DirectShow开发快速入门之慨述

4、媒体Samples和Allocators

　　Filters通过pin的连接来传递数据，数据流是从一个filter的输出pin流向相连的filter的输入pin。输出pin常用的传递数据的方式是调用输入pin上的IMemInputPin::Receive方法。

　　对于filter来说，可以有好几种方式来分配媒体数据使用的内存块，可以在堆上分配，可以在DirectDraw的表面，也可以采用GDI共享内存，还有其他的一些方法，在Directshow中用来进行内存分配任务的是内存分配器（allocator），也是一个COM对象，暴露了一个IMemAllocator接口。

　　当两个pin连接的时候，必须有一个pin提供一个allocator，Directshow定义了一系列函数调用用来确定由哪个pin提供allocator，以及buffer的数量和大小。

　　在数据流开始之前，allocator会创建一个内存池（pool of buffer），在开始发送数据流以后，源filter就会将数据填充到内存池中一个空闲的buffer中，然后传递给下面的filter。但是，源filter并不是直接将内存buffer的指针直接传递给下游的filter，而是通过一个media samples的COM对象，这个sample是allocator创建的用来管理内存buffer。Media sample暴露了IMediaSample接口，一个sample包含了下面的内容：

　　一个指向没有发送的内存的指针。

　　一个时间戳

　　一些标志

　　媒体类型。

　　时间戳表明了presentation time，Renderer filter就是根据这个时间来安排render顺序的。标志是用来标示数据是否中断等等，媒体类型提供了中途改变数据格式的一种方法，不过，一般sample没有媒体类型，表明它们的媒体类型一直没有改变。

　　当一个filter正在使用buffer，它就会保持一个sample的引用计数，allocator通过sample的引用计数用来确定是否可以重新使用一个buffer。这样就防止了buffer的使用冲突，当所有的filter都释放了对sample的引用，sample才返回到allocator的内存池，供重新使用。

　　5、硬件设备在graph中的作用

　　下面的这段话借用的是陆其明的一段文档，特此标记2005-1-26我觉得他对硬件的表述比较清楚。

　　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,）。我们可以看一下结构图：见图1

　　我们可以看出，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。

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