DirectShow流媒体数据的采集及图片的捕获

流媒体的处理，以其复杂性和技术性，一向广受工业界的关注。特别伴随着因特网的普及，流媒体在网络上已广泛应用﹐怎样使流媒体的处理变得简单而富有成效逐渐成为了焦点问题。选择一种合适的应用方案，将事半功倍。此时，微软的DirectShow给了我们一个不错的选择。

　　DirectShow是微软公司在ActiveMovie和Video for Windows的基础上推出的新一代基于COM的流媒体处理的开发包，与DirectX开发包一起发布。目前，DirectX最新版本为9.0。DirectShow为多媒体流的捕捉和回放提供了强有力的支持。运用DirectShow，我们可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据，并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中。这样使在多媒体数据库管理系统（MDBMS）中多媒体数据的存取变得更加方便。

　　 DirectShow 原理及重要的接口

　　1、DirectShow工作原理

　　1) DirectShow的系统结构

　　DirectShow的体系结构如图1所示。

图1 DirectShow系统

　　
　　DirectShow位于应用层中。它使用一种叫Filter Graph的模型来管理整个数据流的处理过程；参与数据处理的各个功能模块叫Filter；各个Filter 在Filter Graph中按一定的顺序连接成一条“流水线”协同工作。按照功能来分，Filter大致分为三类：Source Filters、Transform Filters和Rendering Filters。Source Filters主要负责取得数据，数据源可以是文件、因特网、或者计算机里的采集卡、数字摄像机等，然后将数据往下传输；Transform Fitlers主要负责数据的格式转换、传输；Rendering Filtes主要负责数据的最终去向，我们可以将数据送给声卡、显卡进行多媒体的演示，也可以输出到文件进行存储。

　　在DirectShow系统之上，我们看到的，即是我们的应用程序（Application）。应用程序要按照一定的意图建立起相应的Filter Graph，然后通过Filter Graph Manager来控制整个的数据处理过程。DirectShow能在Filter Graph运行的时候接收到各种事件，并通过消息的方式发送到我们的应用程序。这样，就实现了应用程序与DirectShow系统之间的交互。

　　2) Filter概述以及连接

　　过滤器(Filter)是DirectShow中最基本的概念。DirectShow是通过Filter Graph来管理Filter的。Filter Graph是Filter的“容器”，而Filter是Filter Graph中的最小功能模块。Filter是一种COM组件，对于每个Filter，都有其自己的Pin，它是由Filter创建的COM对象。Filter通过Pin来进行他们之间的连接。Pin分为两种：输出Pin和输入Pin。输出的Pin把Filter处理后的数据传送到Filter的外部，而输入Pin则是把Filter外部的数据接收到Filter中，以便Filter对这些数据进行处理。对于三种类型的Filter（Source Filter，Transform Filter，Rendering Filter）的连接图如下:

图2 Filter的连接

　　2、DirectShow对硬件的支持原理

　　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），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 Filte（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,）。下图就是各个包装Filter与硬件交互的结构图:

应用程序
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 的重要接口

　　DirectShow采用了COM标准，所以很多重要的功能都是通过COM接口来完成。下面就列举一些重要的DirectShow的接口。

　　(1) IGraphBuilder接口

　　用于构造Filter Graph的接口，建立和管理一系列的Filter，过滤和处理源媒体流。

　　(2) IMediaControl接口

　　用于控制多媒体流在过滤器图表中的流动，如流的启动和停止。

　　(3) IMediaEvent接口

　　用于捕获播放过程中发生的事件，并通知应用程序，如EC_COMPLETE等。

　　(4) IVideoWindow接口

　　用于控制视频窗口的属性。

　　(5) IMeadiaSeeking接口

　　用于查找媒体的接口，定位流媒体，控制多媒体数据播放提供精确控制。

　　(6) IBaseFilter接口

　　从ImediaFilter接口继承，用来定义一个具体的过滤器指针，并对多媒体数据进行处理。

　　(7) IPin接口

　　用于管理两个过滤器之间的Pin，从而连接过滤器。

　　(8) IsampleGrabberCB接口

　　是Sample Grabber过滤器的一个接口，用于当流媒体数据通过过滤器时进行采样以获得帧图象。

 

　　用DirectShow来使用摄像头，一般要求摄像头的驱动是WDM格式的，当然，一些比较老的驱动格式DirectShow也可支持。在DirectShow中，有一个Sample Grabber过滤器，它是一个可以被插入流的过滤器，它有自己的缓冲，存放采样。我们就可以用它来从一个视频文件中简单的扑获一桢。DirectShow通过图形过滤管理器(Filter Graph Manager)来与上层应用程序和下层的驱动进行联系。DirectShow通过捕获过滤器(Capture Filter)来支持对摄像头的捕获，一个捕获过滤器有多个插口(pin)，其中的预览(preview)插口可用来进行显示祯图象。

　　1、创建图形过滤管理器Filter Graph

　　如上面原理所述，首先要创建Filter Graph：

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

　　2、连接设备

　　还要创建系统枚举器组件对象：

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

　　然后使用接口方法CreateClassEnumerator ()为指定的Filter注册类型目录创建一个枚举器，并获得IenumMoniker接口：

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

　　接着在调用BindToObject()以后，可以将设备标识生成一个DirectShow Filter，将其加到Filter Graph中就可以参与工作了。

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

　　3、创建Sample Grabber过滤器

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

　　当创建好SampleGrabber以后，在Sample Grabber 过滤器连接到别的过滤器之前你必须配置它。然后查询IsampleGrabber接口,还要设置流媒体类型:

m_pGrabber-＞SetMediaType（）；

　　可以仅仅指定主媒体类型；或者主类型加子类型；或者主类型，子类型和类型格式。然后就把它加载到FilterGraph中去：

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

　　4、查找Filter Graph 的Pin并完成后续连接。

　　接下来就可以通过调用IGraphBuilder 的FindPin（）接口来查找过滤管理器中的Pin接口，并通过ICaptureGraphBuilder2 中的接口RenderStream（）来完成后续的连接。

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、获取流媒体类型并运行

　　通过GetConnectedMediaType（）获取连接流媒体的类型以后，我们可以通过IsampleGrabberCB类的接口BufferCB（）来把视频的数据拷贝到自定义的缓冲区中，然后通过在缓冲区的拷贝进行视频到图象数据的拷贝。最后运行﹕

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

　　结论

　　本文讨论了DirectShow的基本原理，创建Filter Graph的基本方法，以及通过DirectShow来捕获视频数据，然后将其保存为自己想要的图象，对于多媒体数据库管理系统是一个非常有利的补充，如对考试报名的软件系统有很强的适应性，可以降低开发成本。提高用户的实用性。

　　DirectShow技术是一个开发多媒体的行之有效的方法。在未来几年中，DirectShow技术的发展前景相当广阔，掌握DirectShow的技术将有重要的实用意义。