DirectShow的基本单元：Filter

概念

DirectShow所采用的是一种模块化的结构，其基本单元是一类成为filter的COM对象。DirectShow提供了多种预定义的标准filter组件，同时开发者也可以根据需要开发自己的个性化filter。常用的filter一般可分为以下不同类别：

（1）Source Filter——为整个Filter Graph提供数据来源，这些数据可能来自硬盘文件、网络流媒体或者音视频采集设备等。不同的数据来源由不同的Source Filter负责处理。

（2）Transform Filter——负责数据的变换处理，获取输入数据并对其进行相应处理后，生成输出数据并传递到下一个filter。典型的如编码、解码Filter等。

（3）Render-er Filter——位于Filter Graph的末尾，用于处理数据的渲染等操作。如视频渲染器、音频渲染器和写入文件filter等。

（4）Splitter Filter——用于分离数据流。如AVI视频流复用了音频和视频信号，AVI Splitter filter的作用就是将一路AVI数据流分离成视频流和音频流。

（5）Mux Filter——用于复用数据流，作用与Splitter Filter相反。

每一个Filter都至少实现了IBaseFilter接口用于实现Filter Graph中的统一操作。每一个实现Filter的文件都是动态链接库，可能是dll但更多的是ax文件。在代码中，一个Filter也与其他COM对象一样，通过API: CoCreateInstance()创建。

Filter的注册和注销：

作为一个COM组件，注册和卸载均通过regsvr32.exe程序实现。一般的filter工程会定义一下四个导出函数：DllGetClassObject，用于创建对象时调用，根据CLSID返回对应的类厂对象；DllCanUnloadNow，用于判断是否可以从内存中卸载；DllRegisterServer和DllUnRegisterServer用于组件的自注册，可以在程序中通过LoadLibrary加载DLL库后导出执行之实现自注册。所谓“注册”，就是将Filter的基本COM信息写入注册表的操作。

Filter的媒体类型Media Type：

媒体类型用于规定Filter所处理的数据的格式。其定义实际上是一个AM_MEDIA_TYPE结构体：

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1. typedef struct _MediaType  
2. {  
3.         GUID majortype;  
4.         GUID subtype;  
5.         BOOL bFixSizeSamples;  
6.         BOOL bTemporalCompression;  
7.         ULONG lSampleSize;  
8.         GUID formattype;  
9.         IUknown *pUnk;  
10.         ULONG cbFormat;  
11.         BYTE *pbFormat;  
12. }AM_MEDIA_TYPE;  

该结构体中描述媒体类型的成员主要有majortype, subtype和formattype三部分，分别用于描述媒体类型、具体格式和格式的细节等。

Filter的连接：

任何两个filter之间的相互联系通过一个COM对象Pin实现，Pin的连接实际上是输出Pin和输入Pin之间关于媒体类型的“协商”过程。每一个Pin都实现了IPin接口，Pin对象也是通过这个接口实现连接的。连接过程大致为：

Step 1：Filter Graph Manager在输出Pin（上级Pin）上调用IPin::Connect()方法，用输入Pin指针和指定的连接用的媒体类型作为参数；

Step 2：若输出Pin接受连接，则调用输入Pin的IPin::ReceiveConnection()方法；如果输入Pin接受连接，则本次连接成功；

在IPin::Connect()的实现函数CBasePin::Connect中，首先检查参数和状态（如Pin是否已经被链接、Filter是否是停止状态），随后检查媒体类型，找到双方都支持的媒体类型。检查媒体类型调用了AgreeMediaType()函数，如果该函数指定的媒体类型非空，则针对该类型做一次尝试，如果成功则调用AttemptConnection尝试连接；如果媒体类型指针为空或对象不完整，则调用TryMedaiTypes()遍历输入和输出Pin上支持的媒体类型，对每一中支持的类型调用AttemptConnection()尝试连接。

在AttemptConnection()中，首先会调用输出Pin（上级Pin）的CheckConnect进行连接检查（如输入Pin是否支持特殊接口等），若失败则BreakConnect()。成功后调用CheckMediaType()。若check成功，则讲输入Pin和媒体类型信息保存在输出Pin中，随后调用ReceiveConnection()和CompleteConnection()完成连接。

Filter的数据传递

在DirectShow中定义了Sample类，是一个封装了一定大小数据内存的COM组件。相互链接的filter之间通过sample进行数据传输。

在传输过程中，两个链接的Pin拥有同一个sample分配器allocator，用于创建和管理sample。传输时上级filter通过输出pin的allocator得到空闲的sample及其内存地址，并将数据存放其中，随后将这个sample传递给下级filter的输入pin。

数据传输的两种主要方式：推模式和拉模式。

①推模式：常用于实时源，自身可以产生数据并通过专用数据线程将数据向下传递，具体方法是调用下级filter输入Pin的IMemInputPin::Receive函数实现；

②拉模式：常用于文件源，源filter输出pin需实现IAsyncReader接口，由下级filter的输入pin调用该接口的方法获取数据。

* DirectShow需要专门的线程来传送数据，因此至少需要两个线程（应用程序主线程和数据线程）。

Filter的状态转换

任何Filter可能分为三种状态，即“Run”、“Stop”和“Pause”。通常情况下整个Filter Graph中的filter都处于同一状态，那么这个状态也成为整个Filter Graph的状态。

在具体实现中，每个Filter实现了IBaseFilter接口，该接口继承自IMediaFilter接口，该接口的方法实现了Filter的状态转换功能。Filter Graph Manager在控制Filter Graph的运行时，通常调用其IMediaControl的Run/Pause/Stop等方法控制。在这些函数的内部，正是调用了Filter Graph内所有的filter的IMediaFilter::Run()、IMediaFilter::Pause()、IMediaFilter::Stop()实现。