Windows桌面共享中一些常见的抓屏技术

1. BitBlt

 

我想做Windows开发应该都知道这个API， 它能实现DC间的内容拷贝， 如果我们把源DC指定成Monitor DC或是桌面DC， 它就能实现抓屏功能。

对于通过这种方式的抓屏， 有2点需要特别提醒：

a. 在XP下我们可以通过最后的拷贝标志来控制是否拷贝layered window, 只有SRCCPY表示拷贝内容不包含layered window, 如果是SRCCPY | CAPTUREBLT表示拷贝包括Layered window在内的所有窗口。 这个标志在Vista之后的系统(win7/win8)，开启DWM的情况下， 已经失效， 因为这种情况下所有的窗口都是layered window.

b. 这种方式的抓屏在 Vista之后， 开启DWM的情况下， 抓屏速度非常慢(30ms +), 具体原因不知道是因为系统没有缓存整个屏幕的数据还是GPU向内存拷贝数据太慢了， 有知道的朋友可以提示下。

 

2. Mirror driver

 

这种方法应该是Win8之前最高效的抓屏方法， 也是微软推荐的远程桌面共享方案，它通过创建虚拟镜像驱动， 直接获取最终屏幕变化数据。

该方法也有一些缺点：

a. 涉及到驱动安装， 技术难度大， 系统权限要求也高

b. Win8 上该方案已经失效, 但是还是有方法的， 参见  Remote Display Drivers

 

3. GDI hook

 

这种方法应该说是XP时代比较流行的抓屏方法， 因为所有的绘制都是通过GDI32.dll中的绘图函数来实现的， 所以我们只要拦截了这些函数， 系统的所有绘制就都让我们控制了。这种方法应该来说也是一种挺高效的抓屏方法，屏幕的变化也都能让我们拦截到， 同时因为好多绘图函数是以矢量方式实现的，所有抓到的数据包非常小， 即使在低带宽下也效果挺好。

下面是该方法的一些缺点：

a. Hook技术本身就有其复杂性和不稳定性， 尤其是Hook所有进程

b. Vista只有越来越多程序采用D2D/D3D绘制， GDI Hook对这些绘制无能为力。

c. Vista之后UAC打开的情况下， 如果我们的程序权限不够高， Hook不到更高权限的程序。
 

4. Windows Media API

 

Windows Media 9.0 支持用Windows Media Encoder 9 API来抓屏。它有一个编码器叫Windows Media Video 9 Screen codec，特别为抓屏优化过。Windows Media Encoder API提供了一个IWMEncoder2接口可以用来高效地捕捉屏幕图像。

因为对这组API不熟， 这种抓屏方法我也没尝试过， 具体可见Various methods for capturing the screen， 感觉这种方法的最大缺点是用户机器需要安装Windows Media Encoder 9。
 

5. DirectX
 

每个DirectX程序都包含一个被我们称作缓冲的内存区域，其中保存了和该程序有关的显存内容，这在程序中被称作后台缓冲（Back Buffer），有些程序有不止一个的后台缓冲。还有一个缓冲，在默认情况下每个程序都可以访问－前台缓冲。前台缓冲保存了和桌面相关的显存内容，实质上就是屏幕图像。 我们的程序通过访问前台缓冲就可以捕捉到当前屏幕的内容。上面的列子中也包含该方法的实现， 是基于DirectX9的，我们可以参考下, 据我测试该方法在DWM打开的情况下抓整屏也要30ms左右。Vista之后的DirectX 10/11相对于DirectX 9 已经发生非常大的变化， 直接用新的接口上面的代码未必能正常工作。

6. PrintWindow

 

该方法本身不能直接做为一种抓屏方法， 但是有时候我们要获取某个窗口的内容， 即使他被其他窗口覆盖着， 这时候这个函数就很有用。该方该调用法的原理是通过给目标窗口发送WM_PRINT或是WM_PRINTCLIENT消息， 所以如果目标窗口没有响应， 该调用可能会阻塞抓屏线程， 这种情况下抓屏前最好先用SendMessageTimeout检测目标窗口是否有响应。另外该方法也抓不到D3D窗口的内容。

7. DWM/Dxgi hook

 

Vista之后微软放弃了XP时代的XPDM， 采用了全新的WDDM视屏驱动模型， 现在Win8.1上已经是WDDM1.3.

Vista之后底层所有的渲染都是基于D3D技术， 另外我们也知道系统在DWM.exe里进行窗口边框的绘画和合成， 所以理论上我们可以通过HOOK DWM/D3D/DXGI，拦截到整个系统的屏幕内容。当然作为一种Hook技术， 它也有上面GDI Hook类似的问题。
 

8. Magnification

 

这组API是微软Vista之后开放给我们开发放大镜程序的， 它里面提供了一个API让我们拦截到显示的内容， 可惜的是这个关键的API  MagSetImageScalingCallback 微软已经宣布作废。另外该方式的抓屏效率也不高， 整屏需要60 ms 左右。
 

9. Desktop Duplication  

 

这是微软Win8 上宣布放弃Mirror driver之后推荐采用的抓屏技术， 全部基于D3D/DXGI技术， 效率非常高， 并且包含变化区域和屏幕鼠标光标。它的缺点是没法抓取某个窗口的内容 。

 

10. GetWindowDC 

该方法和PrintWindow类似，但是它没有PrintWindow的权限问题， 也没有超时问题。
这种抓屏方法在Win7/Win8  DWM打开的情况下抓屏，结果会颠覆我们XP时代的知识， 因为即使窗口被覆盖， 它也可以正确抓取到被覆盖窗口下的内容， WebRTC正是用这种方式来Share  Application的。
它的主要问题是有些窗口抓到的内容不包含非客户区，有些窗口比如任务栏的Thumbnail窗口会抓不到内容。

 

最后简单总结下 ， 我们可以看到Windows系统上基本没有一种通用的抓屏技术可以高效的抓取所有的系统（XP/Win7/Win8）， 很大一部原因是操作系统的显示驱动模型在从XPDM向WDDM转变， 应用层的API也在从GDI向D3D转变 。 相对于Linux的稳定， Window的不断发展和进步， 对开发人员究竟是喜是悲？