2.5 How Hardware Devices Participate in the Filter Graph
本節描述DirectShow是如何與音頻、視頻設備進行交互。
2.5.1 Wrapper Filters
所有的DirectShow Filters都是用戶組件模式的軟件組件。爲了把內核模式的硬件設備，比如視頻捕捉卡等加入倒Filter Graph，設備必須被表示爲用戶模式Filter。這項功能是通過DirectShow提供的包裝Filters來實現的。這些Filters包括Audio Capture Filters, VFW Capture Filters, TV Tuner Filter, TV Audio Filter和Analog Video Crossbar Filter. DirectShow也提供了稱爲KsProxy的Filter用來描述任何類型的WDM流設備。硬件供應商可以提供聚集了KsProxy的COM對象KsProxy Plug-in, 以此擴展KsProxy來支持自定義功能，
這些包裝Filters暴露了描述設備功能的接口。應用程序使用這些接口與Filter交互數據。Filter把COM函數調用翻譯爲設備驅動調用，把信息傳遞到內核的驅動，然後再把結果轉化給應用程序。TV Tuner, TV Audio, Analog Video Crossbar和KsProxy通過IKsPropertySet接口支持自定義驅動屬性。VFW Capture Filter和Audio Capture Filter並沒有這種擴展。
對應用程序開發人員，包裝Filter允許應用程序控制設備像控制其他DirectShow Filter一樣。我們不需要特殊的編程，這些與內核模式的通信細節都在Filter中封裝起來。
2.5.2 Video for Windows Devices
VFW Capture Filter支持早期的VFW捕捉卡。當目標系統上存在VFW卡時，它可以被發現，然後通過DirectShow的System Device Enumerator添加到Filter Graph。細節可參考Enumerating Devices and Filters.
2.5.3 Audio Capture and Mixing Devices (Sound Cards)
新一代的聲卡都有麥克風和其他類型設備的輸入娛樂工具。通常這些聲卡還有控制每個輸入音量、立體音和重音的實時混合功能。在DirectShow中，聲卡的輸入和混合器都被Audio Capture Filter包裝。每個聲卡都能被System Device Enumerator發現。查看系統的聲卡，運行GraphEdit並選擇Audio Capture Source種類。屬於此類的每個Filter都是Audio Capture Filter的一個單獨實例。(參考Using GraphEdit).
2.5.4 WDM Streaming Devices
新一代硬件解碼器和捕捉卡都與WDM規範一致。這些設備的功能比VFW設備強，可以在Windows NT/2K和Windows 98/ME移植。WDM視頻捕捉卡可以支持VFW不能支持的特徵，包括枚舉捕捉格式，編程控制視頻參數，比如色調和亮度，編程選擇輸入端和TV Tuner支持。
爲了支持WDM流設備，DirectShow提供了KsProxy Filter(ksproxy.ax)。KsProxy也稱爲“Swiss Army Knife Filter”因爲它的實現的功能很多。此Filter的PINS數量、暴露的COM接口數量，都取決於內在驅動的性能。KsProxy在Filter Graph中不以名稱KsProxy出現。而總是採用設備的Friendly Name, 可以通過註冊表讀取。查看系統的WDM設備，運行GraphEdit選擇WDM Streaming種類。即使系統只有一個WDM卡，它也可能包括多個設備。每個設備是以不同的Filter表示。每個Filter實際上都是KsProxy.
應用程序使用System Device Enumerator查找系統的WDM設備Monikers。KsProxy被函數BindToObject實例化。因爲KsProxy可以表示所有的WDM設備。它必須查詢驅動來決定驅動支持那種屬性集。屬性集是WDM驅動使用的數據結構集合，也被一些用戶模式的Filter使用。KsProxy把COM調用轉譯爲屬性集併發送給驅動。硬件供應商可以提供Plug-in擴展KsProxy。Plug-in是硬件供應商指定暴露、實現特殊設備功能的接口。所有這些都從應用程序隱藏。應用程序通過KsProxy控制設備像控制其他DirectShow Filter一樣。
2.5.5 Kernel Streaming
WDM設備支持內核流，這當中所有的數據都是在內核模式流動。永遠也不需要轉換到用戶模式。在內核模式和用戶模式切換的計算代價很高。內核模式允許高位率的流而不加重CPU負擔。基於WDM的Filter可使用內核流把多媒體數據從一個設備傳遞到另一個設備，可以是相同卡也可是不同的設備卡，不需要把數據拷貝到系統內存。
從應用程序角度看，數據好像是從一個用戶模式Filter移動到下一個。而實際上，數據可能根本沒有進入用戶模式，而是從一個內核設備直接流向另一個設備，直到被提交到圖形卡。對於某些情況，比如捕捉到文件，某些時候要求數據從內核模式傳遞到用戶模式。但是這樣的交換並不必要求數據被拷貝到內存的新位置。應用程序開發人員一般不需要關心內核流的細節，除了作爲背景信息。參考Microsoft DDK的關於WDM, 內核流和KsProxy的相關主題。
3. Building the Filter Graph
The Filter Graph and Its Component一節描述了建立DirectShow Filter Graph的基本組件。本節檢查這些組件是如何創建、連接在一起開始處理數據的。
3.1 Graph-Building Components
DirectShow提供了組件用來建立Filter Graph。包括：
·Filter Graph Manager. 它控制Filter Graph. 支持IGraphBuiler, IMediaControl, IMediaEventEx及其他接口。所有的DirectShow應用程序在某些時候都使用此對象，儘管在某些情況下Filter Graph Manager是由其他對象創建的。
·Capture Graph Builder. 提供建立Filter Graphs的額外方法。它最開始是設計來創建執行視頻捕捉的Graph(從名稱看也是)，但是對一些其他類型的自定義Filter Graph也有用。它支持接口ICaptureGraphBuilder2.
·Filter Mapper和System Device Enumerator. 它們定位註冊在用戶系統上的Filters. 或者表示硬件設備。
·DVD Graph Builder. 建立DVD回放和導航的Filter Graph. 支持IDvdGraphBuilder接口。基於腳本的應用程序可使用MSWebDVD ActiveX控制進行DVD回放。
·視頻控制。此ActiveX控制在Windows XP上可用。它在DirectShow中處理數字和模擬電視。更多信息可參考Using the Video Control.
3.1.1 Intelligent Connect
術語“Intelligent Connect”覆蓋了Filter Graph Manager用來建立全部、部分Filter Graph的一個算法集。在Filter Graph Manager需要其他Filters來完成Graph的任何時候，粗略按照如下步驟進行：
(1)、如果Filter在Graph中，並且至少有一個未連接的PIN，Filter Graph Manager就嘗試使用這個Filter。
(2)、否則Filter Graph Manager在註冊表查詢能接收媒體類型連接的Filter。每個Filter在註冊表有一個Merit值。它能粗略說明在完成Graph中Filter可能有多大的用處。Filter Graph Manager根據Merit值的順序進行嘗試。每種流類型（比如音頻、視頻或者MIDI），默認的Renderer都有一個較高的Merit值。解碼器的Merit值也比較高。特殊目的Filter的值比較低。
如果Filter Graph Manager遇到困難，就返回嘗試不同Filters的組合。我們可從Intelligent Gonnect主題找到具體細節。
3.2 Overview of Graph Building
創建Filter Graph，先創建Filter Graph Manager實例：
IGraphBuilder* pIGB;
HRESULT hr = CoCreateInstance(CLSID_FilterGraph, NULL, CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_IGraphBuilder, (void **)&pIGB);
Filter Graph Manager支持如下的Graph建立方法:
·IFilterGraph::ConnectDirect直接在兩個PINS上嘗試連接。若PIN不能連接，函數失敗。
·IFilterGraph::Connect連接兩個PINS，如果可能先進行直接連接。否則使用中介Filter完成連接。
·IGraphBuilder::Render從某輸出PIN開，建立Graph剩餘部分。此函數在下一級添加必要的Filter直到到達Renderer Filter.
·IFilterGraph::AddFilter把Filter添加到Graph. 並不連接Filter.必須在調用函數前創建Filter。
這些方法提供三種基本的方法建立Graph:
(1)、Filter Graph Manager建立整個Graph
(2)、Filter Graph Manager建立部分Graph
(3)、應用程序建立整個Graph
3.2.1 The Filter Graph Manager builds the entire graph
如果我們想簡單播放的已經格式創建的文件，比如AVI, MPEG, WAV或MP3, 使用RenderFile函數。How To Play a File一節說明了具體如何操作。
RendererFile開始在註冊表搜索能解析文件的Source Filter。它使用協議(比如文件名稱中的http://), 文件擴展名，或者文件中的預定義字節模式來決定使用哪個Source Filter。詳細信息可參考Registering a Custom File Type.
在建立Graph剩餘部分時，Filter Graph Manager使用一種交互過程。交互時用Filter輸出PIN支持的媒體類型，然後在註冊表查找可以用此類型做輸入的Filter。它使用幾個標準來加快搜索和決定Filters的使用次序：
·Filter Category標示了Filter的基本功能
·媒體類型描述了Filter可接受的輸入或者發送的輸出格式
·Merit值決定了Filter被嘗試使用的順序。如果兩個Filter屬於相同的Category，支持相同的輸入類型，Filter Graph Manager就選擇Merit值高的一個。某些Filter的Merit設置得比較低，因爲它們通常用於特殊用途，應該由應用程序把它們加入到Graph。
Filter Graph Manager使用Filter Mapper來查找註冊表。
只要添加了每個Filter後，Filter Graph Manager開始把它與前一個Filter的輸出PIN連接。Filter進行協商來決定它們是否連接。如果是，再決定連接採用的媒體類型。如果新Filter不能連接。Filter Graph Manager丟棄它並嘗試其他Filter。這個過程會一直持續下去直到每個流都被提交。
3.2.2 The Filter Graph Manager builds part of the graph
當我們不止想簡單播放文件時，應用程序必須至少執行一些Graph的建立工作。比如視頻捕捉應用程序必須選擇捕捉Source Filter並加入Graph。如果把數據寫入到AVI文件，必須添加AVI Mux和File Writer Filter到Graph中。但是，讓Filter Graph Manager來完成Graph也是可能的。比如我們可以調用Render函數提交PIN進行預覽。
3.2.3 The Application builds the entire graph
在某些時候，我們的應用程序需要通過添加或者連接每個Filter來建立Graph。這時，我們應該知道哪個Filter應該被加入到Graph。使用這種方法，應用程序調用AddFilter來添加Filter。枚舉Filter的PIN，調用Connect或ConnectDirect來連接它們。
3.3 Intelligent Connect
智能連接是Filter Graph Manager建立Graph的機制。它包含幾個選擇Filter、把Filter添加到Filter Graph的算法。對於應用程序編程，我們很少需要知道智能連接的細節。如果你建立某些Filter有困難，並且想解決問題時，或者是編寫自己的Filter並且允許支持自動Graph建立，可閱讀此節。
智能連接主要涉及到如下幾個IGraphBuilder的函數：
·IGraphBuilder::Render
·IGraphBuilder::AddSourceFiler
·IGraphBuilder::RenderFile
·IGraphBuilder::Connect
Render函數建立部分Graph.它從一個未連接的輸出PIN開始，並向下工作，必要時添加Filter.開始的Filter必須已經在Graph中。每一步，Render函數都查找可以連接上一級Filter的Filter。數據流可以分支，如果連接Filter有多個輸出PIN。直到每個流都有提交查找才停止。如果Render遇到困難，它可能返回用不同的Filter進行再次的嘗試。
爲了連接每個輸出PIN，Render函數執行如下工作：
(1)、如果PIN支持ISteamBuilder接口，Filter Graph Manager就委派給IStreamBuilder的Render函數。通過暴露此接口，PIN就被假定承擔建立Graph剩餘部分，一直到Renderer. 但是很少有PIN支持這個接口。
(2)、Filter Graph Manager嘗試使用緩存在內存的Filter。如果有，貫穿整個智能連接過程，Filter Graph Manager可能緩存這個Filter開始處理的每一步的Filter.(參考Dynamic Graph Building)。
(3)、如果Filter Graph中某個Filter有未連接輸出PIN，Filter Graph Manager下一步就嘗試它們。我們可以在調用Render之前，把某個特殊Filter添加到Graph，以此來強制Render函數嘗試使用它。
(4)、最後，Filter Graph Manager調用IFilterMapper2::EnumMatchingFitlers查找註冊表。它嘗試用輸出PIN的首先媒體類型來匹配註冊表中列舉的媒體類型。
每個Filter都註冊了一個Merit數值來區別與其他Filter的優先級。EnumMatchingFitlers函數返回以Merit排序的Filters, 最小的Merit是MERIT_DO_NOT_USE+1. 它會忽略比這個最小值還小的Filter. Filter還會以GUID值的種類排序。種類本身也有Merit。EnumMatchingFitlers也忽略Merit比最小值小的種類。即使種類中存在Merit比較高的Filter。
總結起來，Render函數按下面的順序嘗試Filter:
·使用IStramBuilder
·嘗試緩存Filter
·嘗試Graph中的Filter
·查詢註冊表的Filter
AddSourceFilter函數添加一個可以提交指定文件的Source Filter。首先查詢註冊表匹配協議（比如http://），文件擴展名，預定義的檢測字節集（通常是匹配一定模式的在文件中特殊偏移位置的字節）。細節可參考Registering a Custom File Type. 如果函數找到合適的Source Filter, 就創建Filter的實例並添加到Graph. 然後用文件名調用Filter的IFileSourceFilter::Load函數。
RenderFile函數從文件名建立一個默認的回放Graph。內部它使用AddSourceFilter來查找正確的Source Filter，然後用Render建立Graph的餘下部分。
Connect函數連接輸入、輸出PIN。此函數會根據Render中描述的各種算法添加中介Filter，如果需要：
(1)、嘗試不用中介Filter直接連接兩個Filter
(2)、嘗試緩存Filter
(3)、嘗試Graph中的Filter
(4)。查詢註冊表的Filter.
4. Data Flow in the Filter Graph
本節描述媒體數據如何在Filter Graph中移動。通常，編寫DirectShow應用程序不需要知道這些細節，儘管有時候會感覺到有幫助。如果是編寫DirectShow Filter，就需要理解這些知識。
4.1 Transports
爲了在Filter Graph中傳送媒體數據，DirectShow Filter需要支持一些協議，稱之爲傳輸協議（transport）。相連的Filter必須支持同樣的傳輸協議，否則不能交換媒體數據。通常，一個傳輸協議要求PIN支持一個特殊的接口。當Filter連接時，一個PIN就向另一個查詢此接口。
大多數的DirectShow Filter把媒體數據保存在主存儲器中，並通過Pin連接把數據遞送給其它的Filter，這種傳輸稱爲本地內存傳輸。雖然本地內存傳輸在DirectShow中最常用，但並不是所有的Filter都使用它。例如，有些Filter通過硬件傳送媒體數據，Pin只是用來提交控制信息，如IOverlay接口。
DirectShow爲本地內存器傳輸定義了兩種機制：推模式和拉模式。在推模式中，Source Filter生成數據並遞送給下一級Filter。下一級Filter被動接收數據，完成處理後再傳送給再下一級Filter。在拉模式中，Source Filter與一個Parse Filter相連。Parse Filter向Source Filter請求數據後，Source Filter才遞送數據以響應請求。推模式用IMemInputPin接口，拉模式用IAsyncReader接口。
推模式比拉模式要更常用。因爲後續的文章都假定使用推模式。本節的最後一部分，Pull Mode說明了IAsyncReader接口與IMemInputPin接口的區別。
4.2 Samples and Allocators
當一個Pin向另一個Pin傳遞數據的時候，它並不是直接將內存塊的指針傳遞下一個Pin，實際上傳遞的是一個管理內存的COM對象指針。這個COM對象稱Media Sample。暴露了IMediaSample接口。接收Pin通過調用IMediaSample的方法來對內存進行操作，比如GetSize、GetActualDataLength以及GetPointer方法。
Sample總是從上到下遞送的，從輸出Pin到輸入Pin，輸出Pin通過調用輸入Pin上IMemInputPin的Receive方法傳遞Sample，輸入Pin可以在Receive函數同步處理數據，或者另外採用一個工作線程進行異步處理。輸入PIN也允許阻塞在Receive方法中，如果需要等待資源。
另外一個COM對象，叫做Allocator，用來創建和管理Sample的。暴露了IMemAllocator接口。當一個Filter需要一個空的Buffer的時候，就可以調用IMemAllocator::GetBuffer，該方法返回一個指向Sample的指針。每一個Pin連接都共享一個Allocator，當兩個Pin連接的時候，他們會決定由哪個Filter來提供Allocator，通過Pin還可以設置Allocator的屬性，例如，Buffer的數量和大小。具體細節可參考How Filters Connect, Negotiating Allocators.
下面的圖表顯示了Allocator，Sample和Filter之間的關係。
4.2.1 Media Sample Reference Counts
Allocator創建了一個有限的Sample池。在任何時候，某些Sample可能在使用，而其他的可以響應GetBuffer調用。Allocator用引用計數保持跟蹤Samples。GetBuffer返回的Sample的引用計數是1。當Sample的引用計數爲0時，Sample就返回Allocator池，成爲空閒Sample，可以再次響應GetBuffer的調用。如果所有的Sample都處於繁忙狀態，GetBuffer就會阻塞，直到有一個Sample空閒。
例如，假設一個輸入Pin接到一個Sample，如果它在Receive方法裏同步的處理這個Sample，沒有增加該Sample的引用計數，在Receive返回後，輸出Pin釋放這個Sample，引用計數爲0，Sample就返回到Allocator池。另一方面，如果輸入Pin在工作線程中處理該Sample，引用計數增加1，成爲2，輸出Pin返回，釋放Sample，計數成1。在工作線程結束處理後，調用Release釋放Sample. 現在Sample返回到池中。
當一個Pin接收到一個Sample時，它可以將數據複製到另一個Sample中，也可以將這個Sample傳遞到下一個Filter。一個Sample可以流遍整個Filter graph。每個Filter依次調用AddRef和Release（譯註：相當於使引用計數要保持大於0）。因此，輸出Pin調用Receive後就決不能再使用這個Sample。因爲也許下游還有Filter正在使用該Sample。輸出Pin必須調用GetBuffer獲取新的Sample。
這種機制減少了內存分配的，因爲Buffer可以重用。也防止了Filter在沒有處理的Sample重新寫入，因爲Allocator維護了一個可用Sample列表。
Filter可以給輸入、輸出使用分別的Allocator. Filter可以在擴展輸入數據時這麼做（比如解壓數據）。如果輸出並不比輸入大，Filter可以就地處理數據，而不需拷貝到新Sample。那時，兩個或者更多的PIN連接就可以共享Allocator.
4.2.2 Committing and Decommitting Allocators
當Filter創建一個Allocator的時候，Allocator還沒有保留任何的內存，如果這個時候有人GetBuffer，就會失敗。只有當數據流開始的時候，輸出Pin調用IMemAllocator::Commit，提交Allocator，現在才能分配內存。然後纔可以調用GetBuffer.
當數據流停止時，Pin就調用IMemAllocator::Decommit,來銷燬Allocator。在Allocator再次Commit之前，所有的GetBuffer調用都會失敗。同樣，即使是GetBuffer正在阻塞等待Sample，也會立即返回一個錯誤碼。Decommit能不能釋放內存取決於它的實現。比如CMemAllocator類會等到它的析構函數來釋放內存。