Filter 原理

二、Filter 原理

2.1 Filter 概述

Filter（过滤器）是 DirectShow 中最基本的概念。DirectShow 是通过 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 一般由一个或多个 Pin 组成，Filter 通过 Pin 相互连接，构成一条顺序的链路。Pin 是由 Filter 创建的 COM 对象。在上面曾经提到，Filter 根据实现功能的不同大致可分为 3 类：Source Filters、Transform Filters 和 Rendering Filters。另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。

如下图所示，可以根据 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。

Filter 是一种 COM 组件。为了实现在 Filter Graph 中的统一操作，每个 Filter 上都至少实现了 IBaseFilter 接口。实现 Filter 的文件一般是一个 DLL，扩展名可以是 .dll，但更多是 .ax。跟普通的 COM 组件一样，Filter 的创建是通过 API 函数 CoCreateInstance 来完成的，代码如下：

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 指定要创建的 Filter 的 CLSID；
因为绝大多数情况下创建的 Filter 不是被 “聚合”（Aggregation）的，所以 pUnkOuter 指定为 NULL；
dwClsContext 可以指定为 CLSCTX_INPROC_SERVER，以创建进程内组件对象；
riid 在创建 Filter 成功后获得的接口的 ID，一般为 IID_IBaseFilter，也可以是其他特殊的接口；
ppv 用于获得接口对象的指针。

Filter 必须加入到 Filter Graph 且接入到工作链路中才能发挥作用。如果想绕过 Filter Graph 而直接使用 Filter 实现的模块功能，微软公司提供了另一种解决方案，就是将 Filter 功能移植成 DirectX 媒体对象（DMO）。

2.2 Filter 的注册

如果需要编写自己的 Filter，才需要了解Filter 的注册。所以这里由于篇幅原因不详说，如果有这方面需求的话可以去看《DirectShow开发指南》2.2 小节，以及DirectShow Filter的开发实践

2.3 Filter 的媒体类型

媒体类型实际上是 DirectShow 定义的一个数据结构 AM_MEDIA_TYPE，代码如下：

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

从代码中可以看出，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。它们的作用分别是：

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，指明具体是哪种格式，例如，若 majortype 是视频， subtype 可以进一步指明这是 UYVY（MEDIASUBTYPE_UYVY）、RGB24（MEDIASUBTYPE_RGB24）还是RGB32（MEDIASUBTYPE_RGB32）等，若 majortype 是音频，subtype 可以进一步指明这是 PCM 格式（MEDIASUBTYPE_PCM）还是 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 结构中的其他成员，如 bFixedSizeSamples、bTemporalCompression 和 lSampleSize，它们都是可选参数，也就是说，Filter 并不一定定义这些参数，在 Filter 中引用这些参数的值也并不总是 “可信” 的。这一点对于 Filter 开发人员来说尤为重要。

常见的媒体类型这里不再列出，有兴趣了解可以在 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

当使用一个 AM_MEDIA_TYPE 数据结构描述媒体类型时，如果 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 “完全指定的媒体类型”；这 3 个部分只要有一个指定为 GUID_NULL，则称之为 “不完全指定的媒体类型”。GUID_NULL 具有 “通配符” 的作用。

为了方便使用，DirectShow 提供了另一个 C++ 类——CMediaType 来操作媒体类型。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，又增加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。

2.4 Filter的连接

Filter 的连接实际上也就是 Filter上Pin 的连接。连接的方向一般总是由上一级 Filter（Upstream Filter）的输出 Pin 指向下一级 Filter（Downstream Filter）的输入 Pin。

Pin 的连接实际上是连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。具体怎么连接，这里由于篇幅原因不详说，感兴趣可以去看《DirectShow开发指南》2.4 小节，或者去《DirectShow开发指南》学习笔记_4 了解。

2.5 智能连接

Filter 通过 Pin 这样的连接，就能 “串联” 起来，从而构建一个完整的 Filter Graph。Filter Graph 的构建方法大概有以下几种：

IFilterGraph::AddFilter：该参数提供一个 Filter 对象，将其加入到 Filter Graph 中；
IFilterGraph::ConnectDirect：该参数提供输出 Pin、输入 Pin 以及媒体类型，进行直接的连接；
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 进行连接，如果连接失败，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（直到连接到 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用到的情况较多。后 4 种构建方法都有 “自动” 的功能。在 DirectShow 中，这种 “自动” 机制也称为智能连接（Intelligent Connect）。智能连接的具体实现过程，这里由于篇幅原因不详说，感兴趣可以去看《DirectShow开发指南》2.5 小节，或者去《DirectShow开发指南》学习笔记_5 了解。