Filter 原理

2、Filter 原理

2.1 Filter 概述

Filter（過濾器）是 DirectShow 中最基本的概念。DirectShow 是經過 Filter Graph 來管理 Filter 的。Filter Graph 是 Filter 的 "容器"，而 Filter 是 Filter Graph 中的最小功能模塊。

Filter 通常由一個或多個 Pin 組成，Filter 經過 Pin 相互鏈接，構成一條順序的鏈路。Pin 是由 Filter 建立的 COM 對象。在上面曾經提到，Filter 根據實現功能的不一樣大體可分爲 3 類：Source Filters、Transform Filters 和 Rendering Filters。<span style="color:darkOrange">另外一種實用的判別方法是根據 Filter 包含的輸入 Pin 或者輸出 Pin 的數量來判斷。</span>

以下圖所示，能夠根據 Filter 所包含的輸入 Pin 和輸出 Pin 的熟練來判斷 Filter 的類型：

• 只有輸出 Pin，沒有輸入 pin，爲 Source Filter。
• 既有輸出 Pin，又有輸入 pin，爲 Transform Filter。
• 沒有輸出 Pin，只有輸入 pin，爲 Rendering Filter。

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Filter 是一種 COM 組件。爲了實如今 Filter Graph 中的統一操做，每一個 Filter 上都至少實現了 IBaseFilter 接口。實現 Filter 的文件通常是一個 DLL，擴展名能夠是 .dll，但更可能是 .ax。<span style="color:darkOrange">跟普通的 COM 組件同樣，Filter 的建立是經過 API 函數 CoCreateInstance 來完成的，</span>代碼以下：

STDAPI CoCreateInstance(
    REFCLSID rclsid, // class identifier (CLSID) of the object
    LPUNKNOWN pUnkOuter, // Pointer to controlling IUnknown
    DWORD dwClsContext, // Context for running executable code
    REFIID riid, // Reference to the identifier of the interface
    LPVOID * ppv // the interface pointer requested in riid
);

• 參數 rclsid 指定要建立的 Filter 的 CLSID；
• 由於絕大多數狀況下建立的 Filter 不是被 「聚合」（Aggregation）的，因此 pUnkOuter 指定爲 NULL；
• dwClsContext 能夠指定爲 CLSCTX_INPROC_SERVER，以建立進程內組件對象；
• riid 在建立 Filter 成功後得到的接口的 ID，通常爲 IID_IBaseFilter，也能夠是其餘特殊的接口；
• ppv 用於得到接口對象的指針。

<span style="color:green">Filter 必須加入到 Filter Graph 且接入到工做鏈路中才能發揮做用。若是想繞過 Filter Graph 而直接使用 Filter 實現的模塊功能，微軟公司提供了另外一種解決方案，就是將 Filter 功能移植成 DirectX 媒體對象（DMO）。</span>

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2.2 Filter 的註冊

若是須要編寫本身的 Filter，才須要瞭解Filter 的註冊。因此這裏因爲篇幅緣由不詳說，若是有這方面需求的話能夠去看《DirectShow開發指南》2.2 小節，以及DirectShow Filter的開發實踐

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2.3 Filter 的媒體類型

媒體類型其實是 DirectShow 定義的一個數據結構 AM_MEDIA_TYPE，代碼以下：

typedef struct _AMMediaType
{
    GUID majortype;
    GUID subtype;
    BOOL bFixedSizeSamples;
    BOOL bTemporalCompression;
    ULONG lSampleSize;
    GUID formattype;
    IUnknown *pUnk;
    ULONG cbFormat;
    BYTE *pbFormat;
}AM_MEDIA_TYPE;

從代碼中能夠看出，媒體類型主要用 3 部分來描述：majortype（主類型）、subtype（輔助說明類型）和 formattype（格式細節類型）。這 3 部分各自用一個 GUID 來標識。它們的做用分別是：

• majortype 定性地描述媒體類型，如制定這是一個視頻（MEDIATYPE_Video）、音頻（MEDIATYPE_Audio）或者字節流（MEDIATYPE_Stream）等；
• subtype 輔助說明 majortype，指明具體是哪一種格式，例如，若 majortype 是視頻， subtype 能夠進一步指明這是 UYVY（MEDIASUBTYPE_UYVY）、RGB24（MEDIASUBTYPE_RGB24）仍是RGB32（MEDIASUBTYPE_RGB32）等，若 majortype 是音頻，subtype 能夠進一步指明這是 PCM 格式（MEDIASUBTYPE_PCM）仍是 AC3 格式（MEDIASUBTYPE_DOLBY_AC3）等；
• formattype 指定了一種進一步描述格式細節的數據結構類型，格式細節描述的內容主要包括視頻圖像的大小、幀率，或者音頻的採樣頻率、量化精度等參數，這個描述格式細節的數據塊指針保存在 pbFormat 成員中。

AM_MEDIA_TYPE 結構中的其餘成員，如 bFixedSizeSamples、bTemporalCompression 和 lSampleSize，它們都是可選參數，也就是說，Filter 並不必定定義這些參數，在 Filter 中引用這些參數的值也並不老是 「可信」 的。這一點對於 Filter 開發人員來講尤其重要。

常見的媒體類型這裏再也不列出，有興趣瞭解能夠在 DirectShow MSDN 查看，或者搜索相關博客，例如：媒體結構（AM_MEDIA_TYPE structure）摘自MSDN

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<span style="color:green">當使用一個 AM_MEDIA_TYPE 數據結構描述媒體類型時，若是 majortype、subtype 和 formattype 都指定了一個特定的 GUID 值，那麼稱這種媒體類型爲 「徹底指定的媒體類型」；這 3 個部分只要有一個指定爲 GUID_NULL，則稱之爲 「不徹底指定的媒體類型」。</span>GUID_NULL 具備 「通配符」 的做用。

爲了方便使用，DirectShow 提供了另外一個 C++ 類——CMediaType 來操做媒體類型。CMediaType 類是從 AM_MEDIA_TYPE 數據結構中 「公共」（public）派生而來的，這樣既保留了直接訪問數據成員的靈活性，又增長了一些有用的類成員接口，如媒體類型賦值、媒體類型比較、格式數據塊內存的自動管理等。

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2.4 Filter的鏈接

Filter 的鏈接實際上也就是 Filter上Pin 的鏈接。鏈接的方向通常老是由上一級 Filter（Upstream Filter）的輸出 Pin 指向下一級 Filter（Downstream Filter）的輸入 Pin。

Pin 的鏈接其實是鏈接雙方使用的媒體類型的一個 「協商」 過程。這個過程很重要，也有點複雜。具體怎麼鏈接，這裏因爲篇幅緣由不詳說，感興趣能夠去看《DirectShow開發指南》2.4 小節，或者去 《DirectShow開發指南》學習筆記_4 瞭解。

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2.5 智能鏈接

Filter 經過 Pin 這樣的鏈接，就能 「串聯」 起來，從而構建一個完整的 Filter Graph。Filter Graph 的構建方法大概有如下幾種：

• IFilterGraph::AddFilter：<span style="color:darkOrange">該參數提供一個 Filter 對象，將其加入到 Filter Graph 中；</span>
• IFilterGraph::ConnectDirect：該參數提供輸出 Pin、輸入 Pin 以及媒體類型，進行直接的鏈接；
• IGraphBuilder::AddSourceFilter：該參數提供源文件名，自動將一個 Source Filter 加入到 Filter Graph 中；
• IGraphBuilder::Connect：該參數提供輸出 pin 和輸入 pin 進行鏈接，若是鏈接失敗，自動嘗試在中間插入必要的格式轉換 Filter；
• IGraphBuilder::Render：該參數提供輸出 pin，自動加入必要的 Filter 完成剩下部分 Filter Graph 的構建（直到鏈接到 Rendering Filter）；
• IGraphBuilder::RenderFile：該參數提供源文件名，自動加入必要的 Filter 完成這個文件的回放 Filter Graph 構建。

IFilterGraph::AddFilter用到的狀況較多。<span style="color:red">後 4 種構建方法都有 「自動」 的功能。在 DirectShow 中，這種 「自動」 機制也稱爲智能鏈接（Intelligent Connect）。</span>智能鏈接的具體實現過程，這裏因爲篇幅緣由不詳說，感興趣能夠去看《DirectShow開發指南》2.5 小節，或者去 《DirectShow開發指南》學習筆記_5 瞭解。

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