WPF下YUV播放的D3D解决方案

最新推荐文章于 2025-06-03 12:26:30 发布

yangyy9611

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分类专栏： WPF 文章标签： YUV渲染 WPF

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/yangyy9611/article/details/17464133

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本文详细介绍了在WPF环境中通过D3DImage组件和D3DDevice的StretchRectangle方法，实现从YUV数据到WPF支持的RGB数据的高效转换，以达到在WPF界面上完美显示YUV视频的目的。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

在视频媒体播放，监控系统的构建当中，经常会涉及到YUV数据的显示问题。一般的播放控件以及SDK都是通过使用Window句柄，利用DirectDraw直接在窗口上渲染。但是，如果用户界面是使用WPF开发的时候，通常只能通过WinFormHost在WPF界面中嵌入WinForm来完成。但这么做会遇到AeroSpace的问题，即winform的控件永远浮在WPF的最上层，任何WPF元素都会被盖住，同时缩放和拖动的时候都会造成很差的用户体验。原因是由于WPF和Winform使用了不同的渲染技术。

要在WPF中完美的支持YUV数据的显示，通常的解决方式是使用先把YUV数据转换成WPF可以支持的RGB数据，然后利用类似于WriteableBitmap的控件，把他展现在WPF上。这么做的主要问题是在做RGB转换的时候，需要消耗大量的CPU，效率比较低。一种优化方式是使用FFMPEG里的SwScale或者Intel的IPP库，这些库经过了一定的优化，可以有限度的使用硬件加速。下面为一个使用WritableBitmap的例子。

WriteableBitmap imageSource = new WriteableBitmap(videoWidth, videoHeight, 
	DPI_X, DPI_Y, System.Windows.Media.PixelFormats.Bgr32, null);

... 

int rgbSize = width * height * 4; // bgr32
IntPtr rgbPtr = Marshal.AllocHGlobal(rgbSize);
YV12ToRgb(yv12Ptr, rgbPtr, width, height);

// 更新图像
imageSource.Lock();
Interop.Memcpy(this.imageSource.BackBuffer,  rgbPtr, rgbSize);
imageSource.AddDirtyRect(this.imageSourceRect);
imageSource.Unlock();

Marshal.FreeHGlobal(rgbPtr);

另一种解决方法是使用D3DImage作为WPF与显卡的桥梁。我们可以借助D3DImage，直接将D3D渲染过后的部分送到WPF中显示。一个参考就是VMR9在WPF中的应用。VMR9是微软提供的DirectShow的Render。经过仔细参考了WpfMediaTookit中VMR9相关的代码后，其核心的思想就是在初始化DirectShow构建VMR9渲染器时，让其输出一个D3D9Surface，D3DImage将使用该Surface作为BackBuffer。当有新的视频帧在该Surface渲染完成后，VMR9将发送一个事件通知。收到通知后，D3DImage刷新一下BackBuffer即可。下面代码展现了核心思想部分。

private VideoMixingRenderer9 CreateRenderer() {
   var result = new VideoMixingRenderer9();
   var cfg = result as IVMRFilterConfig9;
   cfg.SetNumberOfStreams(1);
   cfg.SetRenderingMode(VMR9Mode.Renderless);

   
   var notify = result as IVMRSurfaceAllocatorNotify9;
   var allocator = new Vmr9Allocator();
   notify.AdviseSurfaceAllocator(m_userId, allocator);
   allocator.AdviseNotify(notify);
   // 在构建VMR9 Render时，注册新视频帧渲染完成事件
   allocator.NewAllocatorFrame += new Action(allocator_NewAllocatorFrame);
   // 注册接收新D3DSurface被创建的事件
   allocator.NewAllocatorSurface += new NewAllocatorSurfaceDelegate(allocator_NewAllocatorSurface);
   return result;
  }

  void allocator_NewAllocatorSurface(object sender, IntPtr pSurface) 
  {
       // 为了方便理解，只保留核心部分。省略改写了其他部分
       ... 

       // 将pSurface设置为D3DImage的BackBuffer
       this.m_d3dImage.Lock(); 
       this.m_d3dImage.SetBackBuffer(D3DResourceType.IDirect3DSurface9,  pSurface);
       this.m_d3dImage.Unlock(); 
        ... 
  }

  void allocator_NewAllocatorFrame() 
  {
       ... 
        // 重绘
        this.m_d3dImage.Lock();
        this.m_d3dImage.AddDirtyRect(new Int32Rect(0, /* Left */
             0, /* Top */
             this.m_d3dImage.PixelWidth, /* Width */
             this.m_d3dImage.PixelHeight /* Height */));
        this.m_d3dImage.Unlock();
       ...
  }

由此，只要是使用DirectShow的视频播放就可以借助VMR9在WPF上完美显示。但很多时候，DirectShow不能解决所有问题。例如在做交互式视频优化处理或是视频叠加的时候，采用固定滤镜流水线的DirectShow很难满足要求。有的时候还是需要便捷的直接渲染的方式。

由VMR9的例子我们可以看出，产生出一个D3D9Surface并在上面渲染是其中的关键。那么剩下的问题就是如何把YUV数据渲染到D3D9Surface。

D3D没有直接支持YUV图像格式。因此需要我们想办法让D3D能够渲染YUV数据。在网上我找到一篇使用D3D PixelShader渲染YUV数据的例子。 http://blog.youkuaiyun.com/dengzikun/article/details/5824874 其核心实现是分别把YUV数据渲染到3个不同的纹理上，然后借助PixelShader去进行颜色空间的转换。该例子使用的是C++实现。在用C#改写的过程当中，我突然发现D3D已经提供了更简单的方法帮助我们实现YUV到RGB颜色空间的转换，而且是通过显卡硬件直接支持。效率相当的高。主要原理就是借助D3DDevice的StrentchRectangle方法。

public void StretchRectangle(
    Surface sourceSurface,
    Rectangle sourceRectangle,
    Surface destSurface,
    Rectangle destRectangle,
    TextureFilter filter
);

StrentchRectangle方法的主要功能是将一个Surface上的某个区域的内容拷贝到另一个Surface的指定区域中。在Copy的过程当中，只要是显卡直接支持的格式，如YV12，YUY2等等，都会自动的进行D3D PixelFormat的转换！因此，我们只需要创建一个指定好PixelFormat的D3D OffscreenPlainSurface, 把原始数据填充进去，调用StrentchRectangle向目标Surface拷贝，我们就得到了想要的Surface。剩下的事情就交给D3DImage了。下面是例子代码的核心部分

public void Render(IntPtr imgBuffer)
{
	lock (this.renderLock)
	{
		// 将图像数据填充进offscreen surface
		this.FillBuffer(imgBuffer);

		// 调用StrentchRectangle把原始图像数据Copy到TextureSurface中                                  
		this.StretchSurface();

		// 执行渲染操作
		this.CreateScene();
	}

	// 通知D3DImage刷新图像
	this.InvalidateImage();
}

完整源码例子：

为了方便调用D3D，使用了SlimDX库。另外提供了一个WriteableBItmap的例子。颜色空间的转换使用了网上下载的FFMpeg SwScale的包装。

下载地址： http://pan.baidu.com/s/1kTpzB3D

因为百度链接过期，特地上传到优快云上。请访问下面链接获取demo

http://download.youkuaiyun.com/detail/yangyy9611/9855275

参考:

1. VMR9 in WPF。 http://nonocast.cn/vmr9-in-wpf/

2. 使用D3D渲染YUV视频数据 http://blog.youkuaiyun.com/dengzikun/article/details/5824874

3. D3D Device.StrentchRectangle方法 http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms897027