最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

2022-04-02 13:47:17

上一篇文章记录了GDI播放视频的技术。打算接下来写两篇文章记录Direct3D（简称D3D）播放视频的技术。Direct3D应该Windows下最常用的播放视频的技术。实际上视频播放只是Direct3D的“副业”，它主要用于3D游戏制作。当前主流的游戏几乎都是使用Direct3D制作的，例如《地下城与勇士》，《穿越火线》，《英雄联盟》，《魔兽世界》，《QQ飞车》等等。使用Direct3D可以用两种方式渲染视频：Surface和Texture。使用Surface相对来说比使用Texture要简单一些，但是不如使用Texture灵活。鉴于使用Surface更加容易上手，本文记录使用Direct3D中的Surface显示视频的技术。下一篇文章再记录使用Direct3D中的Texture显示视频的技术。

最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface） 

Direct3D简介

下面下简单记录一下背景知识。摘录修改了维基上的一部分内容（维基上这部分叙述貌似很不准确…）：

Direct3D（简称：D3D）是微软公司在Microsoft Windows系统上开发的一套3D绘图API，是DirectX的一部份，目前广为各家显示卡所支援。1995年2月，微软收购了英国的Rendermorphics公司，将RealityLab 2.0技术发展成Direct3D标准，并整合到Microsoft Windows中，Direct3D在DirectX 3.0开始出现。后来在DirectX 8.0发表时与DirectDraw编程介面合并并改名为DirectX Graphics。Direct3D与Windows GDI是同层级组件。它可以直接调用底层显卡的功能。与OpenGL同为电脑绘图软件和电脑游戏最常使用的两套绘图API。

抽象概念

Direct3D的抽象概念包括：Devices（设备），Swap Chains（交换链）和Resources（资源）。

Device（设备）用于渲染3D场景。例如单色设备就会渲染黑白图片，而彩色设备则会渲染彩色图片。Device目前我自己了解的有以下2类（还有其他类型，但不是很熟）：

HAL（Hardware Abstraction Layer）：支持硬件加速的设备。在所有设备中运行速度是最快的，也是最常用的。
Reference：模拟一些硬件还不支持的新功能。换言之，就是利用软件，在CPU对硬件渲染设备的一个模拟。

每一个Device至少要有一个Swap Chain（交换链）。一个Swap Chain由一个或多个Back Buffer Surfaces（后台缓冲表面）组成。渲染在Back Buffer中完成。
此外，Device包含了一系列的Resources（资源），用于定义渲染时候的数据。每个Resources有4个属性：

Type：描述Resource的类型。例如surface， volume， texture， cube texture， volume texture， surface texture， index buffer 或者vertex buffer。
Usage：描述Resource如何被使用。例如指定Resource是以只读方式调用还是以可读写的方式调用。
Format：数据的格式。比如一个二维表面的像素格式。例如，D3DFMT_R8G8B8的Format表明了数据格式是24 bits颜色深度的RGB数据。
Pool：描述Resource如何被管理和存储。默认的情况下Resource会被存储在设备的内存（例如显卡的显存）中。也可以指定Resource存储在系统内存中。

渲染流水线（rendering pipeline）

Direct3D API定义了一组Vertices（顶点）， Textures（纹理）， Buffers（缓冲区）转换到屏幕上的流程。这样的流程称为Rendering Pipeline（渲染流水线），它的各阶段包括：

最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

Input Assembler（输入组装）：从应用程序里读取vertex数据，将其装进流水线。
Vertex Shader（顶点着色器）：对每个顶点属性进行着色。每次处理一个顶点，比如变换、贴图、光照等。注意这个地方可能需要自己编程。
Geometry Shader（几何着色器）： Shader Model 4.0引进了几何着色器，处理点、线、面的几何坐标变换。此处我自己还不是很了解。

PS：上述处理完后的数据可以理解为以下图片。即包含顶点信息，但不包含颜色信息。

最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

Stream Output（流输出）：将Vertex Shader和Geometry Shader处理完成的数据输出给使用者。
Rasterizer（光栅化）: 把算完的顶点转成像素，再将像素（pixels）输出给Pixel Shader。这里也可执行其他工作，比如像素数据的切割，插值等。

PS：光栅化的过程可以理解为下图。即把顶点转换成像素。

最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

Pixel Shader（像素着色器）：对每个像素进行着色。注意这个地方可能需要自己编程。
Output Merger（输出混合）：整合各种不同的数据，输出最后结果。

视频显示的基础知识

在记录Direct3D的视频显示技术之前，首先记录一下视频显示的基础知识。我自己归纳总结了以下几点知识。

1. 三角形

在Direct3D中经常会出现“三角形”这个概念。这是因为在3D图形渲染中，所有的物体都是由三角形构成的。因为一个三角形可以表示一个平面，而3D物体就是由一个或多个平面构成的。比如下图表示了一个非常复杂的3D地形，它们也不过是由许许多多三角形表示的。

最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

因此我们只要指定一个或多个三角形，就可以表示任意3D物体。

2. 后台缓冲表面，前台表面，交换链，离屏表面

后台缓冲表面和前台表面的概念总是同时出现的。简单解释一下它们的作用。当我们进行复杂的绘图操作时，画面可能有明显的闪烁。这是由于绘制的东西没有同时出现在屏幕上而导致的。“前台表面”+“后台缓冲表面”的技术可以解决这个问题。前台表面即我们看到的屏幕，后台缓冲表面则在内存当中，对我们来说是不可见的。每次的所有绘图操作不是在屏幕上直接绘制，而是在后台缓冲表面中进行，当绘制完成后，需要的时候再把绘制的最终结果显示到屏幕上。这样就解决了上述的问题。

实际上，上述技术还涉及到一个“交换链”（Swap Chain）的概念。所谓的“链”，指的是一系列的表面组成的一个合集。这些表面中有一个是前台表面（显示在屏幕上），剩下的都是后台缓冲表面。其实，简单的交换链不需要很多表面，只要两个就可以了（虽然感觉不像“链”）。一个后台缓冲表面，一个前台表面。所谓的“交换”，即是在需要呈现后台缓冲表面中的内容的时候，交换这两个表面的“地位”。即前台表面变成后台缓冲表面，后台缓冲表面变成前台表面。如此一来，后台缓冲表面的内容就呈现在屏幕上了。原先的前台表面，则扮演起了新的后台缓冲表面的角色，准备进行新的绘图操作。当下一次需要显示画面的时候，这两个表面再次交换，如此循环往复，永不停止。
此外，还有一个离屏表面。离屏表面是永远看不到的表面（所谓“离屏”），它通常被用来存放位图，并对其中的数据做一些处理。本文介绍的例子中就用到了一个离屏表面。通常的做法是把离屏表面上的位图复制到后台缓冲表面，后台缓冲表面再显示到前台表面。

安装DirectX SDK

使用Direct3D开发之前需要安装DirectX SDK。安装没有难度，一路“Next”即可。

Microsoft DirectX SDK (June 2010)下载地址：
http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=6812
使用VC进行开发的时候，需要在项目的“属性”对话框中配置头文件和库：
头文件配置：C/C++->常规->附加包含目录
库文件配置：
（a）链接器->常规->附加库目录。
（b）链接器->输入->附加依赖项（填写一个d3d9.lib）
编程的时候，添加头文件后即可使用：

  1. #include <d3d9.h>

D3D视频显示的流程

有关Direct3D的知识的介绍还有很多，在这里就不再记录了。正如那句俗话：“Talk is cheap, show me the code.”，光说理论还是会给人一种没有“脚踏实地”的感觉，下文将会结合代码记录Direct3D中使用Surface渲染视频的技术。

使用Direct3D的Surface播放视频一般情况下需要如下步骤：

1. 创建一个窗口（不属于D3D的API）
2. 初始化

1) 创建一个Device 
2) 基于Device创建一个Surface（离屏表面）

3. 循环显示画面

1) 清理
2) 一帧视频数据拷贝至Surface
3) 开始一个Scene
4) Surface数据拷贝至后台缓冲表面
5) 结束Scene
6) 显示（后台缓冲表面->前台表面）

下面结合Direct3D播放YUV/RGB的示例代码，详细分析一下上文的流程。

1. 创建一个窗口（不属于D3D的API）

建立一个Win32的窗口程序，就可以用于Direct3D的显示。程序的入口函数是WinMain()，调用CreateWindow()即可创建一个窗口。这一步是必须的，不然Direct3D绘制的内容就没有地方显示了。此处不再详述。

2. 初始化

1) 创建一个Device

这一步完成的时候，可以得到一个IDirect3DDevice9接口的指针。创建一个Device又可以分成以下几个详细的步骤：
(a) 通过 Direct3DCreate9()创建一个IDirect3D9接口。
获取IDirect3D9接口的关键实现代码只有一行：

  1. IDirect3D9 *m_pDirect3D9 = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION );

IDirect3D9接口是一个代表我们显示3D图形的物理设备的C++对象。它可以用于获得物理设备的信息和创建一个IDirect3DDevice9接口。例如，可以通过它的GetAdapterDisplayMode()函数获取当前主显卡输出的分辨率，刷新频率等参数，实现代码如下。

  1. D3DDISPLAYMODE d3dDisplayMode;
  2. lRet = m_pDirect3D9->GetAdapterDisplayMode( D3DADAPTER_DEFAULT, &d3dDisplayMode );

由代码可以看出，获取的信息存储在D3DDISPLAYMODE结构体中。D3DDISPLAYMODE结构体中包含了主显卡的分辨率等信息：

  1. /* Display Modes */
  2. typedef struct _D3DDISPLAYMODE
  3. {
  4. UINT            Width;
  5. UINT            Height;
  6. UINT            RefreshRate;
  7. D3DFORMAT       Format;
  8. } D3DDISPLAYMODE;

也可以用它的GetDeviceCaps()函数搞清楚主显卡是否支持硬件顶点处理，实现的代码如下。

  1. D3DCAPS9 d3dcaps;
  2. lRet=m_pDirect3D9->GetDeviceCaps(D3DADAPTER_DEFAULT,D3DDEVTYPE_HAL,&d3dcaps);
  3. int hal_vp = 0;
  4. if( d3dcaps.DevCaps & D3DDEVCAPS_HWTRANSFORMANDLIGHT ){
  5. // yes, save in ‘vp’ the fact that hardware vertex
  6. // processing is supported.
  7. hal_vp = D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING;
  8. }

由代码可以看出，获取的设备信息存储在D3DCAPS9结构体中。D3DCAPS9定义比较长包含了各种各样的信息，不再列出来。从该结构体的DevCaps字段可以判断得出该设备是否支持硬件顶点处理。
(b) 设置D3DPRESENT_PARAMETERS结构体，为创建Device做准备。
接下来填充一个D3DPRESENT_PARAMETERS结构的实例。这个结构用于设定我们将要创建的IDirect3DDevice9对象的一些特性，它的定义如下。

  1. typedef struct _D3DPRESENT_PARAMETERS_
  2. {
  3. UINT                BackBufferWidth;
  4. UINT                BackBufferHeight;
  5. D3DFORMAT           BackBufferFormat;
  6. UINT                BackBufferCount;
  7. D3DMULTISAMPLE_TYPE MultiSampleType;
  8. DWORD               MultiSampleQuality;
  9. D3DSWAPEFFECT       SwapEffect;
  10. HWND                hDeviceWindow;
  11. BOOL                Windowed;
  12. BOOL                EnableAutoDepthStencil;
  13. D3DFORMAT           AutoDepthStencilFormat;
  14. DWORD               Flags;
  15. /* FullScreen_RefreshRateInHz must be zero for Windowed mode */
  16. UINT                FullScreen_RefreshRateInHz;
  17. UINT                PresentationInterval;
  18. } D3DPRESENT_PARAMETERS;

D3DPRESENT_PARAMETERS这个结构体比较重要。详细列一下它每个参数的含义：
BackBufferWidth：后台缓冲表面的宽度（以像素为单位）。
BackBufferHeight：后台缓冲表面的高度（以像素为单位）。
BackBufferFormat：后台缓冲表面的像素格式（例如：32位像素格式为D3DFMT：A8R8G8B8）。
BackBufferCount：后台缓冲表面的数量，通常设为“1”，即只有一个后备表面。
MultiSampleType：全屏抗锯齿的类型，显示视频没用到，不详细分析。
MultiSampleQuality：全屏抗锯齿的质量等级，显示视频没用到，不详细分析。
SwapEffect：指定表面在交换链中是如何被交换的。支持以下取值：
*D3DSWAPEFFECT_DISCARD:后台缓冲表面区的东西被复制到屏幕上后,后台缓冲表面区的东西就没有什么用了,可以丢弃了。
*D3DSWAPEFFECT_FLIP: 后台缓冲表面拷贝到前台表面，保持后台缓冲表面内容不变。当后台缓冲表面大于1个时使用。
*D3DSWAPEFFECT_COPY: 同上。当后台缓冲表面等于1个时使用。
一般使用D3DSWAPEFFECT_DISCARD。
hDeviceWindow：与设备相关的窗口句柄，你想在哪个窗口绘制就写那个窗口的句柄
Windowed：BOOL型，设为true则为窗口模式，false则为全屏模式
EnableAutoDepthStencil：设为true，D3D将自动创建深度/模版缓冲。
AutoDepthStencilFormat：深度/模版缓冲的格式
Flags：一些附加特性
FullScreen_RefreshRateInHz：刷新率，设定D3DPRESENT_RATE_DEFAULT使用默认刷新率
PresentationInterval：设置刷新的间隔，可以用以下方式：
*D3DPRENSENT_INTERVAL_DEFAULT，则说明在显示一个渲染画面的时候必要等候显示器刷新完一次屏幕。例如显示器刷新率设为80Hz的话，则一秒最多可以显示80个渲染画面。
*D3DPRENSENT_INTERVAL_IMMEDIATE:表示可以以实时的方式来显示渲染画面。
下面列出使用Direct3D播放视频的时候D3DPRESENT_PARAMETERS的一个最简单的设置。

  1. //D3DPRESENT_PARAMETERS Describes the presentation parameters.
  2. D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
  3. ZeroMemory( &d3dpp, sizeof(d3dpp) );
  4. d3dpp.Windowed = TRUE;
  5. d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
  6. d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_UNKNOWN;

(c) 通过IDirect3D9的CreateDevice ()创建一个Device。

最后就可以调用IDirect3D9的CreateDevice()方法创建Device了。

CreateDevice()的函数原型如下：

  1. HRESULT CreateDevice(
  2. UINT Adapter,
  3. D3DDEVTYPE DeviceType,
  4. HWND hFocusWindow,
  5. DWORD BehaviorFlags,
  6. D3DPRESENT_PARAMETERS *pPresentationParameters,
  7. IDirect3DDevice9** ppReturnedDeviceInterface
  8. );

其中每个参数的含义如下所列：

Adapter：指定对象要表示的物理显示设备。D3DADAPTER_DEFAULT始终是主要的显示器适配器。

DeviceType：设备类型，包括D3DDEVTYPE_HAL(Hardware Accelerator，硬件加速)、D3DDEVTYPE_SW(SoftWare，软件)。
hFocusWindow：同我们在前面d3dpp.hDeviceWindow的相同
BehaviorFlags：设定为D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING（软件顶点处理）或者D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING（硬件顶点处理），使用前应该用D3DCAPS9来检测用户计算机是否支持硬件顶点处理功能。
pPresentationParameters：指定一个已经初始化好的D3DPRESENT_PARAMETERS实例
ppReturnedDeviceInterface：返回创建的Device

下面列出使用Direct3D播放视频的时候CreateDevice()的一个典型的代码。

  1. IDirect3DDevice9 *m_pDirect3DDevice;
  2. D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
  3. …
  4. m_pDirect3D9->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL,hwnd,
  5. D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,
  6. &d3dpp, &m_pDirect3DDevice );

2) 基于Device创建一个Surface

通过IDirect3DDevice9接口的CreateOffscreenPlainSurface ()方法即可创建一个Surface（离屏表面。所谓的“离屏”指的是永远不在屏幕上显示）。CreateOffscreenPlainSurface ()的函数原型如下所示：

  1. HRESULT CreateOffscreenPlainSurface(UINT width,
  2. UINT height,
  3. D3DFORMAT format,
  4. D3DPOOL pool,
  5. IDirect3DSurface9 ** result,
  6. HANDLE * unused
  7. );

其中每个参数的含义如下所列：

Width：离屏表面的宽。
Height：离屏表面的高。
Format：离屏表面的像素格式（例如：32位像素格式为D3DFMT_A8R8G8B8）
Pool：D3DPOOL定义了资源对应的内存类型，例如如下几种类型。
D3D3POOL_DEFAULT: 默认值，表示存在于显卡的显存中。
D3D3POOL_MANAGED：由Direct3D*调度内存的位置（显存或者缓存中）。
D3DPOOL_SYSTEMMEM： 表示位于内存中。
Result：返回创建的Surface。
Unused：还未研究。

下面给出一个使用Direct3D播放视频的时候CreateTexture()的典型代码。该代码创建了一个像素格式为YV12的离屏表面，存储于显卡的显存中。

  1. IDirect3DDevice9 * m_pDirect3DDevice;
  2. IDirect3DSurface9 *m_pDirect3DSurfaceRender;
  3. …
  4. m_pDirect3DDevice->CreateOffscreenPlainSurface(
  5. lWidth,lHeight,
  6. (D3DFORMAT)MAKEFOURCC('Y', 'V', '1', '2'),
  7. D3DPOOL_DEFAULT,
  8. &m_pDirect3DSurfaceRender,
  9. NULL);

创建Surface完成之后，初始化工作就完成了。

3. 循环显示画面

循环显示画面就是一帧一帧的读取YUV/RGB数据，然后显示在屏幕上的过程，下面详述一下步骤。

1) 清理

在显示之前，通过IDirect3DDevice9接口的Clear()函数可以清理Surface。个人感觉在播放视频的时候用不用这个函数都可以。因为视频本身就是全屏显示的。显示下一帧的时候自然会覆盖前一帧的所有内容。Clear()函数的原型如下所示：

  1. HRESULT Clear(
  2. DWORD Count,
  3. const D3DRECT *pRects,
  4. DWORD Flags,
  5. D3DCOLOR Color,
  6. float Z,
  7. DWORD Stencil
  8. );

其中每个参数的含义如下所列：

Count：说明你要清空的矩形数目。如果要清空的是整个客户区窗口，则设为0； 
 pRects：这是一个D3DRECT结构体的一个数组，如果count中设为5，则这个数组中就得有5个元素。 
 Flags：一些标记组合。只有三种标记：D3DCLEAR_STENCIL , D3DCLEAR_TARGET , D3DCLEAR_ZBUFFER。 
 Color：清除目标区域所使用的颜色。 
 float：设置Z缓冲的Z初始值。Z缓冲还没研究过。 
 Stencil：这个在播放视频的时候也没有用到。

下面给出一个使用Direct3D播放视频的时候IDirect3DDevice9的Clear()的典型代码。

  1. IDirect3DDevice9 *m_pDirect3DDevice;
  2. m_pDirect3DDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(0, 0, 255), 1.0f, 0);

上述代码运行完后，屏幕会变成蓝色（R,G,B取值为0,0,255）。

2) 一帧视频数据拷贝至Surface

操作Surface的像素数据，需要使用IDirect3DSurface9的LockRect()和UnlockRect()方法。使用LockRect()锁定纹理上的一块矩形区域，该矩形区域被映射成像素数组。利用函数返回的D3DLOCKED_RECT结构体，可以对数组中的像素进行直接存取。LockRect()函数原型如下。

  1. HRESULT LockRect(
  2. D3DLOCKED_RECT *pLockedRect,
  3. const RECT *pRect,
  4. DWORD Flags
  5. );

每个参数的意义如下：

pLockedRect: 返回的一个D3DLOCKED_RECT结构体用于描述被锁定的区域。
pRect: 使用一个 RECT结构体指定需要锁定的区域。如果为NULL的话就是整个区域。
Flags: 暂时还没有细研究。

其中D3DLOCKED_RECT结构体定义如下所示。

  1. typedef struct _D3DLOCKED_RECT
  2. {
  3. INT                 Pitch;
  4. void*               pBits;
  5. } D3DLOCKED_RECT;

两个参数的意义如下：
Pitch：surface中一行像素的数据量（Bytes）。注意这个的值并不一定等于实际像素数据一行像素的数据量（通常会大一些），它取值一般是4的整数倍。
pBits：指向被锁定的数据。

使用LockRect()函数之后，就可以对其返回的D3DLOCKED_RECT中的数据进行操作了。例如memcpy()等。操作完成后，调用UnlockRect()方法。

下面给出一个使用Direct3D的Surface播放视频的时候IDirect3DSurface9的数据拷贝的典型代码。该代码拷贝了YUV420P的数据至Surface。

  1. IDirect3DSurface9 *m_pDirect3DSurfaceRender;
  2. HRESULT lRet;
  3. ...
  4. D3DLOCKED_RECT d3d_rect;
  5. lRet=m_pDirect3DSurfaceRender->LockRect(&d3d_rect,NULL,D3DLOCK_DONOTWAIT);
  6. if(FAILED(lRet))
  7. return -1;
  8. byte *pSrc = buffer;
  9. byte * pDest = (BYTE *)d3d_rect.pBits;
  10. int stride = d3d_rect.Pitch;
  11. unsigned long i = 0;
  12. //Copy Data (YUV420P)
  13. for(i = 0;i < pixel_h;i ++){
  14. memcpy(pDest + i * stride,pSrc + i * pixel_w, pixel_w);
  15. }
  16. for(i = 0;i < pixel_h/2;i ++){
  17. memcpy(pDest + stride * pixel_h + i * stride / 2,pSrc + pixel_w * pixel_h + pixel_w * pixel_h / 4 + i * pixel_w / 2, pixel_w / 2);
  18. }
  19. for(i = 0;i < pixel_h/2;i ++){
  20. memcpy(pDest + stride * pixel_h + stride * pixel_h / 4 + i * stride / 2,pSrc + pixel_w * pixel_h + i * pixel_w / 2, pixel_w / 2);
  21. }
  22. lRet=m_pDirect3DSurfaceRender->UnlockRect();

3) 开始一个Scene
使用IDirect3DDevice9接口的BeginScene()开始一个Scene。Direct3D中规定所有绘制方法都必须在BeginScene()和EndScene()之间完成。这个函数没有参数。

4) Surface数据拷贝至后台缓冲表面
使用IDirect3DDevice9接口的GetBackBuffer() 可以获得后台缓冲表面。然后使用StretchRect()方法可以将Surface的数据拷贝至后台缓冲表面中，等待显示。

GetBackBuffer()函数原型如下。

  1. HRESULT GetBackBuffer(
  2. UINT  iSwapChain,
  3. UINT  BackBuffer,
  4. D3DBACKBUFFER_TYPE Type,
  5. IDirect3DSurface9 ** ppBackBuffer
  6. );

函数中参数含义如下：

iSwapChain：指定正在使用的交换链索引。
BackBuffer：后台缓冲表面索引。
Type：后台缓冲表面的类型。

ppBackBuffer：保存后台缓冲表面的LPDIRECT3DSURFACE9对象。

StretchRect()可以将一个矩形区域的像素从设备内存的一个Surface转移到另一个Surface上。StretchRect()函数的原型如下。

  1. HRESULT StretchRect(
  2. IDirect3DSurface9 * pSourceSurface,
  3. CONST RECT * pSourceRect,
  4. IDirect3DSurface9 * pDestSurface,
  5. CONST RECT * pDestRect,
  6. D3DTEXTUREFILTERTYPE Filter
  7. );

函数中参数含义如下：
pSourceSurface：指向源Surface的指针。
pSourceRect：使用一个 RECT结构体指定源Surface需要复制的区域。如果为NULL的话就是整个区域。
pDestSurface：指向目标Surface的指针。
pDestRect：使用一个 RECT结构体指定目标Surface的区域。
Filter：设置图像大小变换的时候的插值方法。例如：
D3DTEXF_POINT：邻域法。质量较差。
D3DTEXF_LINEAR：线性插值，最常用。

下面给出的代码将离屏表面的数据传给了后台缓冲表面。一但传给了后台缓冲表面，就可以用于显示了。

  1. IDirect3DDevice9 *m_pDirect3DDevice;
  2. IDirect3DSurface9 *m_pDirect3DSurfaceRender;
  3. IDirect3DSurface9 * pBackBuffer;
  4. m_pDirect3DDevice->GetBackBuffer(0,0,D3DBACKBUFFER_TYPE_MONO,&pBackBuffer);
  5. m_pDirect3DDevice->StretchRect(m_pDirect3DSurfaceRender,NULL,pBackBuffer,&m_rtViewport,D3DTEXF_LINEAR);

5) 结束Scene
EndScene()和BeginScene()是成对出现的，不再解释。
6) 显示

使用IDirect3DDevice9接口的Present ()显示结果。Present ()的原型如下。

  1. HRESULT Present(
  2. const RECT *pSourceRect,
  3. const RECT *pDestRect,
  4. HWND hDestWindowOverride,
  5. const RGNDATA *pDirtyRegion
  6. );

几个参数的意义如下：

pSourceRect：你想要显示的后台缓冲表面区的一个矩形区域。设为NULL则表示要把整个后台缓冲表面区的内容都显示。 
pDestRect：表示一个显示区域。设为NULL表示整个客户显示区。 
hDestWindowOverride：你可以通过它来把显示的内容显示到不同的窗口去。设为NULL则表示显示到主窗口。 
pDirtyRegion：一般设为NULL

下面给出一个使用Direct3D播放视频的时候IDirect3DDevice9的Present ()的典型代码。从代码可以看出，全部设置为NULL就可以了。

  1. IDirect3DDevice9 *m_pDirect3DDevice;
  2. …
  3. m_pDirect3DDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );

播放视频流程总结

文章至此，使用Direct3D显示YUV/RGB的全部流程就记录完毕了。最后贴一张图总结上述流程。

 最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

代码

完整的代码如下所示。

  1. /**
  2. * 最简单的Direct3D播放视频的例子（Direct3D播放RGB/YUV）[Surface]
  3. * Simplest Video Play Direct3D (Direct3D play RGB/YUV)[Surface]
  4. *
  5. * 雷霄骅 Lei Xiaohua
  6. * leixiaohua1020@126.com
  7. * 中国传媒大学/数字电视技术
  8. * Communication University of China / Digital TV Technology
  9. * http://blog.csdn.net/leixiaohua1020
  10. *
  11. * 本程序使用Direct3D播放RGB/YUV视频像素数据。使用D3D中的Surface渲染数据。
  12. * 使用Surface渲染视频相对于另一种方法（使用Texture）来说，更加简单，适合
  13. * 新手学习。
  14. * 函数调用步骤如下：
  15. *
  16. * [初始化]
  17. * Direct3DCreate9()：获得IDirect3D9
  18. * IDirect3D9->CreateDevice()：通过IDirect3D9创建Device（设备）。
  19. * IDirect3DDevice9->CreateOffscreenPlainSurface()：通过Device创建一个Surface（离屏表面）。
  20. *
  21. * [循环渲染数据]
  22. * IDirect3DSurface9->LockRect()：锁定离屏表面。
  23. * memcpy()：填充数据
  24. * IDirect3DSurface9->UnLockRect()：解锁离屏表面。
  25. * IDirect3DDevice9->BeginScene()：开始绘制。
  26. * IDirect3DDevice9->GetBackBuffer()：获得后备缓冲。
  27. * IDirect3DDevice9->StretchRect()：拷贝Surface数据至后备缓冲。
  28. * IDirect3DDevice9->EndScene()：结束绘制。
  29. * IDirect3DDevice9->Present()：显示出来。
  30. *
  31. * This software play RGB/YUV raw video data using Direct3D. It uses Surface
  32. * in D3D to render the pixel data. Compared to another method (use Texture),
  33. * it is more simple and suitable for the beginner of Direct3D.
  34. * The process is shown as follows:
  35. *
  36. * [Init]
  37. * Direct3DCreate9(): Get IDirect3D9.
  38. * IDirect3D9->CreateDevice(): Create a Device.
  39. * IDirect3DDevice9->CreateOffscreenPlainSurface(): Create a Offscreen Surface.
  40. *
  41. * [Loop to Render data]
  42. * IDirect3DSurface9->LockRect(): Lock the Offscreen Surface.
  43. * memcpy(): Fill pixel data...
  44. * IDirect3DSurface9->UnLockRect(): UnLock the Offscreen Surface.
  45. * IDirect3DDevice9->BeginScene(): Begin drawing.
  46. * IDirect3DDevice9->GetBackBuffer(): Get BackBuffer.
  47. * IDirect3DDevice9->StretchRect(): Copy Surface data to BackBuffer.
  48. * IDirect3DDevice9->EndScene(): End drawing.
  49. * IDirect3DDevice9->Present(): Show on the screen.
  50. */
  51. #include <stdio.h>
  52. #include <tchar.h>
  53. #include <d3d9.h>
  54. CRITICAL_SECTION  m_critial;
  55. IDirect3D9 *m_pDirect3D9= NULL;
  56. IDirect3DDevice9 *m_pDirect3DDevice= NULL;
  57. IDirect3DSurface9 *m_pDirect3DSurfaceRender= NULL;
  58. RECT m_rtViewport;
  59. //set '1' to choose a type of file to play
  60. //Read BGRA data
  61. #define LOAD_BGRA    0
  62. //Read YUV420P data
  63. #define LOAD_YUV420P 1
  64. //Width, Height
  65. const int screen_w=500,screen_h=500;
  66. const int pixel_w=320,pixel_h=180;
  67. FILE *fp=NULL;
  68. //Bit per Pixel
  69. #if LOAD_BGRA
  70. const int bpp=32;
  71. #elif LOAD_YUV420P
  72. const int bpp=12;
  73. #endif
  74. unsigned char buffer[pixel_w*pixel_h*bpp/8];
  75. void Cleanup()
  76. {
  77. EnterCriticalSection(&m_critial);
  78. if(m_pDirect3DSurfaceRender)
  79. m_pDirect3DSurfaceRender->Release();
  80. if(m_pDirect3DDevice)
  81. m_pDirect3DDevice->Release();
  82. if(m_pDirect3D9)
  83. m_pDirect3D9->Release();
  84. LeaveCriticalSection(&m_critial);
  85. }
  86. int InitD3D( HWND hwnd, unsigned long lWidth, unsigned long lHeight )
  87. {
  88. HRESULT lRet;
  89. InitializeCriticalSection(&m_critial);
  90. Cleanup();
  91. m_pDirect3D9 = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION );
  92. if( m_pDirect3D9 == NULL )
  93. return -1;
  94. D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
  95. ZeroMemory( &d3dpp, sizeof(d3dpp) );
  96. d3dpp.Windowed = TRUE;
  97. d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
  98. d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_UNKNOWN;
  99. GetClientRect(hwnd,&m_rtViewport);
  100. lRet=m_pDirect3D9->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL,hwnd,
  101. D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,
  102. &d3dpp, &m_pDirect3DDevice );
  103. if(FAILED(lRet))
  104. return -1;
  105. #if LOAD_BGRA
  106. lRet=m_pDirect3DDevice->CreateOffscreenPlainSurface(
  107. lWidth,lHeight,
  108. D3DFMT_X8R8G8B8,
  109. D3DPOOL_DEFAULT,
  110. &m_pDirect3DSurfaceRender,
  111. NULL);
  112. #elif LOAD_YUV420P
  113. lRet=m_pDirect3DDevice->CreateOffscreenPlainSurface(
  114. lWidth,lHeight,
  115. (D3DFORMAT)MAKEFOURCC('Y', 'V', '1', '2'),
  116. D3DPOOL_DEFAULT,
  117. &m_pDirect3DSurfaceRender,
  118. NULL);
  119. #endif
  120. if(FAILED(lRet))
  121. return -1;
  122. return 0;
  123. }
  124. bool Render()
  125. {
  126. HRESULT lRet;
  127. //Read Data
  128. //RGB
  129. if (fread(buffer, 1, pixel_w*pixel_h*bpp/8, fp) != pixel_w*pixel_h*bpp/8){
  130. // Loop
  131. fseek(fp, 0, SEEK_SET);
  132. fread(buffer, 1, pixel_w*pixel_h*bpp/8, fp);
  133. }
  134. if(m_pDirect3DSurfaceRender == NULL)
  135. return -1;
  136. D3DLOCKED_RECT d3d_rect;
  137. lRet=m_pDirect3DSurfaceRender->LockRect(&d3d_rect,NULL,D3DLOCK_DONOTWAIT);
  138. if(FAILED(lRet))
  139. return -1;
  140. byte *pSrc = buffer;
  141. byte * pDest = (BYTE *)d3d_rect.pBits;
  142. int stride = d3d_rect.Pitch;
  143. unsigned long i = 0;
  144. //Copy Data
  145. #if LOAD_BGRA
  146. int pixel_w_size=pixel_w*4;
  147. for(i=0; i< pixel_h; i++){
  148. memcpy( pDest, pSrc, pixel_w_size );
  149. pDest += stride;
  150. pSrc += pixel_w_size;
  151. }
  152. #elif LOAD_YUV420P
  153. for(i = 0;i < pixel_h;i ++){
  154. memcpy(pDest + i * stride,pSrc + i * pixel_w, pixel_w);
  155. }
  156. for(i = 0;i < pixel_h/2;i ++){
  157. memcpy(pDest + stride * pixel_h + i * stride / 2,pSrc + pixel_w * pixel_h + pixel_w * pixel_h / 4 + i * pixel_w / 2, pixel_w / 2);
  158. }
  159. for(i = 0;i < pixel_h/2;i ++){
  160. memcpy(pDest + stride * pixel_h + stride * pixel_h / 4 + i * stride / 2,pSrc + pixel_w * pixel_h + i * pixel_w / 2, pixel_w / 2);
  161. }
  162. #endif
  163. lRet=m_pDirect3DSurfaceRender->UnlockRect();
  164. if(FAILED(lRet))
  165. return -1;
  166. if (m_pDirect3DDevice == NULL)
  167. return -1;
  168. m_pDirect3DDevice->Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(0,0,0), 1.0f, 0 );
  169. m_pDirect3DDevice->BeginScene();
  170. IDirect3DSurface9 * pBackBuffer = NULL;
  171. m_pDirect3DDevice->GetBackBuffer(0,0,D3DBACKBUFFER_TYPE_MONO,&pBackBuffer);
  172. m_pDirect3DDevice->StretchRect(m_pDirect3DSurfaceRender,NULL,pBackBuffer,&m_rtViewport,D3DTEXF_LINEAR);
  173. m_pDirect3DDevice->EndScene();
  174. m_pDirect3DDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );
  175. return true;
  176. }
  177. LRESULT WINAPI MyWndProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wparma, LPARAM lparam)
  178. {
  179. switch(msg){
  180. case WM_DESTROY:
  181. Cleanup();
  182. PostQuitMessage(0);
  183. return 0;
  184. }
  185. return DefWindowProc(hwnd, msg, wparma, lparam);
  186. }
  187. int WINAPI WinMain( __in HINSTANCE hInstance, __in_opt HINSTANCE hPrevInstance, __in LPSTR lpCmdLine, __in int nShowCmd )
  188. {
  189. WNDCLASSEX wc;
  190. ZeroMemory(&wc, sizeof(wc));
  191. wc.cbSize = sizeof(wc);
  192. wc.hbrBackground = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW + 1);
  193. wc.lpfnWndProc = (WNDPROC)MyWndProc;
  194. wc.lpszClassName = L"D3D";
  195. wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
  196. RegisterClassEx(&wc);
  197. HWND hwnd = NULL;
  198. hwnd = CreateWindow(L"D3D", L"Simplest Video Play Direct3D (Surface)", WS_OVERLAPPEDWINDOW, 100, 100, 500, 500, NULL, NULL, hInstance, NULL);
  199. if (hwnd==NULL){
  200. return -1;
  201. }
  202. if(InitD3D( hwnd, pixel_w, pixel_h)==E_FAIL){
  203. return -1;
  204. }
  205. ShowWindow(hwnd, nShowCmd);
  206. UpdateWindow(hwnd);
  207. #if LOAD_BGRA
  208. fp=fopen("../test_bgra_320x180.rgb","rb+");
  209. #elif LOAD_YUV420P
  210. fp=fopen("../test_yuv420p_320x180.yuv","rb+");
  211. #endif
  212. if(fp==NULL){
  213. printf("Cannot open this file.\n");
  214. return -1;
  215. }
  216. MSG msg;
  217. ZeroMemory(&msg, sizeof(msg));
  218. while (msg.message != WM_QUIT){
  219. //PeekMessage, not GetMessage
  220. if (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE)){
  221. TranslateMessage(&msg);
  222. DispatchMessage(&msg);
  223. }
  224. else{
  225. Sleep(40);
  226. Render();
  227. }
  228. }
  229. UnregisterClass(L"D3D", hInstance);
  230. return 0;
  231. }

代码注意事项

1.可以通过设置定义在文件开始出的宏，决定读取哪个格式的像素数据（bgra，yuv420p）。

  1. //set '1' to choose a type of file to play
  2. //Read BGRA data
  3. #define LOAD_BGRA    0
  4. //Read YUV420P data
  5. #define LOAD_YUV420P 1

2.窗口的宽高为screen_w，screen_h。像素数据的宽高为pixel_w,pixel_h。它们的定义如下。

  1. //Width, Height
  2. const int screen_w=500,screen_h=500;
  3. const int pixel_w=320,pixel_h=180;

3.其他要点
本程序使用的是Win32的API创建的窗口。但注意这个并不是MFC应用程序的窗口。MFC代码量太大，并不适宜用来做教程。因此使用Win32的API创建窗口。程序的入口函数是WinMain()，其中调用了CreateWindow()创建了显示视频的窗口。此外，程序中的消息循环使用的是PeekMessage()而不是GetMessage()。GetMessage()获取消息后，将消息从系统中移除，当系统无消息时，会等待下一条消息，是阻塞函数。而函数PeekMesssge()是以查看的方式从系统中获取消息，可以不将消息从系统中移除（相当于“偷看”消息），是非阻塞函数；当系统无消息时，返回FALSE，继续执行后续代码。使用PeekMessage()的好处是可以保证每隔40ms可以显示下一帧画面。

运行结果

不论选择读取哪个格式的文件，程序的最终输出效果都是一样的，如下图所示。

最简单的视音频播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（通过Surface）

下载

代码位于“Simplest Media Play”中

SourceForge项目地址：https://sourceforge.net/projects/simplestmediaplay/
CSDN下载地址：http://download.csdn.net/detail/leixiaohua1020/8054395

上述工程包含了使用各种API（Direct3D，OpenGL，GDI，DirectSound，SDL2）播放多媒体例子。其中音频输入为PCM采样数据。输出至系统的声卡播放出来。视频输入为YUV/RGB像素数据。输出至显示器上的一个窗口播放出来。
通过本工程的代码初学者可以快速学习使用这几个API播放视频和音频的技术。
一共包括了如下几个子工程：
simplest_audio_play_directsound:  使用DirectSound播放PCM音频采样数据。
simplest_audio_play_sdl2:  使用SDL2播放PCM音频采样数据。
simplest_video_play_direct3d:  使用Direct3D的Surface播放RGB/YUV视频像素数据。
simplest_video_play_direct3d_texture:使用Direct3D的Texture播放RGB视频像素数据。
simplest_video_play_gdi:  使用GDI播放RGB/YUV视频像素数据。
simplest_video_play_opengl:  使用OpenGL播放RGB/YUV视频像素数据。
simplest_video_play_opengl_texture: 使用OpenGL的Texture播放YUV视频像素数据。
simplest_video_play_sdl2:  使用SDL2播放RGB/YUV视频像素数据。

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