Delphi中DirectShow摄像头开发

原创于 2025-11-04 14:05:51 发布 · 731 阅读

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#Delphi #DirectShow #USB摄像头 #视频预览 #录像 #Filter Graph #VMR-9 #AVI Mux

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Delphi 中基于 DirectShow 的 USB 摄像头视频预览与录像实现

在工业控制、医疗设备和智能监控系统中，图像采集的稳定性和实时性至关重要。尽管现代开发平台不断演进，但在许多长期维护的专业软件项目中， Delphi 依然是构建高性能 Windows 桌面应用的重要工具。它结合 VCL 界面库的强大表现力与对 Windows API 的深度封装能力，特别适合用于快速搭建可靠的数据采集前端。

而当面对“如何让一个普通的 USB 摄像头在 Delphi 程序里流畅出图并录像”这个问题时，答案往往指向微软的经典多媒体框架 —— DirectShow 。虽然官方已将其归为“遗留技术”，推荐新项目使用 Media Foundation，但对于 Delphi 开发者而言，DirectShow 仍是目前文档最全、社区支持最好、兼容性最强的选择。

为什么选择 DirectShow？

我们先抛开术语堆砌，从实际需求出发：你需要的是一个能即插即用、低延迟、可编程控制分辨率帧率，并能把画面保存成标准格式文件的方案。DirectShow 正好满足这些要求。

它的核心思想是“流水线式处理”——把音视频流看作一条从源头到终点的数据管道，每个处理环节都由一个独立模块（Filter）完成。比如：

摄像头本身是一个 Source Filter
编码压缩是一个 Transform Filter
显示画面或写入文件则是 Renderer Filter

所有这些 Filter 被连接在一起形成一个 Filter Graph ，由 IGraphBuilder 统一管理。你可以想象这就像搭积木：选好摄像头、加上渲染器、再接上文件写入器，然后按下“运行”，数据就会自动流动起来。

更重要的是，大多数现代 USB 摄像头遵循 UVC（USB Video Class）标准 ，Windows 内置驱动即可识别，无需额外安装厂商驱动。这意味着只要你的程序能枚举到设备，几乎就能直接使用。

如何发现可用的摄像头？

第一步永远是：“我电脑上到底有几个摄像头？叫什么名字？”
这需要通过 COM 接口遍历系统设备列表。

function EnumerateCameras(lst: TStrings): Boolean;
var
  MonikerEnum: IEnumMoniker;
  Moniker: IMoniker;
  PropBag: IPropertyBag;
  cFetched: ULONG;
  Variant: OleVariant;
begin
  Result := False;
  lst.Clear;

  // 创建设备枚举器
  var ClassFactory: IClassFactory;
  if Failed(CoCreateInstance(CLSID_SystemDeviceEnum, nil,
    CLSCTX_INPROC_SERVER, IID_IClassFactory, Pointer(ClassFactory))) then Exit;

  if Failed(ClassFactory.CreateInstance(nil, IID_IEnumMoniker, Pointer(MonikerEnum))) then Exit;

  // 枚举视频输入设备类别
  MonikerEnum.Reset;
  while (MonikerEnum.Next(1, Moniker, @cFetched) = S_OK) do
  begin
    if Succeeded(Moniker.BindToStorage(nil, nil, IID_IPropertyBag, PropBag)) then
    begin
      Variant := 'FriendlyName';
      if Succeeded(PropBag.Read('FriendlyName', Variant, nil)) then
        lst.Add(Variant);
      PropBag := nil;
    end;
    Moniker := nil;
  end;

  Result := True;
end;

这个函数会将所有可用视频输入设备的友好名称填入传入的 TStrings 列表中，通常你会看到类似 “USB Camera”、“Integrated Camera” 或具体品牌型号的名字。用户可以在下拉框中选择目标设备，后续操作便基于此名称查找对应的源 Filter。

小技巧：如果多个摄像头名称相同，建议同时提取 DevicePath 属性来做唯一标识，避免混淆。

实现视频预览：让画面动起来

有了设备，下一步就是把画面显示出来。这里的关键是使用 VMR-9（Video Mixing Renderer 9） ，它是 DirectShow 中较新的渲染器，支持 Alpha 混合、窗口缩放和 Z-order 控制，非常适合嵌入到 Delphi 的 TPanel 或其他容器控件中。

流程如下：

初始化 COM 库
创建 IGraphBuilder 和 ICaptureGraphBuilder2
查找并添加摄像头 Source Filter
设置 VMR-9 并绑定到窗体控件句柄
使用 RenderStream 自动连接预览分支
启动播放

procedure StartPreview(CameraName: string; Panel: TPanel);
var
  GraphBuilder: IGraphBuilder;
  CaptureGraph: ICaptureGraphBuilder2;
  SourceFilter: IBaseFilter;
begin
  CoInitialize(nil);

  CoCreateInstance(CLSID_FilterGraph, nil, CLSCTX_INPROC_SERVER,
    IID_IGraphBuilder, Pointer(GraphBuilder));
  CoCreateInstance(CLSID_CaptureGraphBuilder2, nil, CLSCTX_INPROC_SERVER,
    IID_ICaptureGraphBuilder2, Pointer(CaptureGraph));

  CaptureGraph.SetFiltergraph(GraphBuilder);

  SourceFilter := FindCameraFilterByName(CameraName);
  if not Assigned(SourceFilter) then raise Exception.Create('未找到指定摄像头');

  GraphBuilder.AddFilter(SourceFilter, 'Video Capture');

  // 配置 VMR-9 渲染器
  SetupVMR9Renderer(GraphBuilder, Panel.Handle);

  // 连接预览流
  CaptureGraph.RenderStream(@PIN_CATEGORY_PREVIEW, @MEDIATYPE_Video,
    SourceFilter, nil, nil);

  // 开始运行
  (GraphBuilder as IMediaControl).Run;
end;

其中 SetupVMR9Renderer 是一个辅助函数，负责创建 VMR-9 Filter 并设置其窗口模式为 Windowed ，并将宿主窗口设为 Panel 的 Handle。你还可以在此阶段设置背景色、是否拉伸填充等视觉参数。

工程经验：若出现黑屏或卡顿，优先检查是否正确设置了 VMR 模式；其次尝试强制摄像头输出 YUY2 格式而非 MJPEG，某些低端摄像头在压缩模式下容易丢帧。

开始录像：不只是截图那么简单

很多人误以为“录像”就是定时抓图然后打包成视频，但那样效率极低且无法保证时间连续性。真正的视频录制应该是在 Filter Graph 中开辟一条独立的数据通路，将原始视频流导向文件写入器。

典型结构是：

[Camera] 
   ↓ (Capture Pin)
[AVI Mux] → [File Writer] → output.avi

AVI Mux 负责将视频帧打包成 AVI 容器格式，File Writer 则负责落地写盘。整个过程与预览并行不悖 —— 你可以一边看画面，一边后台安静地录着高清视频。

以下是启动录制的核心代码：

procedure StartRecording(GraphBuilder: IGraphBuilder;
  CaptureGraph: ICaptureGraphBuilder2;
  SourceFilter: IBaseFilter;
  const FileName: string);
var
  AviMux: IBaseFilter;
  FileWriter: IBaseFilter;
begin
  // 创建 AVI 多路复用器
  CoCreateInstance(CLSID_AviDest, nil, CLSCTX_INPROC_SERVER,
    IID_IBaseFilter, Pointer(AviMux));
  GraphBuilder.AddFilter(AviMux, 'AVI Mux');

  // 创建文件写入器
  CoCreateInstance(CLSID_FileWriter, nil, CLSCTX_INPROC_SERVER,
    IID_IBaseFilter, Pointer(FileWriter));
  GraphBuilder.AddFilter(FileWriter, 'File Writer');

  // 设置输出路径
  (FileWriter as IFileSinkFilter).SetFileName(PWideChar(WideString(FileName)), nil);

  // 连接 Capture Pin 到 AVI Mux（关键！不要走 Preview 分支）
  CaptureGraph.RenderStream(@PIN_CATEGORY_CAPTURE, @MEDIATYPE_Video,
    SourceFilter, nil, AviMux);

  // 手动连接 AVI Mux 输出到 FileWriter 输入
  ConnectFilters(GraphBuilder, AviMux, FileWriter);

  // 开始录制
  (GraphBuilder as IMediaControl).Run;
end;

注意这里使用的是 PIN_CATEGORY_CAPTURE 而非 PREVIEW 。这是因为部分摄像头的 Preview 流可能被降质（如降低分辨率以提升流畅度），而 Capture 流才是原始高质量输出，确保录像画质不受影响。

实践建议：录制结束后应先调用 .Stop 停止 Graph，再移除新增的 Filter，否则生成的 AVI 文件可能缺少索引头导致无法拖动进度条播放。

实际开发中的常见问题与对策

问题现象	可能原因	解决方法
枚举不到摄像头	UVC 驱动未加载	检查设备管理器中是否有黄色感叹号；尝试更换 USB 接口
预览正常但无法录像	Capture Pin 不可用	某些老旧摄像头仅支持单路输出，需停止预览后再开启录像
录像文件打不开	缺少索引或编码异常	使用标准 AVI Mux；避免中途强行终止程序
图像模糊/颜色偏绿	像素格式不匹配	强制设置 `IAMStreamConfig` 输出 RGB24 或 YUY2 格式
多次启停后崩溃	COM 对象未释放	每次关闭时显式 Release 所有接口，最后调用 `CoUninitialize`

此外，在设计 UI 时也应注意用户体验细节：

提供“刷新设备”按钮，支持热插拔后重新扫描
显示当前流的分辨率和帧率（可通过 IAMStreamConfig.GetFormat 获取）
添加“测试预览”功能，一键验证摄像头状态
录像按钮禁用期间给出明确提示（如“正在录制中…”）

性能与稳定性优化建议

内存管理严格化
所有 IInterface 派生的对象（如 IBaseFilter , IPin ）必须手动 Release() ，尤其是在频繁开关摄像头的场景下，否则极易引发内存泄漏。
线程隔离
IMediaControl.Run 和 Stop 必须在主线程调用，跨线程操作可能导致 Access Violation。如有异步需求，可通过消息机制通知主窗体执行控制命令。
错误处理全面化
每个 COM 调用都要判断返回值是否 SUCCEEDED(hr) ，失败时记录日志并提示用户，而不是直接抛异常中断流程。
资源复用策略
若需频繁切换摄像头，可缓存 Filter Graph 实例，仅替换 Source Filter，减少重建开销。