DirectShow技術(shù)在W indows CE系統(tǒng)中的圖像采集實現(xiàn)

王 輝，陳浩明，王小英

（常熟理工學(xué)院 計算機科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

DirectShow是微軟公司在ActiveMovie和Video for Windows的基礎(chǔ)上推出的新一代基于COM(Component Object Model)的流媒體處理的開發(fā)包[1].它采用流水線的工作思想，可以實時處理并輸出采集到的數(shù)據(jù)流，具有很強的時效性和靈活性.DirectShow屏蔽了硬件設(shè)備的差異性，降低了流媒體處理軟件的開發(fā)難度，支持多種媒體數(shù)據(jù)類型的解碼播放、格式轉(zhuǎn)化，同時還具有VFW(Video for Windows)視頻采集方式所不支持的多路音視頻數(shù)據(jù)同時采集的功能，可以輕松地應(yīng)用于視頻監(jiān)視系統(tǒng)、視頻會議、視頻點播等系統(tǒng)的開發(fā)[2，3].

目前隨著嵌入式系統(tǒng)的普及，DirectShow被成功地移植到了Windows CE嵌入式系統(tǒng)之中[4]，為Windows CE系統(tǒng)中的多媒體應(yīng)用的開發(fā)提供了有力的支持.通過DirectShow技術(shù)，可以基于Windows CE嵌入式系統(tǒng)高效的開發(fā)OCR(Optical Character Recognition)（光學(xué)字符識別）產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)視頻會議播放產(chǎn)品等一些具有廣闊市場前景的流媒體應(yīng)用產(chǎn)品.

1 DirectShow系統(tǒng)框架

DirectShow是一個開放性的應(yīng)用架構(gòu)，如圖1所示.應(yīng)用程序在使用DirectShow時將按照一定的意圖建立起相應(yīng)的Filter Graph，通過Filter Graph Manager來控制整個數(shù)據(jù)處理過程.DirectShow在Filter Graph運行的時候接收各種事件，通過消息的方式發(fā)送到應(yīng)用程序，實現(xiàn)應(yīng)用程序與DirectShow系統(tǒng)之間的交互.

DirectShow中有三種Filter，分別是Source Filter，Transform Filter和Rendering Filter.Source Filters主要負責(zé)取得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源可以是文件、因特網(wǎng)、或者計算機里的采集卡、數(shù)字攝像機等，然后將數(shù)據(jù)向下傳輸；Transform Filers主要負責(zé)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、傳輸；Rendering Filters主要負責(zé)數(shù)據(jù)的最終去向，可以將數(shù)據(jù)傳送至聲卡、顯卡進行多媒體的演示，也可以輸出到文件進行存儲.每個Filter都有其自己的連接Pin.Filter通過輸入和輸出Pin進行不同F(xiàn)ilter之間的連接.

DirectShow采用了COM標準，在Direct-Show中提供了IGraphBuilder、IMediaControl、IVideoWindow等重要接口來完成視頻流的采集與控制功能.使用DirectShow進行攝像頭的視頻流捕獲時，首先需構(gòu)建一個ICaptureGraphBuilder2和IGraphBuilder的COM對象，然后對攝像頭驅(qū)動進行枚舉，并將視頻捕獲濾鏡與攝像頭驅(qū)動建立關(guān)聯(lián)，最終通過IGraphBuilder的對象查找IMediaControl接口和IVideoWindows接口實現(xiàn)預(yù)覽窗體的設(shè)置和流媒體的基本控制.

圖1 DirectShow系統(tǒng)框架

2 DirectShow在W indows CE上的實現(xiàn)

在Windows CE5.0以上的版本中都提供了可以直接調(diào)用攝像頭的API函數(shù)，但是這些函數(shù)功能都過于簡單，為此Microsoft公司又將DirectShow移植到Windows CE5.0以上的系統(tǒng)中，針對嵌入式設(shè)備的CPU的處理能力較弱以及嵌入式設(shè)備的內(nèi)存容量較小的特點，Microsoft公司在移植DirectShow時也進行了必要裁剪，而這也導(dǎo)致了在Windows CE上進行DirectShow應(yīng)用的開發(fā)相比于在PC機上的開發(fā)要有所不同.

本軟件的開發(fā)使用Visual Studio 2005開發(fā)工具中的智能設(shè)備開發(fā)環(huán)境，語言選擇了c++，因為c++可以自由地申請和釋放內(nèi)存，以節(jié)約嵌入式系統(tǒng)中的有限內(nèi)存資源.在開發(fā)Windows CE應(yīng)用程序之前，首先需要安裝Windows CE的SDK，該開發(fā)包提供了DirectShow應(yīng)用程序開發(fā)所需的庫函數(shù).

為了在工程里面能夠正常地使用DirectShow，首先需要在工程中添加“dshow.h”頭文件以及aygshell.lib和strmiids.lib兩個靜態(tài)庫.由于DirectShow是基于COM開發(fā)，因此為了方便接口的調(diào)用和釋放，可以使用智能指針CComptr<>，因此也需要添加atlbase.h這個頭文件.

DirectShow在Windows CE系統(tǒng)上驅(qū)動攝像頭，采集圖像并保存的流程如圖2所示.

本文在 Windows CE系統(tǒng)中通過DirectShow技術(shù)實現(xiàn)了視頻捕獲的應(yīng)用軟件，主要包括視頻流采集與預(yù)覽、視頻流和圖片保存、視頻流格式設(shè)置以及預(yù)覽窗體創(chuàng)建四個模塊.

2.1 視頻流采集與預(yù)覽

該模塊為整個軟件的核心部分，其流程圖如圖3所示.在該流程中，查找攝像頭的驅(qū)動并與視頻捕獲濾鏡建立關(guān)聯(lián)的方法不同于PC機上方式，因為Windows CE中的攝像頭數(shù)目有限，不需要特意地去枚舉視頻捕捉設(shè)備，Windows CE的SDK中提供了FindFirstDevice函數(shù)，可以方便地查找到攝像頭設(shè)備.

通過FindFirstDevice進行查找設(shè)備驅(qū)動時需要使用Windows CE中攝像頭驅(qū)動的GUID，其GUID為{0xCB998A05，0x122C，0x4166，0x84，0x6A，0x93，0x3E，0x4D，0x7E，0x3C，0x86}.其實現(xiàn)代碼如下：

圖2 DirectShow在Windows CE上的圖像采集

2.2 視頻流和圖片保存

在實現(xiàn)圖片或視頻保存時，DirectShow提供了設(shè)置視頻或圖片存儲格式的功能，但是這些功能受到硬件條件的制約，并非每款設(shè)備上都能實現(xiàn)對視頻或圖片格式的設(shè)置.

對圖片進行保存的核心實現(xiàn)代碼如下：

圖3 視頻流捕獲模塊流程圖

2.3 設(shè)置視頻流格式與創(chuàng)建預(yù)覽窗體

通過DirectShow技術(shù)可以比較簡單地設(shè)置視頻流的像素、采集頻率以及圖像的位數(shù)，不過這些參數(shù)的設(shè)置也需要硬件的支持才可以實現(xiàn).視頻格式的設(shè)置主要由IAMStreamConfig接口提供，該接口由ICaptureGraph-Builder2的COM對象獲得，在Windows CE中可以使用 AM_MEDIA_TYPE和VIDEOINFOHEADER結(jié)構(gòu)體來保存原始視頻流格式以及設(shè)置后的視頻流的格式.

DirectShow在進行預(yù)覽攝像頭采集的視頻流之前需要先設(shè)置預(yù)覽窗體，該窗體的接口通過濾鏡管理器進行查詢得出.控制視頻窗體的接口為IVedioWindow，通過該接口可以設(shè)置視頻窗體的風(fēng)格，大小和所在窗體的位置.視頻流能夠正常運行還需要IGraphBuild的COM對象提供IMediaControl接口來進行控制，只有視頻流進行了正常采集的時候，預(yù)覽窗體才會進行視頻流的實時顯示.

3 系統(tǒng)性能分析

圖4 DirectShow技術(shù)實現(xiàn)的系統(tǒng)

圖5 設(shè)置顯示窗體的大小

圖4和圖5分別是用DirectShow技術(shù)和系統(tǒng)自帶的API函數(shù)實現(xiàn)的圖像采集系統(tǒng).采用DirectShow技術(shù)實現(xiàn)的系統(tǒng)其靈活性遠遠超過了采用系統(tǒng)自帶的API函數(shù)實現(xiàn)的系統(tǒng).該軟件可以設(shè)置圖像的分辨率、視頻預(yù)覽窗體的大小、視頻的旋轉(zhuǎn)、保存視頻流或從視頻流中捕獲的圖片，實現(xiàn)了視頻采集應(yīng)用的基本功能.同時，使用DirectShow自帶的濾鏡或者用戶自定義的濾鏡可以實現(xiàn)視頻流的實時處理，還可以開發(fā)更為高級的應(yīng)用功能，而使用Windows CE系統(tǒng)中自帶的一些API時，只能調(diào)用系統(tǒng)自帶的拍照程序，用戶無法對其添加其他功能，也不能對實時的視頻流進行處理，無法開發(fā)一些具有實際價值的應(yīng)用.

除此之外，因為DirectShow只涉及到視頻流的采集與處理，因此軟件的界面可以由開發(fā)人員自由設(shè)計，而調(diào)用Windows CE自帶的API函數(shù)時，開發(fā)人員無法對其軟件界面進行修改.在進行單獨的拍照測試時，使用DirectShow開發(fā)的視頻采集軟件的速度也要優(yōu)于直接調(diào)用系統(tǒng)API函數(shù)開發(fā)的系統(tǒng).

4 結(jié)論

本文研究了DirectShow技術(shù)的框架及關(guān)鍵技術(shù)，并在Windows CE系統(tǒng)中實現(xiàn)了視頻流的圖像采集、預(yù)覽、處理、保存等功能，為今后在Windows CE嵌入式系統(tǒng)中開發(fā)視頻監(jiān)視系統(tǒng)、OCR系統(tǒng)，以及將Windows CE系統(tǒng)應(yīng)用到攝像機、照相機等設(shè)備中提供了初步的技術(shù)驗證.

[1]陸其明.DirectShow開發(fā)指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[2]唐蕓，杜江紅，陳繼華.基于COM技術(shù)的DirectShow視頻采集的研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003（6）.

[3]黃振宇，王敏，吳濤.基于COM的Directshow Filter實現(xiàn)[J].微機發(fā)展，2004（5）.

[4]邱小平.WindowsCE 6.0開發(fā)經(jīng)典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.