Filter 原理

2、Filter 原理

2.1 Filter 概述

Filter（过滤器）是 DirectShow 中最基本的概念。DirectShow 是经过 Filter Graph 来管理 Filter 的。Filter Graph 是 Filter 的 "容器"，而 Filter 是 Filter Graph 中的最小功能模块。

Filter 通常由一个或多个 Pin 组成，Filter 经过 Pin 相互链接，构成一条顺序的链路。Pin 是由 Filter 建立的 COM 对象。在上面曾经提到，Filter 根据实现功能的不一样大体可分为 3 类：Source Filters、Transform Filters 和 Rendering Filters。<span style="color:darkOrange">另外一种实用的判别方法是根据 Filter 包含的输入 Pin 或者输出 Pin 的数量来判断。</span>

以下图所示，能够根据 Filter 所包含的输入 Pin 和输出 Pin 的熟练来判断 Filter 的类型：

• 只有输出 Pin，没有输入 pin，为 Source Filter。
• 既有输出 Pin，又有输入 pin，为 Transform Filter。
• 没有输出 Pin，只有输入 pin，为 Rendering Filter。

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Filter 是一种 COM 组件。为了实如今 Filter Graph 中的统一操做，每一个 Filter 上都至少实现了 IBaseFilter 接口。实现 Filter 的文件通常是一个 DLL，扩展名能够是 .dll，但更可能是 .ax。<span style="color:darkOrange">跟普通的 COM 组件同样，Filter 的建立是经过 API 函数 CoCreateInstance 来完成的，</span>代码以下：

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
);

• 参数 rclsid 指定要建立的 Filter 的 CLSID；
• 由于绝大多数状况下建立的 Filter 不是被 “聚合”（Aggregation）的，因此 pUnkOuter 指定为 NULL；
• dwClsContext 能够指定为 CLSCTX_INPROC_SERVER，以建立进程内组件对象；
• riid 在建立 Filter 成功后得到的接口的 ID，通常为 IID_IBaseFilter，也能够是其余特殊的接口；
• ppv 用于得到接口对象的指针。

<span style="color:green">Filter 必须加入到 Filter Graph 且接入到工做链路中才能发挥做用。若是想绕过 Filter Graph 而直接使用 Filter 实现的模块功能，微软公司提供了另外一种解决方案，就是将 Filter 功能移植成 DirectX 媒体对象（DMO）。</span>

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2.2 Filter 的注册

若是须要编写本身的 Filter，才须要了解Filter 的注册。因此这里因为篇幅缘由不详说，若是有这方面需求的话能够去看《DirectShow开发指南》2.2 小节，以及DirectShow Filter的开发实践

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2.3 Filter 的媒体类型

媒体类型其实是 DirectShow 定义的一个数据结构 AM_MEDIA_TYPE，代码以下：

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

从代码中能够看出，媒体类型主要用 3 部分来描述：majortype（主类型）、subtype（辅助说明类型）和 formattype（格式细节类型）。这 3 部分各自用一个 GUID 来标识。它们的做用分别是：

• majortype 定性地描述媒体类型，如制定这是一个视频（MEDIATYPE_Video）、音频（MEDIATYPE_Audio）或者字节流（MEDIATYPE_Stream）等；
• subtype 辅助说明 majortype，指明具体是哪一种格式，例如，若 majortype 是视频， subtype 能够进一步指明这是 UYVY（MEDIASUBTYPE_UYVY）、RGB24（MEDIASUBTYPE_RGB24）仍是RGB32（MEDIASUBTYPE_RGB32）等，若 majortype 是音频，subtype 能够进一步指明这是 PCM 格式（MEDIASUBTYPE_PCM）仍是 AC3 格式（MEDIASUBTYPE_DOLBY_AC3）等；
• formattype 指定了一种进一步描述格式细节的数据结构类型，格式细节描述的内容主要包括视频图像的大小、帧率，或者音频的采样频率、量化精度等参数，这个描述格式细节的数据块指针保存在 pbFormat 成员中。

AM_MEDIA_TYPE 结构中的其余成员，如 bFixedSizeSamples、bTemporalCompression 和 lSampleSize，它们都是可选参数，也就是说，Filter 并不必定定义这些参数，在 Filter 中引用这些参数的值也并不老是 “可信” 的。这一点对于 Filter 开发人员来讲尤其重要。

常见的媒体类型这里再也不列出，有兴趣了解能够在 DirectShow MSDN 查看，或者搜索相关博客，例如：媒体结构（AM_MEDIA_TYPE structure）摘自MSDN

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<span style="color:green">当使用一个 AM_MEDIA_TYPE 数据结构描述媒体类型时，若是 majortype、subtype 和 formattype 都指定了一个特定的 GUID 值，那么称这种媒体类型为 “彻底指定的媒体类型”；这 3 个部分只要有一个指定为 GUID_NULL，则称之为 “不彻底指定的媒体类型”。</span>GUID_NULL 具备 “通配符” 的做用。

为了方便使用，DirectShow 提供了另外一个 C++ 类——CMediaType 来操做媒体类型。CMediaType 类是从 AM_MEDIA_TYPE 数据结构中 “公共”（public）派生而来的，这样既保留了直接访问数据成员的灵活性，又增长了一些有用的类成员接口，如媒体类型赋值、媒体类型比较、格式数据块内存的自动管理等。

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2.4 Filter的链接

Filter 的链接实际上也就是 Filter上Pin 的链接。链接的方向通常老是由上一级 Filter（Upstream Filter）的输出 Pin 指向下一级 Filter（Downstream Filter）的输入 Pin。

Pin 的链接其实是链接双方使用的媒体类型的一个 “协商” 过程。这个过程很重要，也有点复杂。具体怎么链接，这里因为篇幅缘由不详说，感兴趣能够去看《DirectShow开发指南》2.4 小节，或者去 《DirectShow开发指南》学习笔记_4 了解。

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2.5 智能链接

Filter 经过 Pin 这样的链接，就能 “串联” 起来，从而构建一个完整的 Filter Graph。Filter Graph 的构建方法大概有如下几种：

• IFilterGraph::AddFilter：<span style="color:darkOrange">该参数提供一个 Filter 对象，将其加入到 Filter Graph 中；</span>
• IFilterGraph::ConnectDirect：该参数提供输出 Pin、输入 Pin 以及媒体类型，进行直接的链接；
• IGraphBuilder::AddSourceFilter：该参数提供源文件名，自动将一个 Source Filter 加入到 Filter Graph 中；
• IGraphBuilder::Connect：该参数提供输出 pin 和输入 pin 进行链接，若是链接失败，自动尝试在中间插入必要的格式转换 Filter；
• IGraphBuilder::Render：该参数提供输出 pin，自动加入必要的 Filter 完成剩下部分 Filter Graph 的构建（直到链接到 Rendering Filter）；
• IGraphBuilder::RenderFile：该参数提供源文件名，自动加入必要的 Filter 完成这个文件的回放 Filter Graph 构建。

IFilterGraph::AddFilter用到的状况较多。<span style="color:red">后 4 种构建方法都有 “自动” 的功能。在 DirectShow 中，这种 “自动” 机制也称为智能链接（Intelligent Connect）。</span>智能链接的具体实现过程，这里因为篇幅缘由不详说，感兴趣能够去看《DirectShow开发指南》2.5 小节，或者去 《DirectShow开发指南》学习笔记_5 了解。

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