在线视频播放系统的设计与实现本科论文.docx

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在线视频播放系统的设计与实现本科论文

题目在线视频播放系统的设计与实现

学生姓名学号

所在学院物理与电信工程学院

专业班级电子1202

指导教师

完成地点物电学院计算机信息处理分室

2016年6月5日

毕业论文﹙设计﹚任务书

院（系）物电学院专业班级电子信息工程学生姓名 

一、毕业论文﹙设计﹚题目在线视频播放系统的设计与实现

二、毕业论文﹙设计﹚工作自2016年3月10日起至2016年6月20日止

三、毕业论文﹙设计﹚进行地点:

物电学院计算机信息处理分室

四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：

随着网络的普及，在线播放器也日益普及起来。

本设计要求学生利用VisualC++为开发工具，使用DirectShowSDK技术开发一个功能齐全的视频播放器，要求能够对硬盘或存储设备上的多媒体文件进行播放，及在回放或显示过程中，用户可以控制回放的动作和显示特性等相关功能。

五、毕业论文﹙设计﹚应收集资料及参考文献：

[1]徐孝凯，张纪勇.C++面向对象程序设计：

VC++6.0运行环境[M].天津大学出版社2009.

[2]汪晓平,钟军.VC++网络通信协议分析与应用实现[M].北京:

人民邮电出版社,2003.

[3]王艳平,张越.Windows网络与通信程序设计[M].北京:

人民邮电出版社,2006.[4]AndrewS.Tanenbau.计算机网络（第四版）[M].北京:

清华大学出版社,2004.

[5]谢希仁.计算机网络（第五版）[M].北京:

电子工业出版社,2012.

[6]朱桂英.张元亮VisualC++网络编程开发与实践[M].清华大学出版社.2013.

六、毕业论文﹙设计﹚的进度安排：

3月2日——3月29日：

查阅资料，完成初步设计方案和开题报告。

4月1日——4月26日：

根据视频播放系统的工作原理，给出设计方案，及软件流程图。

4月29日——5月24：

并在软件环境下进行运行调试，进一步完善系统功能，整理资料；

5月27日——6月7日：

撰写、修改毕业设计论文。

6月10日——6月15日：

打印论文准备并完成答辩。

指导教师签名系（教研室）主任签名

专业负责人签名批准日期

在线视频播放系统的实现与设计

（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业，2012级2班，陕西汉中723000）

指导教师:

[摘要]本设计在VisualC++环境下，利用MFC程序设计方法。

并利用DirectShow的播放器核心技术，重点实现了播放、暂停、停止、声音控制、进度控制、抓取视频帧、播放模式控制、全屏等功能。

通过对系统的需求分析、设计、实现，完成了多媒体播放器系统，各项功能使用正常，并给出了实现关键代码。

DirectShow是基于COM组件，它是二进制级别的（不受限于编程语言和操作系统），具有很好的兼容性和移植性。

[关键字]VisualC++；MFC；DirectShow；播放器

Thedesignandimplementofonlinevideobroadcastsystem

CuiYuanyuan

（Grade12,Class02,Majorelectronicsandinformationengineering,SchoolofPhysicsandTelecommunicationEngineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi）

Tutor:

LiJuye

Abstract:

ThisdesignusesMFCprogramdesignmethodsUnderVisualC++environment.Atthesametime,usesDirectShowplayercoretechnology.Focustoachievetheplay,pause,stop,soundcontrol,schedulecontrol,grabvideoframes,playbackmodecontrol,fullscreenandotherfunctions.Throughthesystemrequirementsanalysis,design,implementation,completedamediaplayersystem,variousfunctionsnormaluse,andgivestherealizationkeycode.DirectShowisbasedontheCOMcomponent,itisabinarylevel（notlimitedtoprogramminglanguagesandoperatingsystems）,hasgoodcompatibilityandportability.

Keywords:

VisualC++;MFC;DirectShow;Player

1.引言

随着社会的发展，信息技术越来越发达，在线视频播放器在未来社会应用也会越来越普遍。

Microsoft的Windows操作系统作为全球最主流、最常用的操作系统，掌握在它上面的多媒体开发技术显得越来越需要，相对于其他多媒体开发技术，掌握它本身提供的DirectX多媒体开发包显得更为适合。

DirectShow是微软提供的多媒体开发包DirectX中的一部分，它是建立在DirectDraw和DirectSound基础之上。

Microsoft给DirectShow程序员提供了一套开发多媒体标准的、统一的、高效的API接口，这些接口使得多媒体数据的回放变得简单，剥离了应用程序和硬件底层的差异性。

而DirectShow是基于COM组件的开发包，COM是基于二进制代码级的协议（与编程语言无关的协议），对使用DirectShow开发的软件以后的移植和兼容问题提供了良好的解决方案。

DirectShow使用智能连接开发多媒体应用程序，大大简化了开发人员工作量，同时开发人员亦可开发自定义的滤波器。

使得基于DirectShow的应用程序可以充分满足不同用户的需求。

在未来几年中，DirectShow技术的发展前景将是非常广阔的。

1.1背景

当今信息技术越来越发达，社会越来越信息化、智能化，多媒体在未来社会应用越来越广泛。

Microsoft的Windows操作系统作为全球最主流、最常用的操作系统，掌握在它上面的多媒体开发技术显得越来越需要，相对于其他多媒体开发技术，掌握它本身提供的DirectX多媒体开发包显得更为适合。

1.2研究目的

DirectShow是微软提供的多媒体开发包DirectX中的一部分，它是建立在DirectDraw和DirectSound基础之上。

Microsoft给DirectShow程序员提供了一套开发多媒体标准的、统一的、高效的API接口，这些接口使得多媒体数据的回放变得简单，剥离了应用程序和硬件底层的差异性。

而DirectShow是基于COM组件的开发包，COM是基于二进制代码级的协议（与编程语言无关的协议），对使用DirectShow开发的软件以后的移植和兼容问题提供了良好的解决方案。

DirectShow使用智能连接开发多媒体应用程序，大大简化了开发人员工作量，同时开发人员亦可开发自定义的滤波器。

使得基于DirectShow的应用程序可以充分满足不同用户的需求。

在未来几年中DirectShow技术的发展前景将是非常广阔的。

1.3开发环境及语言

本文中视频播放系统使用C++语言及DirectshowSDK技术，使用visualc++2010软件在directshow的开发环境下进行视频播放器的开发。

1.3.1VC++2010平台

MicrosoftVisualC++，（简称VisualC++、MSVC、VC++或VC）C++语言开发工具，一个集成的开发环境，能够提供编辑C语言，C++以及C++/CLI系列编程语言。

VC++整合便利的除错工具，尤其是整合WindowsAPI、三维的动画DirectXAPI，Microsoft.NET框架[1]。

MicrosoftVisualC++是微软公司推行开发的Win32环境程序、面向对象且可视化的集成化可编程系统。

其主要优点如下：

（1）程序框架能够自动生成

（2）便于灵活类管理

（3）代码编写与界面的设计可集成相互操作

（4）可开发各种程序

（5）支持各个数据库的接口、OLE2、WinSock网络和3D控制界面

1.3.2MFC概述

MFC（MicrosoftFoundationClasses）是微软公司所提供的类型库（classlibraries），以C++类的方式封装了Windows的API，且含有应用程序的框架，来减少程序开发者的工作量。

MFC中的关键技术：

（1）MFC程序的初始化过程

建立一个MFC窗口：

从CWinApp派生应用程序类，然后建立应用程序对象（theApp）。

（2）动态创建

运行的时候创建指定的类的对象。

比如视对象、框架的窗口对象等等，比如文档对象需由文档模版类对象进行动态的创建。

（3）串行化

尽管程序中有着各种数据，串行化机制也如流水般按照顺序储存置于单一文件里，并且也能按照顺序取出，成为不同对象的数据。

（4）消息映射和传递

MFC把SDK编程中对消息的产生、传递、到过程函数中响应的过程封装起来，形成消息映射宏、消息映射表和消息响应函数体系，更加直观和便于操作[2]。

2.DirectShow介绍

2.1DirectShow系统

DirectShow是新一代基于COM的流媒体处理的开发包，是微软公司在ActiveMovie和VideoforWindows的基础上推出的，与DirectX开发包共同发布。

Directshow为多媒体的回放和捕捉提供了有力强大的支持。

应用DirectShow，能方便地在支持WDM采集卡中捕获数据，且后期进行一些相应处理乃至储存到文件里。

这样在多媒体的数据库管理系统里多媒体的数据存取就会更加方便。

它的架构如图1所示。

图中央即是DirectShow系统，虚线下面是Ring0特权级硬件设备，虚线上面是Ring3特权级的应用层。

DirectShow系统处于应用层。

它用FilterGraph模型来管理整体数据流的处理。

参与数据的处理的各功能模块称做Filter；各个Filter在FilterGraph中按相应顺序连成一条“流水线”协调工作[3]。

图2.1DirectShow架构

2.2DirectShow技术

2.2.1过滤器

过滤器是DirectShow的基本组成单元。

DirectShow把数字媒体的处理（播放、捕获和格式转换）划分为一些独立的步骤，过滤器就是完成一个或多个步骤的COM对象。

DirectShow提供了一组标准的过滤器供应用程序使用，程序开发者也可以创建自定义的过滤器来扩充Directshow的功能，但必须是以COM形式建立的[4]。

按照功能来分，Filter大致分为3类：

SourceFilter、TransformFilter和RenderingFilter。

所有能生成流的DSfilter都可以认为是Sourcefilter。

这个流可以源自硬盘上的文件，也可以是实时设备，如话筒，摄像头，或是DC。

如果这个流是源自磁盘，那么它可以是预先记录的WAV,AVI或是WindowsMedia文件。

相应的，如果源是一个实时设备，那么它可以是Window兼容的所有外设。

DS是紧密绑定在WDM上，所有的安装后的多媒体设备的WDM驱动都自动可作为DS的源filter。

因此，例如，安装了驱动的摄像头可以立即成为DS的源filter。

将实时设备转换成DS流的源filter又可以称作捕捉源filter。

第12章详细描述了源filter的设计实现。

TransformFilter是DS着墨最多的工作。

转换filter从其它filter（可能是源filter）接收一个输入流，对流执行某些操作后，将流传输给下一个filter。

几乎所有能相像得到的对音视频流的操作都可以在转换filter中实现。

一个转换filter可以解析流的数据，编码它（可能将WAV数据转换成MP3格式）或解码它，或对一个视频序列添加一个文字层。

DS包含有大量的转换filter，如编码或解码各种各样的音视频格式。

转换filter同样还可以给流创建一个多通管道，意思是一个输入流可以复制到一个或多个输出pin上。

而有些转换filter可以将多个输入流混合成一个流。

渲染filter将DS流转换成某种形式的输出。

如基本的渲染filter可以将流写到文件。

而其它的渲染filter可以将音频流发送到扬声器，或将视频流发送到桌面上的窗口。

DirectShow中的Direct反映的是：

使用DirectDraw和DirectSound的渲染filter支持将它的流高效传输给显卡和声卡的技术。

这个能力意味着DS的渲染filter能进行快速且无关用户-内核模式的传输。

（对于OS来说，这个处理意味着将数据从用户层传输到内核层）。

一个filtergraph可以有多个渲染filter。

如使用一个多通管道将一路视频流送到一个渲染filter以生成文件，另一路则将它送到另一个渲染filter以用于显示。

从而可以实现监视视频的同时写文件。

简单来说，SourceFilter主要负责获取数据，数据源可以是文件、因特网计算机里的采集卡（WDM驱动的或VFW驱动的）数字摄像机等，然后将数据往下传输；TransformFilter主要负责数据的格式转换，例如数据流分离、合成，解码、编码等，然后将数据继续往下传输；RenderingFilter主要负责数据的最终去向——将数据送给显卡、声卡进行多媒体的演示，或者输出到文件进行存储。

2.2.2COM组件

Directshow是基于COM的流媒体处理的开发包。

COM是一种跨应用和语言共享的二

进制代码的方法，它是一个开放的组件标准，具有很强的扩展与扩充能力[5]。

优点如下：

（1）可以方便的将应用系统扩展至网络环境；

（2）可以将系统中的组件用新的代替掉，以方便随时进行系统的升级和定制；

（3）可以在多个应用系统中多次利用同一个组件；

（4）COM组件与语言和平台无关。

2.2.3针脚Pin

过滤器能和一个或者多个过滤器相连，连接接口是COM形式，叫引脚。

过滤器用引脚在各过滤器之间传输各种数据。

每个引脚都是从IPin这个COM对象派生出来的。

每个引脚都是过滤器私有的对象，过滤器能动态地创建引脚、销毁引脚、自由地控制引脚的生存时间。

引脚可分为两种类型：

输出引脚和输入引脚。

相连的两个引脚须是不同类型的，即输入引脚只能和输出引脚相连，并且连接方向常是由输出引脚指向输入引脚的。

Filter一般由一个或多个Pin组成，Filter之间通过Pin相互连接，构成一条顺序的链路。

Filter的分类亦可根据Filter包含的输入Pin或者输出Pin的数量进行。

过滤器间的连接，实质上就是连接双方的媒体类型媒体协商的过程。

连接大致的过程为：

若调用连接函数的时候已指定完整的媒体类型，那么用此媒体类型进行连接，是否成功都要结束连接进程；如不完全指定或没有指定媒体的类型，就进行下面的枚举过程：

枚举欲连接的输入引脚上的所有的媒体类型，逐一使用此媒体类型和输出引脚进行连接（如连接函数提供不完全媒体类型，就要先把每个枚举出的媒体类型和它进行匹配检查），若输出引脚也接受此媒体类型，那么引脚间的连接就成功了；如果输出引脚对全部输入引脚上所枚举的媒体类型均不支持，那么就枚举输出引脚上的全部媒体类型，且逐一利用这些媒体类型和输入引脚来进行连接，如果输入引脚接受其中的一种媒体类型，那么引脚间的连接就成功了；如果对输出引脚上的全部媒体类型输入引脚均不支持，则这两个引脚间的连接过程宣告失败。

如图2所示，仅含有输出Pin，没有输入Pin的Filter为SourceFilter；既有输入Pin又有输出Pin的Filter为TransformFilter；仅有输入Pin，没有输出Pin的Filter为RenderingFilter。

图2.2Filter通过Pin连接

2.2.4FilterGraph

在DirectShow中，一个播放程序必需实例化一个或多个过滤器，并把它们连接起来。

这样数据才能从一个过滤器到达另一个，经过它们的处理，直到表现过滤器。

所有这些过滤器和它们之间的连接被称为过滤器图（FilterGraph）。

2.2.5FilterGraphManager

FilterGraphManager过滤器链表管理器为DirectShow结构的核心，是在过滤器链表中管理各过滤器的COM对象。

主要有以下的功能：

1>协调Filter之间的状态改变:

Graph中的Filter的状态改变应该一致，因此，应用程序并将状态改变的命令直接发给Filter，而是将相应的状态改变的命令发送给FiltergraphManager，由manager将命令分发给Graph中每一个Filter。

2>建立参考时钟:

Graph中的Filter均采用同一个时钟——参考时钟（referenceclock），来确保所有数据流的同步，音频帧或视频帧应被提交的时间（presentationtime）是利用参考时钟确定的。

FiltergraphManager应该选择一个可参考的时钟，可选择声卡上的时钟，亦可选系统时钟。

3>将Graph的消息返回于应用程序：

Graph管理器用事件机制把Graph中发生的事件通知给应用程序，此机制和Windows的消息循环机制类似。

4>提供方法构建FilterGraph：

Graph管理器给应用程序提供将Filter添加进Graph的方法，断开Filter连接的方法，连接Filter的方法。

但是，Graph管理器没有提供如何将数据从一个Filter发送到另一个Filter的方法，这个工作是由Filter在内部通过Pin来独立完成的。

2.2.6FilterGraph中的数据流动

当用户要创建自定义的过滤器时，需了解媒体数据是如何在过滤器图表中传输的。

为了在过滤器图标中传送媒体数据，Directshow过滤器需支持传输协议。

连接的过滤器须支持相同的传输相同传输协议，否则不能交换媒体数据。

绝大多数的Directshow过滤器会把媒体的数据保存于主存储器里，且通过Pin把数据提交给其他的过滤器，这种传输被称作局部的存储器传输。

但并不是所有的过滤器均用局部的存储器传输，例如有的过滤器用硬件传送媒体的数据，而引脚只是来提交所控制的信息。

Directshow给局部的存储器传输定义了两种机制，分别是推模式和拉模式：

在推模式里，将源过滤器生成数据提交给下级过滤器。

下级过滤器被动地接受数据，完成数据处理之后再传送给下级过滤器。

在拉模式里，源过滤器和分析过滤器相连。

分析过滤器向源过滤器请求数据之后，源过滤器则传送数据来响应请求。

2.3Directshow事件交互

DirectShow应该有一种机制，能够让应用程序与FilterGraphManager之间实现交互控制。

常见事件有：

EC_COMPLETE,表示FilterGraph中所有的数据都已经回放完毕；

EC_ERRORABORT,表示FilterGraph运行时出错；

EC_DEVICE_LOST,表示热插拔设备脱离系统；

EC_REPAINT,表示视频窗口要求重画当前图像帧。

事件处理机制：

FilterGraphManager上有3种接口和事件的通知有关，即

IMediaEventSink,IMediaEvent和IMediaEventEx.

IMediaEventSink:

用在Filter内部，其接口方法Notify用于向FilterGraphManager发送事件的通知；

IMediaEvent：

应用程序就利用它的接口方法处理FilterGraphManager发出来的事件；

IMediaEventEx：

IMediaEvent接口扩展，支持当FilterGraphManager发出事件时，用窗口消息的方式来通知应用程序。

事件处理大致的过程如下：

一.FilterGraph中的Filter发出事件后，接收者是FilterGraphManager;

二.FilterGraphManager对一些特殊事件拥有默认处理的方法。

接到事件之后,或按照默认的方法进行直接处理,或放至事件队列,等候上层应用程序的处理;

三.应用程序获知FilterGraphManager有事件发出后,则可使用IMediaEventEx接口方法到事件队列里读取事件，之后依据事件的类型作相应的处理.

那么,应用程序是怎么知道FilterGraphManager的事件队列里有事件在等待处理?

有两种办法：

一种是FilterGraphManager通过发送指定的窗口消息来通知应用程序，另一种通过事件来同步对象。

一种:

//自定义一个消息,然后调用IMediaEventEx:

:

SetNotifyWindow将其设置给FilterGraphManager

#defineWM_GRAPHNOTIFY（WM_APP+100）

IMediaEventEx*pEvent=NULL;

hr=pGraph->QueryInterface（IID_IMediaEventEx,（void**）&pEvent）;

hr=pEvent->SetNotifyWindow（（DAHWND）m_hwnd,WM_GRAPHNOTIFY,0）;

//定义消息映射

ON_MESSAGE（WM_GRAPHNOTIFY,OnGraphNotify）

//在消息响应函数中获取FilterGraph的事件通知,并作出相应处理,

voidCNotifyWnd:

:

OnGraphNotify（WPARAMinWParam,LPARAMinLParam）

{

　if（pEvent）

　{

　　LONGeventCode=0,eventParam1=0,eventParam2=0;

　　while（SUCCEEDED（pEvent->GetEvent（&eventCode,&eventParam1,eventParam2）;

　　switch（eventCode）

　　{

　　　caseEC_COMPLETE:

　　　break;

　　　caseEC_USERABORT:

　　　break;

　　　caseEC_ERRORABORT:

　　　break;

　　　default:

　　　break;

　　}

　}

}

第二种在FilterGraphManager在内部创建了一个事件同步对象，它在事件队列中有尚未处理的事件时，状态标记为有效，而当应用程序不断调用接口方法取空事件状态复位。

我们可以通过IMediaEvent:

:

Get