Windows图形驱动级远程屏幕传输的实现

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Windows RDP 3种图形加速方案对比：NVIDIA补丁 vs VNC vs TeamViewer 性能实测本文深入评测了Windows环境下三种主流远程图形加速方案：NVIDIA OpenGL RDP补丁、VNC协议和TeamViewer。通过性能实测对比，分析了各方案在3D图形处理、CAD设计等专业场景下的表现，为远程办公用户提供选型参考。NVIDIA补丁展现出最佳OpenGL加速性能，而TeamViewer则在易用性上占优。阅读详情

Windows图形驱动级远程屏幕传输的实现

2008年04月28日星期一下午 04:35

计算机屏幕图像的截取在屏幕的录制、计算机远程控制以及多媒体教学软件中都是关键术，基于Windows操作系统有多种截屏方法，研究的重点集中在如何快速有效的截取DBI（Device-Independent Bitmap）格式的屏幕图形数据。现在商业软件流行的截屏技术主要采取的Api Hook技术，但这种技术一次截屏仍有较大的时间消耗，这样就对运行软件的硬件仍有较多的限制，而且是一种非标准的技术，不为微软公司所推荐。

1截屏技术

1.1使用api hook技术

使用api hook技术截屏基于一下的原理；多数屏幕图形的绘制都是通过调用用户态gdi32.dll中的绘图函数实现的，如果利用api hook技术拦截系统中所有对这些函数的调用，就可以得到屏幕图形刷新或变化的区域坐标；然后使用api函数bitblt将刷新或者变化后的屏幕区域的ddb格式的位图拷贝到内存中，接着使用函数getbits将ddb位图转换为dbi位图，最后压缩、存储或者传输。

这种方案只有捕捉到变化，才进行截屏。这样每次截屏都是有效的操作。每次（第一次除外）仅截取了栓新或变化部分，从根本上解决了数据量大的问题。但是这种技术仍然有一下缺点：1实际截屏采用的api函数，截取的是ddb位图，要经过一次格式转换，耗时较大。2如果屏幕变化区域矩形的坐标r1、r2、……rn相继到达，为了不是屏幕变化的信息丢失，通常不是逐个截取，而是将矩形坐标合并，这样就可以截取并未变化的区域，不经增加截屏的时间消耗，而且产生冗余数据。3该技术不支持directdraw技术，由于应用程序可能使用directdraw驱动程序进行直接操纵显示内存、硬件位块转移，硬件重叠和交换表面等图形操作，而不必进行gdi调用，所以此时api hook技术将失去效用，不能捕捉屏幕变化。4api hook技术在屏幕取词，远程控制和多媒体教学中都有实际的应用，但是这种技术是一种非标准的技术，微软公司并不推荐使用。

1.2 使用图形驱动技术

该技术的原理：应用程序调用win32 gdi 函数进行图形输出请求，这个请求通过核心模式gdi发送。核心模式gdi把这些请求发送到相应的图形驱动程序。如，显示器驱动程序，通信流如图。现将该技术详细解释如下：

（1）显示器驱动输出一系列设备驱动程序接口DDI（Device Driver Interface）函数供GDI调用。信息通过这些入口点的输入/输出参数在GDI和驱动程序之间传递。

（2）在显示器驱动加载时，GDI调用显示器驱动程序函数DrvEnableDriver，在这里我们向GDI提供显示器驱动支持的，可供GDI调用的DDI函数入口点，其中部分时将要Hook的图形输出函数。

（3）在GDI调用函数DrvEnableDriver成功返回后，GDI调用显示器驱动的DrvEnablePDEV函数，在这里可以设置显示器的显示模式，然后创建一个PDEV结构，PDEV结构是物理显示器的逻辑表示。

（4）在成功创建PDEV结构之后，显示驱动为视频硬件创建一个表面，该表面可以是标准的DIB位图管理表面，然后驱动程序使该表面与一个PDEV结构相关联，这样显示驱动支持的所有绘画操作都将在该DIB位图表面上进行。

（5）当应用程序调用用户态GDI32.DLL中的绘图函数发出图形请求时，该请求将图形引擎通过相应的DDI函数发送到显示驱动，显示驱动程序将这次图形变化事件通知应用程序。

（6）应用程序接受到通知后，调用函数ExtEscape发出一个请求，并通过参数传递一个缓冲区Buffer，图形引擎调用DDI函数DrvEscape处理应用层的ExtEscape调用，将变化部分的图形数据从其创建的表面拷贝Buffer，这样数据就从核心层图形驱动传到应用层。

（7）应用程序接收到的图形数据已是DIB标准格式，所以可以直接进行压缩传输或储存。

1.3图形驱动技术的特点

上面叙述了采用图形驱动实现屏幕实现截屏的原理和过程，可以看出这种技术涉及核心图形驱动的编写，实现上较为复杂，而其具备的优点主要为：

（1）驱动技术只截取变化的屏幕区域，这一点与API Hook技术相当；但驱动技术是一种标注技术，为微软公司所推荐。

（2） API Hook技术在实际截屏时，采用API函数实现，截取DDB位图，必须经过一次DDB到DIB的转换；而驱动技术直接从其管理的DIB位图（表面）中将截取区域的图形数据拷贝到应用程序，显著的降低了一次截屏的时间消耗。

（3）如果屏幕图形小区域范围变化较快，屏幕变化区域矩形坐标R1、R2、R3……、Rn相继到达，由于一次截屏时间消耗降低，区域矩形坐标叠加的概率变小，这样屏幕变化区域及时的得到了处理，不仅增加了连续性，而且截屏时间消耗和产生的数据量一般不会出现峰值，这也是这种技术的优越之处。

经过以上对比，无论是做远程桌面还是屏幕录制，基于MirrorDriver的屏幕截取将会是一个不错的选择，无论从性能占用资源的大小（主要是cpu），取得的数据量来说都要优于Hook。
最近在做远程桌面的传输，所以有必要研究一下Mirror,这项技术在很多软件中都有应用。但是开源的driver我还没有看见过，因为没有精力去编写。所以才用网上的免费的driver同时也提供了api文档。
driver内部实现的原理大致就是把显示输出拷贝到一个缓冲区当中，并且记录每次屏幕更新的矩形区域。根据这些输出，应用程序就很容易得到缓冲区中的数据了。
代码还在调试，等写完了，上源码！！！