DirectShow SDK 开发详解

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"Directshow SDK的学习笔记，包含了设置开发环境、示例程序、DirectShow概述、FilterGraph及其组成等内容，旨在帮助开发者理解并使用DirectShow进行视频开发。" DirectShow是微软开发的一种在Windows平台上处理流媒体的框架，作为DirectX的一部分发布。它提供了一个强大的工具集，用于多媒体流的捕获和回放，支持多种媒体格式，如Asf、Mpeg、Avi、Dv、Mp3、Wave等，并且能够与WDM驱动兼容的采集卡配合，实现数据捕获和处理。此外，DirectShow还整合了DirectDraw和DirectSound等技术，支持DVD播放、视频非线性编辑以及与数字摄像机的交互。设置DirectShow开发环境是至关重要的。对于使用Visual C++ (VC)的开发者，需要在项目设置中包含头文件`Dshow.h`，这是所有DirectShow应用的基础。同时，需要链接动态库`Strmiids.lib`，该库包含了所有接口的CLSID和IID定义。另一个关键的链接库是`Quartz.lib`，它是DirectShow的核心库。尽管文档中未给出具体的示例代码，但通常一个简单的DirectShow示例可能包括创建Filter Graph Manager，添加过滤器（如源过滤器、转换过滤器和渲染过滤器），然后连接这些过滤器以形成一个完整的数据流路径。 DirectShow的核心是Filter Graph，它是一种图结构，由多个Filter组成。每个Filter执行特定的媒体处理任务，例如读取媒体文件、解码视频或音频、显示图像等。Filter之间通过Pin连接，Pin是Filter间传输数据的通道。Filter Graph Manager负责管理和协调Filter的操作，包括构建图、启动和停止流处理等。 Filter Graph的组成包括但不限于以下几个关键部分： 1. **Source Filter**：负责获取原始数据，可能是从文件、设备或网络中读取。 2. **Transform Filter**：执行编码、解码、格式转换等操作。 3. **Renderer Filter**：将处理后的数据呈现到屏幕或输出到音频设备。 4. **Filter Graph Manager**：管理整个Filter Graph，处理Filter间的连接和流程控制。 5. **Filters和Pins**：Filter之间通过Pins连接，形成数据流的路径。通过自定义Filter，开发者可以扩展DirectShow的功能，以满足特定需求。例如，创建一个新的解码器Filter以支持新的媒体格式，或者创建一个特殊的捕获Filter来处理特定类型的硬件设备。 DirectShow SDK的内部培训资料提供了全面的指南，帮助开发者深入理解DirectShow的工作原理和使用方法，从而有效地进行视频相关的开发工作。通过学习这些笔记，开发者不仅能掌握DirectShow的基本用法，还能了解如何构建和定制Filter Graph，以适应各种复杂的多媒体应用场景。

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}

while(!bDone)

{

if (WAIT_OBJECT_0 == WaitForSingleObject(hEvent, 100))

{

while (hr = pEvent->GetEvent(&evCode, &param1, &param2, 0), SUCCEEDED(hr))

{

printf("Event code: %#04x\n Params: %d, %d\n", evCode, param1, param2);

pEvent->FreeEventParams(evCode, param1, param2);

switch (evCode)

{

case EC_COMPLETE: // Fall through.

case EC_USERABORT: // Fall through.

case EC_ERRORABORT:

CleanUp();

PostQuitMessage(0);

return;

}

事件通知码（Event Notification Codes）

暂略，需要补充

1.8Directshow 中的时钟（Time and Clocks in Dshow）

1 参考时钟：

参考时钟是 Filter 用来同步 Filter 图表管理器中的所有的 Filter 的。

任何一个引出 IReferenceClock 接口的对象都可以作为参考时钟。参考时钟可以是 Filter 提供，

例如声卡就可以提供一个硬件的时钟。当然，可靠的时钟就是采用系统的时间。

名义上，参考时钟的精确度在 100 纳秒，但实际上，没有那么精确。调用

IReferenceClock::GetTime 可以获取时钟的当前时间。

尽管时钟的精确性还有所变动，但是 GetTime 方法返回的保证时间是增加的。也就是说，

时钟不会倒退回去，比如，对硬件时钟进行了调整，GetTime 方法就返回上次的时间。

缺省的参考时钟

当 Graph 运行的时候，Filter 图表管理器会自动选择一个参考时钟的，选择时钟的法则如下

1 如果应用程序选择了时钟，就采用应用程序选择的时钟

2 如果 Graph 包含一个活动的源 Filter，这个 filter 有 IReferenceClock 接口，那么就用这个时

钟。

3 如果 Graph 中不含有任何活动的源 Filter，就选用 graph 中任何暴露 IReferenceClock 接口的

Filter，选择的方法是从 Renderers 逆流向上，连接的 filter 优先，没有连接的 filter 次之。

4 如果没有任何 filter 符合条件，就采用系统参考时钟 System Reference Clock

设置参考时钟

如果你想为 graph 设置新的时钟，应用程序可以调用图表管理器的接口

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IMediaFilter::SetSyncSource 方法来选择一个参考时钟。

如果你给 SetSyncSource 传递的参数为 NULL，Graph 就不设置任何的参考时钟了。如果想恢

复缺省的时钟，调用 IFilterGraph::SetDefaultSyncSource 方法。

当 graph 的参考时钟改变时，Graph 通过 the reference clock changes, the Filter Graph Manager

notifies each filter by calling its IMediaFilter::SetSyncSource 通知所有的 Filter。

2 Clock Times

Directshow 定义了两个相关的时间，参考时钟和数据流时间

参考时间是参考时钟的绝对时间

数据流时间和 graph 开始的时间有关。

当 graph 正在运行，流时间就等于从开始时间计数的时间，当 graph 暂停，流时间就等于它

暂停开始的时间，当 graph 停止时，流时间不确定。

当一个 sample 具有时间戳 t，就意味着这个 sample 应该在流时间 t 播放，因此，流时间也叫

播放时间。

当应用程序通过 IMediaControl::Run 来运行 graph 时，在 graph 内部也调用了

IMediaFilter::Run

3 时间戳

时间戳采用的是流时间，它在 sample 标上开始和结束时间。时间戳也叫播放时间，通过后面

的知识你会了解到，并不是所有格式的数据流都采用同一种样式的时间戳。

当 renderer Filter 接收到 sample，它会根据 sample 的时间戳进行排序，等到该 sample 的播放

时间到了，就开始播放该 sample ，从到达到开始播放的时间，可以通过

IReferenceClock::AdviseTime 获得。如果 sample 来晚了，或者 sample 没有时间戳，filter 就

立即播放 sample。

源 Filter 通过下面的规则来负责给 sample 设置时间戳

1 文件重播

第一个 sample 的时间戳为 0，随后的时间戳根据 sample 的大小和播放的速率来确定。这都由

分解文件的 Filter 来计算和确定，例如 AVI Splitter

2 视频和音频的捕捉

所有的 sample 在捕捉的时候就被打上时间戳了，时间等于流时间

3 混和 Filter

根据输出数据流的格式，混和 filter 也许需要时间戳，也许不需要，

可以通过调用 IMediaSample::SetTime 来给 sample 设置时间

4 活动的源 Live Source

活动的源 Filter，就是推模式的源，实时的接收数据。视频捕捉和网络广播就是例子，活动得

源无法控制数据流得速率。

下面的 Filter 通常被认为是活动的源 filter

Filter 调用 IAMFilterMiscFlags::GetMiscFlags 方法时返回

AM_FILTER_MISC_FLAGS_IS_SOURCE，并且至少有一个输出 pin 暴露了 IAMPushSource

接口

2 Filter 暴露 IKsPropertySet 接口，并且有个捕捉 pin（PIN_CATEGORY_CAPTURE）

如果活动的源能够提供参考时钟，那么 Graph 首先采用。

反应时间（Latency）

过滤器（filter）的反映时间就是 Filter 处理 sample 所花费的时间。对于活动的源 filter，反应

时间由容纳 sample 的内存大小决定。例如，假设一个 filter 有一个视频源具有 33ms 的反应时

间，一个音频源有 500ms 的反应时间，每一个视频祯（video frame）比相应的音频 sample 要

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早 470ms，除非 graph 进行补偿，否则视频和音频是不同步的。

活动的源可以通过 IAMPushSource 接口来进行同步。除非应用程序调用

IAMGraphStreams::SyncUsingStreamOffset 方法对源进行同步，一般来说 Filter 图表管理器

是不会对源进行同步的。图表管理器对源进行同步时，向各个源 filter 查询 IAMPushSource 接

口，如果 filter 支持 IAMPushSource ，图表管理器就会通过 IAMLatency::GetLatency 来得

到 filter 期望的反应时间。注：IAMPushSource 继承与 IAMLatency。通过组合这些反应值，

filter 图表管理器 Graph 最大反应时间，然后调用 IAMPushSource::SetStreamOffset 给每个源

filter 设置一个数据流偏移时间，当 filter 给它产生的 sample 打时间戳的时候，要加上偏移时

间的。

现在，VFW Capture filter 和 Audio Capture filter.都支持 IAMPushSource 接口。

速率匹配（Rate Matching）

当 renderer Filter 利用参考时钟安排播放顺序的时候，如果源 filter 采用另一种时钟，在重放的

时候就会发生故障。播放的速度大于源产生的速度，就会产生间隙停顿，或者播放速度小于

源的产生速度，就会形成数据的堆积，造成内存出错。源一般来说是无法控制数据的产生速

度的，因此，播放速度要随着源的速度改变而改变。

现在，只有在音频播放 filter 才能进行速率匹配，因为音频中的 glitches 比视频中的更容易捕

捉到。为了匹配音频播放速率，要注意下列事情。

1 如果 graph 没有使用参考时钟，没法进行速率匹配。

2 上游要有一个活动的源

3 源 filter 的输出 pin 要支持 IAMPushSource 接口，当请求

IAMPushSource::GetPushSourceFlags.要返回下面的值

AM_PUSHSOURCECAPS_INTERNAL_RM

AM_PUSHSOURCECAPS_NOT_LIVE

AM_PUSHSOURCECAPS_PRIVATE_CLOCK

4 如果 GetPushSourceFlags 返回 0，播放 filter 就根据 graph 时钟和 sample 的时间戳来自己决

定播放速率

1.9 动态删除或增加 Filter（Dynamic Graph Building）

在进行 pin 连接的时候，应用程序一般都要讲 graph 停掉。但是，一些 filter 支持 pin 的动态

连接。

如上图，我们想将 Filter 2 动态移走。有两个必要条件：（1）Filter 3 (pin D)必须支持

IPinConnection 接口（这个接口能够保证 Filter 在非 Stopped 状态下也能进行 Pin 的重连）；

（ 2 ） Filter 在重连的时候不允许数据的传输，所以要将数据线程阻塞。如果“重连”是由 Filter

1 发起的（在 Filter 内部完成），那么 Filter 1要同步这个数据发送线程；如果“重连”由应

用程序来完成，则要求 Filter 1 (pin A)实现 IPinFlowControl 接口。

动态重连的一般步骤如下：

（1）在 Filter 1(pin A)上阻塞数据流线程。

IPinFlowControl::Block 可以工作在同步和异步两种模式下。不要在应用程序主线程下使用该

Block 函数的同步模式，因为这样可能会引起线程死锁。要么另外使用一个 worker thread，要

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么使用 Block 函数的异步模式。如下：

// Create an event

HANDLE hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);

if (hEvent != NULL)

{

// Block the data flow.

hr = pFlowControl->Block(AM_PIN_FLOW_CONTROL_BLOCK, hEvent);

if (SUCCEEDED(hr))

{

// Wait for the pin to finish.

DWORD dwRes = WaitForSingleObject(hEvent, dwMilliseconds);

}

（2）重连 Pin A 和 Pin D，必要时插入新的 Filter。

这里 Pin 的重连可以使用 IGraphConfig::Reconnect 或 IGraphConfig::Reconfigure

（IGraphConfig 接口可以从 Filter Graph Manager 上获得）。 Reconnect 比 Reconfigure 使用起来

要简单，它主要作如下几件事：将 Filter 2 置于 Stopped 状态，然后将其移走；加入新的 Filter；

重新连接相关的各个 Pin；将新加入的 Filter 置于 Paused 或 Running 状态，以使其与 Filter Graph

同步。示例如下：

pGraph->AddFilter(pNewFilter, L"New Filter for the Graph");

pConfig->Reconnect(

pPinA, // Reconnect this output pin...

pPinD, // ... to this input pin.

pMediaType, // Use this media type.

pNewFilter, // Connect them through this filter.

NULL,

0);

实际应用中，如果你觉得 Reconnect 不够灵活，还可以改用 Reconfigure。使用 Reconfigure 方

法，你必须在你的应用程序里实现 IGraphConfigCallback 接口；在 Reconfigure 调用之前，还

必须依次调用 Filter 3(pin D)上的 IPinConnection::NotifyEndOfStream 和 Filter 2(pin B)上的

IPin::EndOfStream，以使得还没处理完的数据全部发送下去（这些处理 IGraphConfig::Reconnect

会自动给我们完成）。

（ 3 ）再次启动 Filter 1(pin A)上的数据发送线程。

只需调用 IPinFlowControl::Block，如下：pFlowControl->Block(0, NULL);

过滤器链（Filter Chains）

首先要弄明白什么是 Filter Chain。见下图：

1 Filter Chain 是相互连接着的一条 Filter 链路，并且链路中的每个 Filter 至多有一个 Input pin，

至多有一个 Output pin；

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2 这条 Filter 链路中的数据流不依赖于链路外的其他 Filter。

如上图中，A–B，C–D，F–G–H，F–G，G–H 都是 Filter Chain，同时 Filter 链也可以只

包括一个 filter，因此 A,B,C,D,E,F,G 也都是独立的链，因为 E 含有两个输入 pin，因此任何含

有 E 的都不是 Filter Chain。

Filter Chain 通过 IFilterChain 接口来操作的，该接口可以从 Filter Graph Manager 上获得。

IFilterChain 提供了下面的方法用来操作 filter 链。

IFilterChain::StartChain 开始一个链条

IFilterChain::StopChain 停止一个链条

IFilterChain::PauseChain 暂停一个链条

IFilterChain::RemoveChain 将一个链条从 graph 中删除

并没有一个特殊的方法用来添加一个 chain，它和正常的添加 filter 的方法一样，首先用

IFilterGraph::AddFilter 在 graph 中添加一个 filter，然后就是 IGraphBuilder::Connect,

IGraphBuilder::Render 等诸如此类的方法。

当Graph 在运行的时候，Filter Chain 可以在 Running 和 Stopped 状态之间切换；当 Graph

在暂停状态下，Filter Chain 可以在 Paused 和 Stopper 状态之间切换。以上是 Filter Chain 仅有

的两种状态转换。

Filter Chain 的使用规则

当你使用 IFilterChain 的方法时，你一定要确保 graph 中的 filter 都支持这个接口，否则的话你

也可能会造成死锁和 graph 错误。

下面将教给你如何正确使用 filter chain

1 在链条的状态改变之前，在链条边界的数据处理必须完成。下面的函数可以完成这些事情：

IMemInputPin::Receive, IPin::NewSegment, and IPin::EndOfStream。

Filters in the chain must return from calls to these methods made by filters outside the chain; and

filters outside the chain must return from calls made by filters within the chain.

例如：

2 链中的所有的 filter 必须对链条的状态改变做出反应

3 只有当 Filter 支持动态断开的时候才能删除有个链条。

1.10 Plug-in Distributors

2 Directshow 的应用（Using Directshow）

2.1 在 GraphEdit 中模拟构建 Graph（Simulating Graph Building）

1 GraphEdit 概述

GraphEdit 是一个很有用的工具，可以用来构建 graph 图。通过 GraphEdit，你可以在开发代

码之前进行一下体验，你也可以装载一个你的应用程序创建的 Graph 文件。如果你想开发一

个自己的 filter，GraphEdit 给你提供了一个快速测试的方法：将你的 filter 添加到 graph 中，

然后运行 graph。如果你是一个 Directshow 的初学者，那么通过 GraphEdit 你可以熟悉 Filter

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