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编写C++程序使DirectShow进行视频捕捉

2024-11-08 来源：个人技术集锦

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 
}

 
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
 

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。

选择一个视频捕捉设备（Select capture device）

如何选择一个视频捕捉设备，可以采用系统设备枚举，详细资料参见Using the System Device Enumerator 。enumerator可以根据filter的种类返回一个设备的monikers。Moniker是一个com对象，可以参见IMoniker的SDK。

对于捕捉设备，下面两种类是相关的。

  • CLSID_AudioInputDeviceCategory 音频设备
  • CLSID_VideoInputDeviceCategory 视频设备

下面的代码演示了如何枚举一个视频捕捉设备

ICreateDevEnum *pDevEnum = NULL; 
IEnumMoniker *pEnum = NULL; 
 
//Create the system device enumerator 
HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_SystemDeviceEnum, NULL, 
               CLSCT_INPROC_SERVER, IID_ICreateDevEnum,  
               reinterpret_cast<void**>(&pDevEnum)); 
 
if(SUCCEEDED(hr)) 
{ 
  //创建一个枚举器，枚举视频设备 
  hr = pDevEnum->CreateClassEnumerator(CLSID_VideoInputDeviceCategory,  
                    &pEnum, 0); 
}

 
IEnumMoniker接口pEnum返回一个IMoniker接口的列表，代表一系列的moniker，你可以显示所有的设备，然后让用户选择一个。
采用IMoniker::BindToStorage方法，返回一个IPropertyBag接口指针。然后调用IPropertyBag::Read读取moniker的属性。下面看看都包含什么属性：

1 FriendlyName 是设备的名字
2 Description 属性仅仅适用于DV和D-VHS/MPEG摄象机，如果这个属性可用，这个属性更详细的描述了设备的资料
3DevicePath 这个属性是不可读的，但是每个设备都有一个独一无二的。你可以用这个属性来区别同一个设备的不同实例

下面的代码演示了如何显示遍历设备的名称 ，接上面的代码

HWND hList;     //Handle to the list box 
IMoniker *pMoniker = NULL; 
while(pEnum->Next(1, &pMoniker, NULL) == S_OK) 
{ 
  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 
  } 
  VARIANT varName; 
  hr = pPropBag->Read(L"Description", &varName, 0); 
  if(FAILED(hr)) 
  { 
    hr = pPropBag->Read(L"FriendlyName", &varName, 0); 
  } 
  if(SECCEEDED(hr)) 
  { 
    //Add it to the application's list box 
    USES_CONVERSION; 
    (long)SendMessage(hList, LB_ADDSTRING, 0, (LPARAM)OLE2T(varName.bstrVal)); 
    VariantClear(&varName); 
  } 
 
  pPropBag->Release(); 
  pMoniker->Release(); 
}

 
如果用户选中了一个设备调用IMoniker::BindToObject为设备生成filter，然后将filter加入到graph中。

IBaseFilter *pCap = NULL; 
hr = pMoniker->BindToObject(0, 0, IID_IBaseFilter, (void**)&pCap); 
if(SECCEEDED(hr)) 
{ 
  hr = m_pGraph->AddFilter(pCap, L"Capture Filter");


为了创建可以预览视频的graph，可以调用下面的代码：

ICaptureGraphBuilder2 *pBuild;   //Capture Graph Builder 
//Initialize pBuild(not shown) 
... 
IBaseFilter *pCap;                 //Video capture filter 
hr = pBuild->RenderStream(&PIN_CATEGORY_PREVIEW, &MEDIATYPE_Video, 
                        pCap, NULL, NULL); 
}

如何捕捉视频流并保存到文件（Capture video to File）

1 将视频流保存到AVI文件

AVI Mux filter接收从capture pin过来的视频流，然后将其打包成AVI流。音频流也可以连接到AVI Mux Filter上，这样mux filter就将视频流和视频流合成AVI流。File writer将AVI流写入到文件中。
可以像下面这样构建graph图

IBaseFilter *pMux; 
hr = pBuild->SetOutputFileName(&MEDIASUBTYPE_Avi,      //Specifies AVI for the target file 
                L"C:\\Example.avi",       //File name 
                &pMux,                  //Receives a pointer to the mux 
                NULL);    //(Optional)Receives a pointer to the file sink

 
 
第一个参数表明文件的类型，这里表明是AVI，第二个参数是制定文件的名称。对于AVI文件，SetOutputFileName函数会创建一个AVI mux Filter 和一个 File writer Filter ，并且将两个filter添加到graph图中，在这个函数中，通过File Writer Filter 请求IFileSinkFilter接口，然后调用IFileSinkFilter::SetFileName方法，设置文件的名称。然后将两个filter连接起来。第三个参数返回一个指向 AVI Mux的指针，同时，它也通过第四个参数返回一个IFileSinkFilter参数，如果你不需要这个参数，你可以将这个参数设置成NULL。
然后，你应该调用下面的函数将capture filter 和AVI Mux连接起来。

hr = pBuild->RenderStream(&PIN_CATEGORY_CAPTURE,     //Pin category 
             &MEDIATYPE_Video,     //Media type 
             pCap,     //Capture filter 
             NULL,     //Intermediate filter(optional) 
             pMux);     //Mux or file sink filter 
//Release the mux filter 
pMux->Release();

第5个参数就是使用的上面函数返回的pMux指针。
当捕捉音频的时候，媒体类型要设置为MEDIATYPE_Audio，如果你从两个不同的设备捕捉视频和音频，你最好将音频设置成主流，这样可以防止两个数据流间drift，因为avi mux filter为同步音频，会调整视频的播放速度的。为了设置master 流，调用IConfigAviMux::SetMasterStream方法，可以采用如下的代码：

IConfigAviMux *pConfigMux = NULL; 
hr = pMux->QueryInterface(IID_IConfigAviMux, (void**)&pConfigMux); 
if(SUCCEEDED(hr)) 
{ 
  pConfigMux->SetMasterStream(1); 
  pConfigMux->Release(); 
}

SetMasterStream的参数指的是数据流的数目，这个是由调用RenderStream的次序决定的。例如，如果你调用RenderStream首先用于视频流，然后是音频，那么视频流就是0，音频流就是1。
添加编码filter

IBaseFilter *pEncoder; 
//Add it to the filter graph 
pGraph->AddFilter(pEncoder, L"Encode"); 
//Render the stream 
hr = pBuild->RenderStream(&PIN_CATEGORY_CAPTURE, &MEDIATYPE_Video,  
             pCap, pEncoder, pMux); 
pEncoder->Release();

2 将视频流保存成wmv格式的文件

为了将视频流保存成并编码成windows media video （WMV）格式的文件，将capture pin连到WM ASF Writer filter。

构建graph图最简单的方法就是将在ICaptureGraphBuilder2::SetOutputFileName方法中指定MEDIASUBTYPE_Asf的filter。如下

IBaseFilter *pASFWriter = 0; 
hr = pBuild->SetOutputFileName(&MEDIASUBTYPE_Asf,    //Create a windows media file 
                L"C:\\VidCap.wmv",        //File name 
                &pASFWriter,       //Receives a pointer to the filter 
                NULL);        //Receives an IFileSinkFilter interface pointer(optional)

参数MEDIASUBTYPE_Asf 告诉graph builder，要使用wm asf writer作为文件接收器，于是，pbuild 就创建这个filter，将其添加到graph图中，然后调用IFileSinkFilter::SetFileName来设置输出文件的名字。第三个参数用来返回一个ASF writer指针，第四个参数用来返回文件的指针。

在将任何pin连接到WM ASF Writer之前，一定要对WM ASF Writer进行一下设置，你可以同过WM ASF Writer的IConfigAsfWriter接口指针来进行设置。

IConfigAsfWriter *pConfig = 0; 
hr = pASFWriter->QueryInterface(IID_IConfigAsfWriter, (void**)&pConfig); 
if(SUCCEEDED(hr)) 
{ 
  //Configure the ASF Writer filter 
  pConfig->Release(); 
}
然后调用ICaptureGraphBuilder2::RenderStream将capture Filter 和 ASF writer连接起来：
hr = pBuild->RenderStream(&PIN_CATEGORY_CAPTURE,     //Capture pin 
             &MEDIATYPE_Video,       //Video. Use MEDIATYPE_Audio for audio 
             pCap,     //Pointer to the capture filter 
             0,  
             pASFWriter);   //Pointer to the sink filter(ASF Filter)

 
3保存成自定义的文件格式
如果你想将文件保存成自己的格式，你必须有自己的 file writer。看下面的代码：

IBaseFilter *pMux = 0; 
IFileSinkFilter *pSink = 0; 
hr = pBuild->SetOutputFileName(&CLSID_MyCustomMuxFilter,   //开发自己的Filter 
                L"C:\\VidCap.avi", &pMux, &pSink);

4如何将视频流保存进多个文件
当你将视频流保存进一个文件后，如果你想开始保存第二个文件，这时，你应该首先将graph停止，然后通过IFileSinkFilter::SetFileName改变 File Writer 的文件名称。注意，IFileSinkFilter指针你可以在SetOutputFileName时通过第四个参数返回的。
看看保存多个文件的代码：

IBaseFilter *pMux = 0; 
IFileSinkFilter *pSink = 0; 
hr = pBuild->SetOutputFileName(&MEDIASUBTYPE_Avi,  
                L"C:\\YourFileName.avi", &pMux, &pSink); 
if(SUCCEEDED(hr)) 
{ 
  hr = pBuild->RenderStream(&PIN_CATEGORY_CAPTURE, &MEDIATYPE_Video, 
                        pCap, NULL, pMux); 
  if(SUCCEEDED(hr)) 
  { 
    pControl->Run(); 
    pControl->Stop(); 
    //Change the file name and run the graph again 
    pSink->SetFileName(L"YourFileName02.avi", 0); 
    pControl->Run(); 
  } 
 
  pMux->Release(); 
  pSink->Release(); 
}

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