WPF下YUV播放的D3D解决方案

在视频媒体播放，监控系统的构建当中，经常会涉及到YUV数据的显示问题。一般的播放控件以及SDK都是通过使用Window句柄，利用DirectDraw直接在窗口上渲染。但是，如果用户界面是使用WPF开发的时候，通常只能通过WinFormHost在WPF界面中嵌入WinForm来完成。但这么做会遇到AeroSpace的问题，即winform的控件永远浮在WPF的最上层，任何WPF元素都会被盖住，同时缩放和拖动的时候都会造成很差的用户体验。原因是由于WPF和Winform使用了不同的渲染技术。

要在WPF中完美的支持YUV数据的显示，通常的解决方式是使用先把YUV数据转换成WPF可以支持的RGB数据，然后利用类似于WriteableBitmap的控件，把他展现在WPF上。这么做的主要问题是在做RGB转换的时候，需要消耗大量的CPU， 效率比较低。一种优化方式是使用FFMPEG里的SwScale或者Intel的IPP库，这些库经过了一定的优化，可以有限度的使用硬件加速。下面为一个使用WritableBitmap的例子。

WriteableBitmap imageSource = new WriteableBitmap(videoWidth, videoHeight, DPI_X, DPI_Y, System.Windows.Media.PixelFormats.Bgr32, null);... int rgbSize = width * height * 4; // bgr32IntPtr rgbPtr = Marshal.AllocHGlobal(rgbSize);YV12ToRgb(yv12Ptr, rgbPtr, width, height);// 更新图像imageSource.Lock();Interop.Memcpy(this.imageSource.BackBuffer,  rgbPtr, rgbSize);imageSource.AddDirtyRect(this.imageSourceRect);imageSource.Unlock();Marshal.FreeHGlobal(rgbPtr);

另一种解决方法是使用D3DImage作为WPF与显卡的桥梁。我们可以借助D3DImage，直接将D3D渲染过后的部分送到WPF中显示。一个参考就是VMR9在WPF中的应用。VMR9是微软提供的DirectShow的Render。经过仔细参考了WpfMediaTookit中VMR9相关的代码后，其核心的思想就是在初始化DirectShow构建VMR9渲染器时，让其输出一个D3D9Surface，D3DImage将使用该Surface作为BackBuffer。当有新的视频帧在该Surface渲染完成后，VMR9将发送一个事件通知。收到通知后，D3DImage刷新一下BackBuffer即可。下面代码展现了核心思想部分。

private VideoMixingRenderer9 CreateRenderer() {   var result = new VideoMixingRenderer9();   var cfg = result as IVMRFilterConfig9;   cfg.SetNumberOfStreams(1);   cfg.SetRenderingMode(VMR9Mode.Renderless);      var notify = result as IVMRSurfaceAllocatorNotify9;   var allocator = new Vmr9Allocator();   notify.AdviseSurfaceAllocator(m_userId, allocator);   allocator.AdviseNotify(notify);   // 在构建VMR9 Render时，注册新视频帧渲染完成事件   allocator.NewAllocatorFrame += new Action(allocator_NewAllocatorFrame);   // 注册接收新D3DSurface被创建的事件   allocator.NewAllocatorSurface += new NewAllocatorSurfaceDelegate(allocator_NewAllocatorSurface);   return result;  }  void allocator_NewAllocatorSurface(object sender, IntPtr pSurface)   {       // 为了方便理解，只保留核心部分。省略改写了其他部分       ...        // 将pSurface设置为D3DImage的BackBuffer       this.m_d3dImage.Lock();        this.m_d3dImage.SetBackBuffer(D3DResourceType.IDirect3DSurface9,  pSurface);       this.m_d3dImage.Unlock();         ...   }  void allocator_NewAllocatorFrame()   {       ...         // 重绘        this.m_d3dImage.Lock();        this.m_d3dImage.AddDirtyRect(new Int32Rect(0, /* Left */             0, /* Top */             this.m_d3dImage.PixelWidth, /* Width */             this.m_d3dImage.PixelHeight /* Height */));        this.m_d3dImage.Unlock();       ...  }

由此，只要是使用DirectShow的视频播放就可以借助VMR9在WPF上完美显示。但很多时候，DirectShow不能解决所有问题。例如在做交互式视频优化处理或是视频叠加的时候， 采用固定滤镜流水线的DirectShow很难满足要求。有的时候还是需要便捷的直接渲染的方式。

由VMR9的例子我们可以看出，产生出一个D3D9Surface并在上面渲染是其中的关键。那么剩下的问题就是如何把YUV数据渲染到D3D9Surface。

D3D没有直接支持YUV图像格式。因此需要我们想办法让D3D能够渲染YUV数据。在网上我找到一篇使用D3D PixelShader渲染YUV数据的例子。http://blog.csdn.net/dengzikun/article/details/5824874 其核心实现是分别把YUV数据渲染到3个不同的纹理上，然后借助PixelShader去进行颜色空间的转换。该例子使用的是C++实现。在用C#改写的过程当中，我突然发现D3D已经提供了更简单的方法帮助我们实现YUV到RGB颜色空间的转换，而且是通过显卡硬件直接支持。效率相当的高。主要原理就是借助D3DDevice的StrentchRectangle方法。

public void StretchRectangle(    Surface sourceSurface,    Rectangle sourceRectangle,    Surface destSurface,    Rectangle destRectangle,    TextureFilter filter);

StrentchRectangle方法的主要功能是将一个Surface上的某个区域的内容拷贝到另一个Surface的指定区域中。在Copy的过程当中，只要是显卡直接支持的格式，如YV12，YUY2等等， 都会自动的进行D3D PixelFormat的转换！因此，我们只需要创建一个指定好PixelFormat的D3D OffscreenPlainSurface, 把原始数据填充进去，调用StrentchRectangle向目标Surface拷贝，我们就得到了想要的Surface。剩下的事情就交给D3DImage了。下面是例子代码的核心部分

public void Render(IntPtr imgBuffer){lock (this.renderLock){// 将图像数据填充进offscreen surfacethis.FillBuffer(imgBuffer);// 调用StrentchRectangle把原始图像数据Copy到TextureSurface中                                  this.StretchSurface();// 执行渲染操作this.CreateScene();}// 通知D3DImage刷新图像this.InvalidateImage();}

完整源码例子：

为了方便调用D3D，使用了SlimDX库。另外提供了一个WriteableBItmap的例子。颜色空间的转换使用了网上下载的FFMpeg SwScale的包装。

下载地址：http://pan.baidu.com/s/1kTpzB3D

参考:

1.  VMR9 in WPF。 http://nonocast.cn/vmr9-in-wpf/

2. 使用D3D渲染YUV视频数据 http://blog.csdn.net/dengzikun/article/details/5824874

3. D3D Device.StrentchRectangle方法 http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms897027