Windows OS 上でメディアファイルを再生する場合、一般的には DirectShow のメカニズムを使用します。 DirectShow には フィルタ と ピン いう概念があり、 役割の異なるフィルタ同士をそのフィルタがもつピンで連結して、この間にデータを流すことで、画像や音声を再生します。 データを受信するピンを 入力ピン、データを送信するピンを 出力ピン といいます。
一般的に知られているフォーマットの画像や音声は、Microsoft が 提供してくれているフィルタで事足りるのですが、独自フォーマットの画像や音声を再生したり、特殊な 機能を持たせようとした場合には、このフィルタを自作する必要が出てきます。 しかし、DirectShow のアーキテクチャそのものの理解が DirectShow 初級者には難しく、さらに、 インターネット上のサンプルプログラムは、既存のフィルタを繋げてファイルを再生するものはあっても、 独自のフィルタを作成して、それを繋げて再生するようなものは皆無であるため、DirectShow フィルタ作成 プログラミングの敷居が高くなっています。

そこでここでは、この敷居を低くするために Microsoft の提供する DirectShow の基底クラスライブラリを 使用して、DirectShow フィルタを自作する方法をビルド環境を整えるところから説明します。

基底クラスライブラリとは、Microsoft が提供する DirectShow フィルタを実装するために設計された C++ クラスと ユーティリティ関数のセットです。Platform SDK とともに提供され、このライブラリを使用した独自フィルタの サンプルコードも一緒に提供されています。フィルタ開発者は、ここで定義されている基底クラスの派生クラスを作成して、 独自フィルタを作成することで開発効率をアップさせることができます。また、この基底クラスライブラリは、 面白いことに C++ のソースコードで提供されており、lib や dll の状態で提供されているわけではありません。 Microsoft が考えるフィルタ開発者の作業シナリオは、

1. 基底クラスライブラリを付属の makefile でビルドして、スタティックライブラリを作成する。
2. 独自フィルタのプロジェクトを作成して、ビルド時に基底クラスライブラリをリンクする。

ということのようです。

Visual Studio でフィルタ開発を進めようとすると、基底クラスは makefile でビルドして、独自フィルタは Visual Studio でビルドするというのは、あまりスマートな方法ではないなと思いました。両方 Visual Studio で ビルドできれば、さらに、独自フィルタと一緒にビルドできたほうがスマートではないでしょうか。そこで、 ここでは、基底クラスライブラリのソースコードを自分の開発用プロジェクトに追加して、独自フィルタの プロジェクトと一緒にビルドする方法も同時に説明します。

Windows XP Professional 上で Microsoft Visual Studio 2005 がインストールされていることを前提とします。

Microsoft の Web ページからダウンロードして、インストールしてください。2007年6月時点での 最新版は、Microsoft DirectX SDK (April 2007) です。詳細はこちらから。
http://www.microsoft.com/japan/msdn/directx/downloads.aspx

DirectShow フィルタの作成を手助けしてくれる基底クラスライブラリは、以前 DirectX の SDK に含まれていました。 DirectX SDK をインストールすると、これら基底クラスライブラリと DirectShow 関連のサンプルプログラムが一緒に インストールされていました。しかしなぜだか現在（2007年6月）では Platform SDK に含まれています。 ということで、この時点での Platform SDK の最新版、「Microsoft Platform SDK for Windows Server 2003 R2」を Microsoft の Web ページからダウンロードして、インストールしてください。詳細はこちらから。
http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyId=A55B6B43-E24F-4EA3-A93E-40C0EC4F68E5&displaylang=en

以下のメニューを選択して下さい。
[スタート]->
    [すべてのプログラム(P)]->
        [Microsoft Platform SDK for Windows Server 2003 R2]->
            [Visual Studio Registration]->
                [Register PSDK Directories with Visual Studio]

開発するフィルタの種類によってそのフィルタの基本クラスとなる基底クラスの種類がかわります。下図は、ファイルを再生する場合の 一般的なフィルタ構成のモデルです。

以下、上図の 4 つのフィルタを簡単に説明します。

ソースフィルタは、ファイルを読み込む役目を持つフィルタで、その中でもファイルを読み込む ファイルソースフィルタは、 ダウンストリームフィルタであるパーサーフィルタからの要求でデータを送信します。 このようにダウンストリームフィルタからデータを引っ張られるような データの流れを プルモデル といいます。

パーサーフィルタは、 アップストリームフィルタであるソースフィルタからデータを受信し、 データを解析して意味のある単位のデータにして次のダウンストリームフィルタにデータを送信します。 このようにダウンストリームフィルタにデータを押し出すような データの流れを プッシュモデル といいます。
ビデオデータとオーディオデータの両方を受信して映像と音声を同時に再生する場合には、出力ピン が 2 つとなり、 一方はビデオデータを送信し、もう一方はオーディオデータを送信するといった形になります。

デコーダーフィルタは、 アップストリームフィルタであるパーサーフィルタからデータを受信し、 エンコードされているデータをデコードして次のダウンストリームフィルタにデータを送信します。 ファイルが非圧縮のデータである場合は、このフィルタは必要ありません。

レンダラフィルタは、 アップストリームフィルタであるデコーダーフィルタからデータを受信して、 データがビデオデータなら画面にその映像を出力し、オーディオデータならスピーカーから音声を出力します。

どのフィルタを作成するにしても、やらなければいけない共通の作業があります。ここではその共通作業を説明します。

1. フィルタ CLSID と フィルタ名 の定義
   
   作成するフィルタの CLSID と名前を定義します。

   1. Visual Studio 2005 の [ツール(T)]->[GUIDの作成(G)] メニューより [Create GUID] ダイアログを開く。
      
      
   2. [2. DEFINE_GUID[...]] ラジオボタンか、 [3. static const struct GUID = {...}] ラジオボタンを選択して、 [Copy] ボタンを押す。
      
      
   3. コピーした GUID 定義フォーマットをコードに貼り付けて、名前を適当なものに変更する。
2. フィルタ情報 の宣言
   
   作成するフィルタがピンをいくつ持っているのか、どのようなデータを受け付けるのか等を構造体に宣言します。

   構造体	説明
   AMOVIESETUP_FILTER	フィルタの宣言
   AMOVIESETUP_PIN	ピンの宣言
   AMOVIESETUP_MEDIATYPE	メディアタイプの宣言

   詳細はこちら。
   http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/declarefilterinformation.asp
3. ファクトリテンプレート の宣言
   
   CFactoryTemplate オブジェクトのグローバル配列を宣言します。 この配列の名前は g_Templates でなければいけません。 詳細はこちら。
   http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/declarethefactorytemplate.asp
4. DllRegisterServer の実装
   
   フィルタを Regsvr32.exe で登録するときに呼ばれるのが、 この DllRegisterServer メソッドです。 このメソッド内で、フィルタとして登録されるような実装が必要となります。 最低限の実装は、
   return AMovieDllRegisterServer2(TRUE);
   の 1 行だけです。詳細はこちら。
   http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/implementdllregisterserver.asp
5. DllUnregisterServer の実装
   
   フィルタを Regsvr32.exe /u で登録解除するときに呼ばれるのが、 この DllUnregisterServer メソッドです。 このメソッド内で、フィルタ登録が解除されるような実装が必要となります。 最低限の実装は、
   return AMovieDllRegisterServer2(FALSE);
   の 1 行だけです。詳細はこちら。
   http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/unregisteringafilter.asp
6. CreateInstance の実装
   
   クラスコンストラクタを呼び出して新しいクラスインスタンスへのポインタを返すように実装します。詳細はこちら。
   http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/factorytemplatearray.asp
7. DECLARE_IUNKNOWN マクロの宣言
   
   全てのフィルタは IUnknown インタフェースを継承しているため、QueryInterface、 AddRef、Release の 3 つのメソッドを実装しなければいけません。 このマクロは、これら 3 つのメソッドの宣言と実装を行ってくれます。詳細はこちら。
   http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/declare_iunknown.asp

Platform SDK の DirectShow フィルタのソースフィルタのサンプルコード Async プロジェクトを改良するのが一番の近道です。このサンプルコードは、ファイルを開いて一旦すべてのデータをメモリ上に読み込んだ後、 ファイルを閉じてから全ての操作を行う作りになっています。これでは大きいファイルを読み込みたい場合にメモリ不足になってしまい不便です。 したがって、ファイルをディスクから読み込みながら操作を行う作りに変更します。

1. Platform SDK の DirectShow フィルタのサンプルコードをプロジェクト化する。
   デフォルトの位置は、 "C:\Program Files\Microsoft Platform SDK for Windows Server 2003 R2\Samples\Multimedia\DirectShow\Filters\Async" です。 ここにある、*.h ファイルと *.cpp ファイルと *.def ファイルを好みの形にプロジェクト化し、前述した独自フィルタプロジェクトで 変更すべき各種プロパティを適切な値に変更します。
2. CMemStream クラスを CFileStream クラスなどの変更後の動きに相応しい名前に変更し、 ソースフィルタの Load メソッドが呼ばれたときに、 ファイルを開き、別ファイルを Load メソッドで開くか、フィルタが破棄されるまでは、一度開いたファイルを閉じないように修正します。

パーサーフィルタの基本クラスは CBaseFilter クラスで、 このクラスが入力ピンと出力ピンのインスタンスのポインタを持ちます。

入力ピンの基本クラスは CBasePin クラスで、 パーサーフィルタがプルモデルのフィルタであるため、入力ピンのヘルパーオブジェクトとして CPullPin クラスを使用します。

出力ピンの基本クラスは CBaseOutputPin クラスで、 IMediaSeeking インタフェースを 継承します。ちなみにシーク操作は、このクラスの SetPositions メソッドの実装がキーとなります。

以下の URL からダウンロードできるパーサーフィルタのサンプルコードが参考になります。
http://www.gdcl.co.uk/downloads.htm

こちらをご覧ください。
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/writingtransformfilters.asp

こちらをご覧ください。
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/writingvideorenderers.asp

独自フィルタを動かすためには、フィルタを繋げて再生するためのアプリケーションが必要です。アプリケーションも自前で作っていては時間がかかります。そこで、 フィルタの動きを簡単にテストするためのツールが、GraphEdit です。使い方などについては、以下をご覧ください。
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/simulatinggraphbuildingwithgraphedit.asp

基底クラスライブラリには、簡単にログを出力できる機能があります。一番使うのは、 DbgLog マクロです。
DbgLog((LOG_TRACE, 3, TEXT("nNumber=%d"), nNumber));
と書くと、デバッグビルドしたモジュールにおいて、nNumber の値が指定したログ出力ファイルに ログレベル 3 以上で書き込まれます。 ログ出力ファイルの名前とログレベルの値はレジストリで設定します。これらの設定については、以下を参照してください。
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/debugoutputfunctions.asp

CBasePin 接続処理
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/cbasepinconnectionprocess.asp

ストリーミングスレッド と アプリケーションスレッド
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/streamingthreadandapplicationthread.asp

セグメント
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/newsegments.asp

フラッシュ
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/flushing.asp

シーク
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/seeking.asp

ストリームタイム と メディアタイム
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/clocktimes.asp
http://msdn.microsoft.com/library/ja/default.asp?url=/library/ja/DirectX9_c/directx/htm/timestampsandmediatimes.asp