摘 要：MPEG-2是目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字音視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，大部分?jǐn)?shù)字音視頻節(jié)目是以MPEG-2的形式存在。DirectShow是目前windows操作系統(tǒng)上的優(yōu)秀的多媒體開(kāi)發(fā)編程接口。提出一個(gè)MPEG-2視頻解碼器在DirectShow中的實(shí)現(xiàn)方案。這一實(shí)現(xiàn)在多媒體應(yīng)用中具有廣泛的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：DirectShow；filter；MPEG-2；解碼器

中圖分類號(hào)：TP316．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

微軟公司提供的DirectX是用于創(chuàng)建PC游戲和多媒體應(yīng)用程序的優(yōu)秀工具。DirectX是一個(gè)用于開(kāi)發(fā)游戲以及其它各類多媒體應(yīng)用程序的底層API函數(shù)集，可以用來(lái)在windows操作平臺(tái)上開(kāi)發(fā)高性能圖形、聲音、輸入、輸出和網(wǎng)絡(luò)游戲；它是一種基于COM的系統(tǒng)，既不屬于驅(qū)動(dòng)程序?qū)?，也不屬于?yīng)用程序?qū)?。DirectX的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是在提供某種設(shè)備獨(dú)立性的同時(shí)獲取高速度。作為Di-rectX的一個(gè)COM組成元素，DirectShow應(yīng)用程序編程接口是一個(gè)windows平臺(tái)上的流媒體架構(gòu)，提供各種格式的高品質(zhì)多媒體流的捕獲、處理、傳送和回放，如AVI，ASF，MPEG，MP3，MOV等。DirectShow集成了DirectX其他組件中的先進(jìn)技術(shù)，能做到自動(dòng)檢測(cè)、使用視頻和音頻硬件加速設(shè)備；它不僅支持基于WDM驅(qū)動(dòng)程序的硬件設(shè)備，也向上兼容Video for WindOWS(VFW)驅(qū)動(dòng)程序的硬件設(shè)備。

MPEG-2是MPEG專家組于1994年公布的視、音頻壓縮和傳送標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)分成9個(gè)部分，分別是系統(tǒng)、視頻、音頻、一致性測(cè)試、參考軟件、數(shù)字存儲(chǔ)媒介命令和控制(DSM-CC：DigitalStoraRe Media Command and Contr01)、高級(jí)音頻編碼(ACC：Advanced Audio Coding)、實(shí)時(shí)接口(RTI：Real-Time Interface)和DSM-CC的一致性測(cè)試。其中系統(tǒng)部分規(guī)定了如何把壓縮的視頻、音頻及其它數(shù)據(jù)流復(fù)用成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流，以便于傳送。視頻部分和音頻部分分別規(guī)定了壓縮的視頻、音頻數(shù)據(jù)流格式及其解碼含義，即標(biāo)準(zhǔn)的解碼器。MPEG-2沒(méi)有規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的解碼器，只是規(guī)定了編碼器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流格式。這樣做的目的是在保證互連的同時(shí)，允許開(kāi)發(fā)者有一定的開(kāi)發(fā)自由度，以鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)。微軟公司推出的DirectShow僅提供了MPEG-2 Splitter，用于將MPEG流的音頻、視頻分離，但是沒(méi)有提供MPEG-2的視頻解碼器，用于解碼MPEG-2格式的壓縮視頻。由于目前MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)在多媒體領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，大部分?jǐn)?shù)字音視頻節(jié)目是以MPEG-2的形式存在。因此，本文研究如何在Direct-Show環(huán)境中實(shí)現(xiàn)MPEG-2視頻解碼器。

2 DirectShow Filter組件技術(shù)

DirectShow在系統(tǒng)中所處的層次及其內(nèi)部數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。圖中央即是DirectShow系統(tǒng)，下半部分是Ring 0特權(quán)級(jí)別的硬件設(shè)備，上半部分是Ring 3特權(quán)級(jí)別的應(yīng)用層。DirectShow系統(tǒng)位于應(yīng)用層中。它使用Filter Graph來(lái)管理整個(gè)數(shù)據(jù)流的處理過(guò)程；參與數(shù)據(jù)處理的各個(gè)功能模塊叫做過(guò)濾器(Filter)；各個(gè)Filter在Filter Graph中按一定的順序連接成一條流水線協(xié)同工作。

過(guò)濾器(Filter)是參與數(shù)據(jù)處理的各個(gè)功能模塊，并配置在過(guò)濾器圖表中，過(guò)濾器圖表管理器組件負(fù)責(zé)檢查這些過(guò)濾器的連接和控制過(guò)濾器間的數(shù)據(jù)流動(dòng)。從功能上來(lái)看，F(xiàn)ilter分為3類：SourceFilters、Transform Filters和Rendering Filters。Source Filters主要負(fù)責(zé)獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源可以是文件、因特網(wǎng)、計(jì)算機(jī)中的采集卡(WDM驅(qū)動(dòng)或VFW驅(qū)動(dòng))和攝像頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等，然后將數(shù)據(jù)往下傳輸；Transform Filters主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，例如數(shù)據(jù)流分離／合成，編碼／解碼等，然后將數(shù)據(jù)繼續(xù)往下傳輸；Rendering Filters主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的最終去向一將數(shù)據(jù)送給顯卡、聲卡進(jìn)行多媒體的顯示，或者輸出到文件進(jìn)行存儲(chǔ)等。

3 MPEG-2視頻解碼器的設(shè)計(jì)

在DirectShow環(huán)境中播放一個(gè)MPEG-2格式的文件，需要一個(gè)MPEG-2 Splitter將MPEG流的音視頻分離；一個(gè)MPEG2的視頻解碼器，用于解碼MPEG-2格式的壓縮視頻；一個(gè)相關(guān)的音頻解碼器如ffdshow audio Decoder，用于解碼音頻。在DirectShow提供了MPEG-2 Splitter，而MPEG-2視頻解碼器需要自行開(kāi)發(fā)。

為了實(shí)現(xiàn)MPEG-2視頻解碼器，可設(shè)計(jì)一個(gè)名為MPEG2 Decoder的Transform Filter，包含一個(gè)輸入pin、一個(gè)輸出pin，用于接收MPEG-2的視頻流輸入，解碼后輸出YUY2格式的圖像幀序列。在微軟提供的Filter測(cè)試工具GraphEdit中使用MPEG-2視頻解碼器構(gòu)建的Filter Graph如圖2所示：

圖中xyys.vob文件為一個(gè)MPEG-2壓縮的文件，其輸出的數(shù)據(jù)流被MPEG-2 Splitter接收，并實(shí)現(xiàn)音視頻分離；視頻流由MPEG2 Decoder實(shí)現(xiàn)MPEG-2的視頻解碼，并送顯示，音頻流由ffdshow audio Decoder實(shí)現(xiàn)解碼并送播放。

4 MPEG一2視頻解碼器的實(shí)現(xiàn)

4．1 filter的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)MPEG-2視頻解碼器實(shí)際上就是在DirectShow中設(shè)計(jì)出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)MPEG-2視頻解碼功能的filter，即圖2中的MPEG2 Decoderfilter。

從Filter Graph的設(shè)計(jì)和功能定義上分析，MPEG2 Decoder filter是一個(gè)Transform filter。有一個(gè)輸入pin(input)和一個(gè)輸出pin(output)。由于Transform Filter是DirectShow中的一個(gè)應(yīng)用框架，實(shí)現(xiàn)“輸入－>內(nèi)部處理－>輸出”的功能；其中應(yīng)用邏輯，即MPEG-2的視頻解碼部分可以與應(yīng)用框架分離，以設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)清晰、擴(kuò)展性良好的Filter項(xiàng)目。

Filter框架是完成Filter功能的一個(gè)操作函數(shù)集，以完成輸入和輸出pin上的媒體類型檢查，決定Sample內(nèi)存大小的相關(guān)功能。數(shù)據(jù)的輸入和處理完成后的輸出由Filter框架實(shí)現(xiàn)，而實(shí)現(xiàn)MPEG一2的解壓縮由應(yīng)用邏輯實(shí)現(xiàn)。

4．2 filter的編碼實(shí)現(xiàn)

4．2．1 Filter框架的實(shí)現(xiàn)

從DirectShow的基類CSource類繼承得到filter，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立的線程專門用于MPEG2的解碼輸出。同時(shí)可設(shè)計(jì)輸入pin類(CMpeg2InputPin)和輸出pin類(CMpeg20utPin)。在輸入pin上需要實(shí)現(xiàn)媒體類型檢查(CheekMediaType)、媒體數(shù)據(jù)的接收(Re-ceive)等相關(guān)功能。以媒體類型的檢查為例：

4．2．2 MPEG-2解碼的實(shí)現(xiàn)

MPEG-2源代碼可以從開(kāi)源網(wǎng)站下載(如：MPEG的官方網(wǎng)站，www.mpeg.org)，下載后得到的MPEG2解碼內(nèi)核是C代碼，而Filter的開(kāi)發(fā)采用C++，為了高效實(shí)現(xiàn)C與C++的混合編程，可設(shè)計(jì)一個(gè)C++風(fēng)格的應(yīng)用程序控制類CM-pegDecode，將解碼內(nèi)核上可能被調(diào)用的C函數(shù)在這個(gè)類中封裝。Filter框架就只需調(diào)用這個(gè)控制類，從而保持較為清晰的結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

MPEG壓縮一直是多媒體應(yīng)用領(lǐng)域中的熱點(diǎn)研究問(wèn)題，微軟公司推出的DirectShow應(yīng)用程序編程接口是一個(gè)基于windows平臺(tái)的優(yōu)秀流媒體架構(gòu)。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)現(xiàn)MPEG-2解壓縮的Transform filter，并在GraphEdit中得到了實(shí)現(xiàn)。同理還可以在DirectShow中實(shí)現(xiàn)其它解碼器。這一實(shí)現(xiàn)在多媒體應(yīng)用中具有廣泛的參考價(jià)值。