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。前面一篇文章已经对DirectShow作了粗略的介绍,阐述了它的原理及一些编程方法。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

  

l       系统支持DirectXWin 2K以上系统)

l       VC++  6.0安装有DirectX  SDK(最好与系统支持的DirectX版本相同)

l       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23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WDMVFW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(PCIUSBAGP)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(CapturePreview);而有些Filter则只有一个输出引脚(Capture)。这里Preview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:

l       Video Capture Filter 采集设备Filter

l       Smart Tee Filter 将没有Preview引脚FilterCapture引脚分为两支数据流(可选)

l       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 

 

                                                                    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)。

 

                                                                   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FilterPin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 

                     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)

{   //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)。                                                             

                        

                  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 TeeVideo 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 TeeVideo 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。

 

 

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