整個的資料處理過程。DirectShow能在Filter Graph啟動並執行時候接收到各種事件，並通過訊息的方式發送到我們的應用程式。這樣，就實現了應用程式與DirectShow系統之間的互動。

　　2) Filter概述以及串連

　　過濾器(Filter)是DirectShow中最基本的概念。DirectShow是通過Filter Graph來管理Filter的。Filter Graph是Filter的“容器”，而Filter是Filter Graph中的最小功能模組。Filter是一種COM組件，對於每個Filter，都有其自己的Pin，它是由Filter建立的COM對象。Filter通過Pin來進行他們之間的串連。Pin分為兩種：輸出Pin和輸入Pin。輸出的Pin把Filter處理後的資料傳送到Filter的外部，而輸入Pin則是把Filter外部的資料接收到Filter中，以便Filter對這些資料進行處理。對於三種類型的Filter（Source Filter，Transform Filter，Rendering Filter）的串連圖如下:

圖2 Filter的串連

　　2、DirectShow對硬體的支援原理

　　大家知道，為了提高系統的穩定性，Windows作業系統對硬體操作進行了隔離；應用程式一般不能直接存取硬體。DirectShow Filter工作在使用者模式（User mode，作業系統特權層級為Ring 3），而硬體工作在核心模式（Kernel mode，作業系統特權層級為Ring 0），DirectShow解決的方法是，為這些硬體設計封裝Filter；這種Filter能夠工作在使用者模式下，外觀、控制方法跟普通Filter一樣，而封裝Filter內部完成與硬體驅動程式的互動。這樣的設計，使得編寫DirectShow應用程式的開發人員，從為支援硬體而需做出的特殊處理中解脫出來。DirectShow已經整合的封裝Filter，包括Audio Capture Filte（qcap.dll）、VfW Capture Filter（qcap.dll，Filter的Class Id為CLSID_VfwCapture）、TV Tuner Filter（KSTVTune.ax，Filter的Class Id為CLSID_CTVTunerFilter）、Analog Video Crossbar Filter（ksxbar.ax）、TV Audio Filter（Filter的Class Id為CLSID_TVAudioFilter）等；另外，DirectShow為採用WDM驅動程式的硬體設計了KsProxy Filter（Ksproxy.ax,）。就是各個封裝Filter與硬體互動的結構圖:

應用程式
DirectShow Filter Graph
KsTune.ax	KsXbar.ax	KsCap.ax	其他普通的Filter
Stream Class
Tuner minidriver	Crossbar mindriver	Capture minidriver	Tuner,Crossbar,Capture minidriver

　　3、DirectShow 的重要介面

　　DirectShow採用了COM標準，所以很多重要的功能都是通過COM介面來完成。下面就列舉一些重要的DirectShow的介面。

　　(1) IGraphBuilder介面

　　用於構造Filter Graph的介面，建立和管理一系列的Filter，過濾和處理源媒體流。

　　(2) IMediaControl介面

　　用於控制多媒體流在過濾器圖表中的流動，如流的啟動和停止。

　　(3) IMediaEvent介面

　　用於捕獲播放過程中發生的事件，並通知應用程式，如EC_COMPLETE等。

　　(4) IVideoWindow介面

　　用於控制視頻視窗的屬性。

　　(5) IMeadiaSeeking介面

　　用於尋找媒體的介面，定位流媒體，控制多媒體資料播放提供精確控制。

　　(6) IBaseFilter介面

　　從ImediaFilter介面繼承，用來定義一個具體的過濾器指標，並對多媒體資料進行處理。

　　(7) IPin介面

　　用於管理兩個過濾器之間的Pin，從而串連過濾器。

　　(8) IsampleGrabberCB介面

　　是Sample Grabber過濾器的一個介面，用於當流媒體資料通過過濾器時進行採樣以獲得幀圖象。

 

　　用DirectShow來使用網路攝影機，一般要求網路攝影機的驅動是WDM格式的，當然，一些比較老的驅動格式DirectShow也可支援。在DirectShow中，有一個Sample Grabber過濾器，它是一個可以被插入流的過濾器，它有自己的緩衝，存放採樣。我們就可以用它來從一個視頻檔案中簡單的撲獲一楨。DirectShow通過圖形過濾管理器(Filter Graph Manager)來與上層應用程式和下層的驅動進行聯絡。DirectShow通過捕獲過濾器(Capture Filter)來支援對網路攝影機的捕獲，一個捕獲過濾器有多個插口(pin)，其中的預覽(preview)插口可用來進行顯示禎圖象。

　　1、建立圖形過濾管理器Filter Graph

　　如上面原理所述，首先要建立Filter Graph：

CComPtr＜ IGraphBuilder ＞ m_pGraph;
hr=m_pGraph.CoCreateInstance( CLSID_FilterGraph );

　　2、串連裝置

　　還要建立系統列舉程式組件對象：

CComPtr＜ICreateDevEnum＞pCreateDevEnum;pCreateDevEnum.CoCreateInstance( CLSID_SystemDeviceEnum );

　　然後使用介面方法CreateClassEnumerator ()為指定的Filter註冊類型目錄建立一個列舉程式，並獲得IenumMoniker介面：

CComPtr＜ IEnumMoniker ＞ pEm;
pCreateDevEnum-＞CreateClassEnumerator(CLSID_VideoInputDeviceCategory, &pEm, 0 );

　　接著在調用BindToObject()以後，可以將裝置標識產生一個DirectShow Filter，將其加到Filter Graph中就可以參與工作了。

CComPtr＜ IMoniker ＞ pM;
CComPtr＜ IPropertyBag ＞ pBag;
hr=pM-＞BindToStorage(0,0,ID_IPropertyBag, (void**) &pBag );

　　3、建立Sample Grabber過濾器

CComPtr＜ ISampleGrabber ＞ m_pGrabber
hr=m_pGrabber.CoCreateInstance( CLSID_SampleGrabber );

　　當建立好SampleGrabber以後，在Sample Grabber 過濾器串連到別的過濾器之前你必須配置它。然後查詢IsampleGrabber介面,還要設定流媒體類型:

m_pGrabber-＞SetMediaType（）；

　　可以僅僅指定主媒體類型；或者主類型加子類型；或者主類型，子類型和類型格式。然後就把它載入到FilterGraph中去：

m_pGraph-＞AddFilter(pGrabBase,"Grabber" );

　　4、尋找Filter Graph 的Pin並完成後續串連。

　　接下來就可以通過調用IGraphBuilder 的FindPin（）介面來尋找過濾管理器中的Pin介面，並通過ICaptureGraphBuilder2 中的介面RenderStream（）來完成後續的串連。

hr=pCGB2-＞FindPin(pCap,PINDIR_OUTPUT,&PIN_CATEGORY_VIDEOPORT, NULL,FALSE,0,&pVPPin);
hr=pCGB2-＞RenderStream(&PIN_CATEGORY_CAPTURE,&MEDIATYPE_Video, pCap,pGrabBase,pRenderer);

　　5、擷取流媒體類型並運行

　　通過GetConnectedMediaType（）擷取串連流媒體的類型以後，我們可以通過IsampleGrabberCB類的介面BufferCB（）來把視頻的資料拷貝到自訂的緩衝區中，然後通過在緩衝區的拷貝進行視頻到圖象資料的拷貝。最後運行﹕

CComQIPtr＜IMediaControl,&IID_IMediaControl ＞ pControl = m_pGraph;
hr = pControl-＞Run( );

　　結論

　　本文討論了DirectShow的基本原理，建立Filter Graph的基本方法，以及通過DirectShow來捕獲視頻資料，然後將其儲存為自己想要的圖象，對於多媒體資料庫管理系統是一個非常有利的補充，如對考試報名的軟體系統有很強的適應性，可以降低開發成本。提高使用者的實用性。

　　DirectShow技術是一個開發多媒體的行之有效方法。在未來幾年中，DirectShow技術的發展前景相當廣闊，掌握DirectShow的技術將有重要的實用意義。