DirectShow中的视频捕捉之一

关于视频捕捉(About Video Capture in Dshow)

1) 视频捕捉Graph的构建
一个能够捕捉音频或者视频的graph图都称之为捕捉graph图。捕捉graph图比一般的文件回放graph图要复杂许多，dshow提供了一个Capture Graph Builder COM组件使得捕捉graph图的生成更加简单。Capture Graph Builder提供了一个ICaptureGraphBuilder2接口，这个接口提供了一些方法用来构建和控制捕捉graph。
首先创建一个Capture Graph Builder对象和一个graph manger对象，然后用filter graph manager 作参数，调用ICaptureGraphBuilder2::SetFiltergraph来初始化Capture Graph Builder。看下面的代码吧：

 

HRESULT InitCaptureGraphBuilder(IGraphBuilder **ppGraph,			//Receives the pointer
								ICaptureGraphBuilder2 **ppBuilder)						//Receives the pointer
{
	if(!ppGraph || !ppBuilder)
	{
		return E_POINTER;
	}

	IGraphBuilder *pGraph = NULL;
	ICaptureGraphBuilder2 *pBuild = NULL;
	//Create the Capture Graph Builder
	HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_CaptureGraphBuilder2, NULL, 
										CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_ICaptureGraphBuilder2, 
										(void**)&pGraph);

	if(SECCEEDED(hr))
	{
		//Create the Filter Graph Manager
		hr = CoCreateInstance(CLSID_FilterGraph, 0, CLSCTX_INPROC_SERVER, 
										IID_IGraphBuilder, (void**)&pGraph);
		if(SECCEEDED(hr))
		{
			//Initialize the Capture Graph Builder
			pBuild->SetFiltergraph(pGraph);
			//Return both interface pointers to the caller
			*ppBuild = pBuild;
			*ppGraph = pGraph;		//The caller must release both interface
			return S_OK;
		}
		else 
		{
			pBuild->Release();
		}
	}
	return hr;			//Failed
}

 

2视频捕捉的设备
现在许多新的视频捕捉设备都采用的是WDM驱动方法，在WDM机制中，微软提供了一个独立于硬件设备的驱动，称为类驱动程序。驱动程序的供应商提供的驱动程序称为minidrivers。Minidrivers提供了直接和硬件打交道的函数，在这些函数中调用了类驱动。
在directshow的filter图表中，任何一个WDM捕捉设备都是做为一个WDM Video Capture过滤器（Filter）出现。WDM Video Capture过滤器根据驱动程序的特征构建自己的filter

 

下面是陆其明的一篇有关于dshow和硬件的文章，可以拿来参考一下

//陆文章开始

大家知道，为了提高系统的稳定性，Windows操作系统对硬件操作进行了隔离；应用程序一般不能直接访问硬件。DirectShow Filter工作在用户模式（User mode，操作系统特权级别为Ring 3），而硬件工作在内核模式（Kernel mode，操作系统特权级别为Ring 0），那么它们之间怎么协同工作呢？

DirectShow解决的方法是，为这些硬件设计包装Filter；这种Filter能够工作在用户模式下，外观、控制方法跟普通Filter一样，而包装Filter内部完成与硬件驱动程序的交互。这样的设计，使得编写DirectShow应用程序的开发人员，从为支持硬件而需做出的特殊处理中解脱出来。DirectShow已经集成的包装Filter，包括Audio Capture Filter（qcap.dll）、VfW Capture Filter（qcap.dll，Filter的Class Id为CLSID_VfwCapture）、TV Tuner Filter（KSTVTune.ax，Filter的Class Id为CLSID_CTVTunerFilter）、Analog Video Crossbar Filter（ksxbar.ax）、TV Audio Filter（Filter的Class Id为CLSID_TVAudioFilter）等；另外，DirectShow为采用WDM驱动程序的硬件设计了KsProxy Filter（Ksproxy.ax,）

Ksproxy.ax、Kstune.ax、Ksxbar.ax这些包装Filter跟其它普通的DirectShow Filter处于同一个级别，可以协同工作；用户模式下的Filter通过Stream Class控制硬件的驱动程序minidriver（由硬件厂商提供的实现对硬件控制功能的DLL）；Stream Class和minidriver一起向上层提供系统底层级别的服务。值得注意的是，这里的Stream Class是一种驱动模型，它负责调用硬件的minidriver；另外，Stream Class的功能还在于协调minidriver之间的工作，使得一些数据可以直接在Kernel mode下从一个硬件传输到另一个硬件（或同一个硬件上的不同功能模块），提高了系统的工作效率。（更多的关于底层驱动程序的细节，请读者参阅Windows DDK。）

下面，我们分别来看一下几种常见的硬件。

VfW视频采集卡。

这类硬件在市场上已经处于一种淘汰的趋势；新生产的视频采集卡一般采用WDM驱动模型。但是，DirectShow为了保持向后兼容，还是专门提供了一个包装Filter支持这种硬件。和其他硬件的包装Filter一样，这种包装Filter的创建不是像普通Filter一样使用CoCreateInstance，而要通过系统枚举，然后BindToObject。

 

 

音频采集卡（声卡）。

声卡的采集功能也是通过包装Filter来实现的；而且现在的声卡大部分都有混音的功能。这个Filter一般有几个Input pin，每个pin都代表一个输入，如Line In、Microphone、CD、MIDI等。值得注意的是，这些pin代表的是声卡上的物理输入端子，在Filter Graph中是永远不会连接到其他Filter上的。声卡的输出功能，可以有两个Filter供选择：DirectSound Renderer Filter和Audio Renderer (WaveOut) Filter。注意，这两个Filter不是上述意义上的包装Filter，它们能够同硬件交互，是因为它们使用了API函数：前者使用了DirectSound API，后者使用了waveOut API。这两个Filter的区别，还在于后者输出音频的同时不支持混音。（顺便说明一下，Video Renderer Filter能够访问显卡，也是因为使用了GDI、DirectDraw或Direct3D API。）如果你的机器上有声卡的话，你可以通过GraphEdit，在Audio Capture Sources目录下看到这个声卡的包装Filter。

 

WDM驱动的硬件（包括视频捕捉卡、硬件解压卡等）。

这类硬件都使用Ksproxy.ax这个包装Filter。Ksproxy.ax实现了很多功能，所以有“瑞士军刀”的美誉；它还被称作为“变色龙Filter”，因为该Filter上定义了统一的接口，而接口的实现因具体的硬件驱动程序而异。在Filter Graph中，Ksproxy Filter显示的名字为硬件的Friendly name（一般在驱动程序的.inf文件中定义）。我们可以通过GraphEdit，在WDM Streaming开头的目录中找到本机系统中安装的WDM硬件。因为KsProxy.ax能够代表各种WDM的音视频设备，所以这个包装Filter的工作流程有点复杂。这个Filter不会预先知道要代表哪种类型的设备，它必须首先访问驱动程序的属性集，然后动态配置Filter上应该实现的接口。当Ksproxy Filter上的接口方法被应用程序或其他Filter调用时，它会将调用方法以及参数传递给驱动程序，由驱动程序最终完成指定功能。除此以外，WDM硬件还支持内核流（Kernel Streaming），即内核模式下的数据传输，而无需经过到用户模式的转换。因为内核模式与用户模式之间的相互转换，需要花费很大的计算量。如果使用内核流，不仅可以避免大量的计算，还避免了内核数据与主机内存之间的拷贝过程。在这种情况下，用户模式的Filter Graph中，即使pin之间是连接的，也不会有实际的数据流动。典型的情况，如带有Video Port Pin的视频捕捉卡，Preview时显示的图像就是在内核模式下直接传送到显卡的显存的。所以，你也休想在VP Pin后面截获数据流。

讲到这里，我想大家应该对DirectShow对硬件的支持问题有了一个总体的认识。对于应用程序开发人员来说，这方面的内容不用研究得太透，而只需作为背景知识了解一下就好了。其实，大量繁琐的工作DirectShow已经帮我们做好了。
//陆其明文章结束

Direcshow中视频捕捉的Filter Pin的种类

捕捉Filter一般都有两个或多个输出pin，他们输出的媒体类型都一样，比如预览pin和捕捉pin，因此根据媒体类型就不能很好的区别这些pin。此时就要根据pin的功能来区别每个pin了，每个pin都有一个GUID，称为pin的种类。
如果想仔细的了解pin的种类，请看后面的相关内容Working with Pin Categories。对于大多数的应用来说，ICaptureGraphBuilder2提供了一些函数可以自动确定pin的种类。

预览pin和捕捉pin

视频捕捉Filter都提供了预览和捕捉的输出pin，预览pin用来将视频流在屏幕上显示，捕捉pin用来将视频流写入文件。

预览pin和输出pin有下面的区别：
1 为了保证捕捉pin对视频桢流量，预览pin必要的时候可以停止。
2 经过捕捉pin的视频桢都有时间戳，但是预览pin的视频流没有时间戳。

预览pin的视频流之所以没有时间戳的原因在于filter图表管理器在视频流里加一个很小的latency，如果捕捉时间被认为就是render时间的话，视频renderFilter就认为视频流有一个小小的延迟，如果此时render filter试图连续播放的时候，就会丢桢。去掉时间戳就保证了视频桢来了就可以播放，不用等待，也不丢桢。

预览pin的种类GUID为PIN_CATEGORY_PREVIEW

捕捉pin的种类GUID为PIN_CATEGORY_CAPTURE

Video Port pin
Video Port是一个介于视频设备（TV）和视频卡之间的硬件设备。同过Video Port，视频数据可以直接发送到图像卡上，通过硬件的覆盖，视频可以直接在屏幕显示出来。Video Port就是连接两个设备的。
使用Video Port的最大好处是，不用CPU的任何工作，视频流直接写入内存中。
如果捕捉设备使用了Video Port，捕捉Filter就用一个video port pin代替预览pin。

video port pin的种类GUID为PIN_CATEGORY_VIDEOPORT

一个捕捉filter至少有一个Capture pin，另外，它可能有一个预览pin 和一个video port pin，或者两者都没有，也许filter有很多的capture pin，和预览pin，每一个pin都代表一种媒体类型，因此一个filter可以有一个视频capture pin，视频预览pin，音频捕捉pin，音频预览pin。

Upstream WDM Filters
在捕捉Filter之上，WDM设备可能需要额外的filters，下面就是这些filter
TV Tuner Filter
TV Audio Filter.

Analog Video Crossbar Filter
尽管这些都是一些独立的filter，但是他们可能代表的是同一个硬件设备，每个filter都控制设备的不同函数，这些filter通过pin连接起来，但是在pin中没有数据流动。因此，这些pin 的连接和媒体类型无关。他们使用一个GUID值来定义一个给定设备的minidriver，例如：TV tuner Filter 和video capture filter都支持同一种medium。
在实际应用中，如果你使用ICaptureGraphBuilder2来创建你的capture graphs，这些filters就会自动被添加到你的graph中。更多的详细资料，可以参考WDM Class Driver Filters。