基于DirectShow架构的音视频无缝播出器的设计与实现

摘要

无缝播出和字幕处理是硬盘播出系统的两项基本要求。实现该要求的传统方式是使用硬件板卡。如能通过软件手段实现，将有效降低硬盘播出系统的成本，并提高播出系统对各种格式节目文件素材的兼容性。这种以软件手段实现文件解码、无缝连播、字幕处理，并使用I/O卡输出信号的系统称为无缝播出器(SBP)。 本文详细介绍了基于Windows操作系统上DirectShow架构无缝播出器的设计和实现方法。 首先，通过研究切换器、字幕卡等硬件板卡和播出控制软件的功能，明确无缝播出器的各项功能要求，并提出可行的设计方案。该方案将无缝播出器分为四个功能部分，即控制接口模块(CIM)、无缝连播子系统(SBS)、字幕处理模块(CPM)和输出子系统(OS)。控制接口模块是无缝播出器与播出控制软件进行交互的接口；无缝连播子系统负责实现节目文件的无缝播放；字幕处理模块负责在无缝播放的视频流中添加字幕效果；输出子系统用来输出计算机预览信号和电视播出信号。 第二，介绍基于Windows操作系统DirectShow架构的无缝播出器的实现方法。为实现无缝连播，引入GMFBridge技术，并对其进行改进。为实现字幕处理，开发了FirmBridgePT滤镜。通过此组件，无缝播出器能够在视频中叠加静态及动态的字幕效果。控制接口模块定义了与上层播出控制软件一致的接口函数。输出子系统使用ActiveX控件实现计算机预览信号输出，并使用DeckLink Extreme视频采集卡实现电视播出信号输出。 最后，总结调试和测试过程中遇到的问题和解决方法。调试和测试过程即验证设计和实现是否正确的过程。记录调试和测试过程中遇到的问题和解决方法，可以为无缝播出器的进一步改进和完善提供宝贵的实践经验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景

1.2无缝播出器概述

1.3本课题的主要工作

1.4本论文的组织结构

第二章无缝播出器的需求分析和总体设计

2.1无缝播出器的需求分析

2.1.1硬盘播出系统的要求

2.1.2无缝播出器的具体需求及技术指标

2.1.3上层软件对无缝播出器的接口需求

2.1.4无缝播出器的项目所需环境分析

2.2无缝播出器的总体设计

2.2.1无缝播出器的模块划分

2.2.2无缝播出器的工作流程设计

2.3无缝播出器的技术基础

2.3.1 COM、DirectX和DirectShow

2.3.2开发语言及开发工具

第三章无缝播出器控制接口的实现

3.1控制接口概述

3.2接口函数的任务分配

3.3由控制接口模块实现的控制接口介绍

3.4由无缝连播子系统实现的控制接口介绍

3.5由字幕处理模块实现的控制接口介绍

3.6由输出子系统实现的控制接口介绍

3.7本章总结

第四章无缝连播子系统的实现

4.1无缝连播子系统的概述

4.2单Filter Graph流水线结构在无缝播放应用中的不足

4.3多FilterGraph结构——GMFBridge

4.3.1 GMFBridge概述

4.3.2 GMFBridge的结构

4.3.3 GMFBridge存在的问题

4.4无缝连播子系统的实现

4.4.1节目预处理模块的实现

4.4.2无缝连播的实现——FirmController的切换操作支持

4.5本章总结

第五章字幕处理模块的实现

5.1字幕处理模块的概述

5.2字幕处理Filter——FirmBridgePT的实现

5.2.1字幕效果混合的原理

5.2.2 FirmBridgePT的Filter的实现

5.2.3 FBPTController的P模式实现

5.3 FirmBridgePT的优化

5.3.1代码执行的优化——取消函数调用

5.3.2代码执行逻辑上的优化——L模式

5.3.3 FBPTController的L模式实现

5.4 FirmBridgePT的动画效果支持

5.4.1动画效果的原理

5.4.2实现动画的结构——D模式

5.4.3 FBPTController的D模式实现

5.5无缝播出控制器对D模式FirmBridgePT的支持

5.6本章总结

第六章输出子系统的实现

6.1输出子系统的概述

6.2数据分流的实现

6.3预览子系统的实现

6.3.1预览子系统概述

6.3.2视频预览的实现

6.3.3音频预听及音量预览的实现

6.4播出接口的实现

6.4.1播出接口的概述

6.4.2 Blackmagic DeckLink Extreme视频采集卡简介

6.4.3 DeckLink Extreme的在无缝播出控制器中的连接

6.5本章总结

第七章无缝播出器的调测

7.1调测环节的概述

7.2调测的工具及手段

7.3无缝连播子系统的调测

7.3.1无缝切换流畅度的问题及解决方法

7.3.2切换过程中时间码出错的问题及解决方法

7.3.3在运行状态下重设置当前素材出点位置的问题及解决方法

7.4字幕处理模块的调测

7.4.1字幕效果Filter在连接时候出现的问题及解决方法

7.4.2字幕图到字幕表转化时内存溢出问题及解决方法

7.5输出子系统的调测

7.5.1音量条显示的问题及解决办法

7.5.2 Decklink采集卡连接的问题及解决办法

7.6无缝播出器与上层播出控制软件的联调

7.6.1无缝播出器与“视频服务器+播控软件”的联调

7.6.2无缝播出器与“播出工作站”的联调

7.6.3无缝播出器与“审片工作站”的联调

第八章结论与展望

致谢

参考文献

附录

作者攻博/硕期间取得的成果