0引言

　　DirectsHow應用框架完成了流媒體處理的底層工作，使得編程者無需關心數(shù)據如何輸入，以及處理完后如何輸出，而只需關心如何對輸入數(shù)據進行處理。H.264視頻編解碼標準具有高壓縮比和優(yōu)良的網絡親和性，被普遍認為是最有影響力的流媒體視頻壓縮標準。將Direct-show和H.264兩種相結合的流媒體播放器無疑將具有非常優(yōu)秀的性能。

　　1Directshow技術和H.264視頻壓縮標準簡介

　　Directshow是微軟公司提供的一套流媒體開發(fā)軟件包，為在windows平臺上處理各種格式的媒體文件的回放、音視頻采集的高性能要求的多媒體應用，提供了完整的解決方案。

　　Directshow是一套完全基于COM的應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)位于應用層中，它使用FilterGraph的模型來管理整個數(shù)據流的處理過程;參與數(shù)據處理的各個功能模塊叫Filter;各個Filter在FilterGraph中按照一定的順序連接成一條“流水線”協(xié)同工作。Filter是一個COM組件，其功能可以由用戶自行實現(xiàn)，DirectShowSDK也為用戶提供了一些標準的Filter供用戶使用。各個Filter在FilterGraph中按一定順序通過Pin互相連接起來，Pin也是一個COM對象。

　　H.264是由ITU-T和ISO/IEC的聯(lián)合開發(fā)組共同開發(fā)的最新國際視頻編碼標準。H.264/AVC視頻編碼標準在編碼質量和壓縮比上比原有的視頻編碼標準都有了明顯的提高。在相同的視覺感知質量上，編碼效率比H.263，MPEG-2和MPEG-4提高了50%左右。H.264不僅具有優(yōu)異的壓縮性能，而且具有良好的網絡親和性。因此，H.264被普遍認為是最有影響力的流媒體視頻壓縮標準。

　　2系統(tǒng)設計框架

　　本系統(tǒng)基于Direotshow應用框架和H.264視頻壓縮標準，實現(xiàn)了從網絡接收流媒體數(shù)據，并在客戶端實時播放的功能。流媒體文件是采用H.264編碼的AVI文件，由于directshow提供了AVISplitteRFilter、AudioDecoder和標準的Video/AudioRenderer，因此，本系統(tǒng)只需設計自定義的網絡源Filter、H.264解碼Filter。

　　多媒體流式傳輸實際上牽涉到兩個方面的技術。其一就是服務器與客戶端的通信技術，包括多媒體數(shù)據的傳輸、命令控制等;其二就是客戶端對接收到的多媒體流實時解碼后播放的技術。顯然，網絡通信可以使用windowssocket技術，多媒體流的解碼播放可以使用direct-show技術。本文采用direetshow應用框架，設計了網絡源filter和h.264解碼filter，并通過FilterGraph構建了流媒體播放器。

　　播放本地基于H.264編碼的AVI文件的FilterGraph如圖1。只需將本地FileSourceFilter替換為網絡源Filter，將CoreAVCVideoDe-coder替換為h.264解碼Filter，即可實現(xiàn)網絡H.264視頻播放器。

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　　3系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　3.1Filter設計流程

　　Filter的編碼實現(xiàn)包括Filter的注冊信息、Filter上的框架函數(shù)實現(xiàn)、邏輯控制類實現(xiàn)、自定義接口實現(xiàn)、屬性頁實現(xiàn)、產權保護等。

　　首先，要對Filter所要完成的功能和它在FilterGraph中的位置進行分析，以確定filter模型，選擇一個合適的基類;然后，再定義輸入輸出PIN以及自定義接口，注冊Filter信息;最后實現(xiàn)基類的全部純虛函數(shù)和自定義接口函數(shù)，并重寫基類的相關函數(shù)以定制filter功能。

　　3.2網絡源Filter的設計

　　源Filter主要功能是接收服務器發(fā)來的流媒體數(shù)據，并提供給FilterGraph中其它Filter使用。

　　由于directshow自帶的AVIsplitter工作于拉模式，故該源Filter也工作于拉模式。

　　本源Filter采用雙緩沖循環(huán)隊列技術來實現(xiàn)數(shù)據的接收和向下一級Filter傳遞數(shù)據。采用該技術有如下理由：

　　(1)在SourceFilter與SpliRer連接的過程中，會從SourceFilter中讀取一部分數(shù)據，以獲得數(shù)據的格式描述，否則FilterGraph無法完成連接。源Filter與SplitterFilter進行連接前，應啟動一個等待線程，當SourceFilter的數(shù)據緩存預先接收到足夠的數(shù)據后，再構建完整的FilterGraph。

　　(2)當完整的FilterGrapH構建完成，并且處于運行狀態(tài)后，SourceFilter必須動態(tài)地接收數(shù)據，并持續(xù)地把新數(shù)據提供給SplitteRFilter，雙緩沖循環(huán)隊列既充分利用內存空間，又能為SplitterFilter提供穩(wěn)定的數(shù)據源。

　　(3)緩沖隊列可以穩(wěn)定碼率，有效減小網絡延時、阻塞和抖動的影響。

　　源Filter的工作過程如下：建立一個循環(huán)緩沖隊列，隊列尾指針用于緩沖從網絡接收的數(shù)據，隊列頭指針供Splitter讀取數(shù)據，進行音視頻分離，并傳給下一級Decoder處理;當Socket接收到網絡數(shù)據后，將數(shù)據插入隊列尾部，并使尾指針后移;當Splitter需要讀取數(shù)據時，從隊列頭讀取數(shù)據，并使頭指針后移。

　　流媒體傳輸采用客戶端/服務器的架構，服務器與客戶端之間還有一個Socket通信協(xié)議問題，由于流媒體是連續(xù)的，它的同步點不能隨意選擇，因此，為了傳送流媒體數(shù)據，必須使用面向連接的可靠的傳輸協(xié)議(TCP)。客戶端與服務器端的控制與反饋消息，則可以使用(UDP)來傳輸。服務器端首先創(chuàng)建一個偵聽Socket，偵聽來自客戶端的連接請求。一旦偵聽到客戶端的請求，服務器端就創(chuàng)建一個用于數(shù)據傳送的Socket，并綁定到請求連接的客戶端，此時，服務器處于數(shù)據傳送的就緒狀態(tài)。當客戶端發(fā)出命令，服務器再根據命令的類型執(zhí)行相應的操作，如數(shù)據發(fā)送、停止、斷開連接等。

　　在服務器端首先將連續(xù)的H.264流分成一塊一塊小包的負載數(shù)據，并且加上一個信息頭一起使用TCP協(xié)議發(fā)送;在客戶端根據信息頭描述，將小包的負載數(shù)據進行拼裝，然后進行H.264的解碼播放。Socket數(shù)據傳送結構為：負載類型(8bit)、負載數(shù)據長度(16bit)和負載數(shù)據包(2324Byte)。

　　客戶端的實現(xiàn)可以參考SDK中的MEMFileFilter，直接從SDK例子將asyncrdr.cpp、asyncrdr.h、asyncio.cpp、asyneio.h四個文件拷貝過來，然后在MemFilter.h文件中從CAsyncStream派生流處理類CMemStream，定制數(shù)據源并進行數(shù)據的讀取操作;從CAsyncReader派生濾波器類CMemReader，實現(xiàn)含1個輸出PIN的SourceFilter框架，完成與SplitterFilter的連接。

　　網絡源濾波器類間數(shù)據流程如圖2，下一級Filter“拉”線程數(shù)據流程如圖3。其中：CAsyneStream用以標示數(shù)據流;CAsyneRequest標示輸入與輸出請求;CAsyncIo實現(xiàn)數(shù)據輸入和輸出的控制。編程主要實現(xiàn)CMemStream：Read()函數(shù)以實現(xiàn)從特定的數(shù)據源讀取數(shù)據到下一級Filter的Sample中。

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