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Windows抓屏-DXGI

以下为基于DXGI的屏幕捕获技术调研与实现方案，结合流程图、代码框架及优化参数分析：

一、技术原理与架构

  1. DXGI抓屏核心机制

（流程图示意：初始化DXGI工厂→枚举适配器→获取输出复制接口→循环捕获帧→处理数据）

DXGI通过Desktop Duplication API直接访问显存中的桌面帧缓冲，避免传统GDI多次内存拷贝。其核心接口为

IDXGIOutputDuplication

，通过

AcquireNextFrame

获取变化区域数据。

graph LR D3D设备初始化 --> 获取输出接口 获取输出接口 ---> 帧数据捕获 帧数据捕获 ---> 内存映射 内存映射 ---> 数据拷贝
  • 接口层级：
graph LR IDXGIDevice --> IDXGIAdapter IDXGIAdapter ---> IDXGIOutput IDXGIOutput ---> IDXGIOutput1 IDXGIOutput1 ---> IDXGIOutputDuplication

需通过COM接口的QueryInterface逐级获取

  • 数据流特点：

仅当屏幕内容变化时触发捕获（Win10+特性），减少冗余数据处理 强制输出32位RGBA格式，避免色彩空间转换

局部截取原理 * 通过桌面坐标系计算实现局部抓取：

RECT targetRect = {left, top, right, bottom}; 
// 计算相对于屏幕原点的偏移量
memcpy(pDestBuffer, pSrcData + (targetRect.top  * pitch) + targetRect.left  * 4, ...)

需注意内存对齐问题（RowPitch与Width*4可能不等），需逐行拷贝

架构示意图

graph TD A[D3D11设备初始化] --> B[枚举显示输出] B --> C{是否主显示器?} C -->|是| D[创建OutputDuplication] C -->|否| E[跳过副屏处理] D --> F[启动捕获线程] F --> G[AcquireNextFrame] G --> H{是否有新帧?} H -->|是| I[映射显存数据] H -->|否| G I --> J[拷贝到用户缓冲区] J --> K[触发回调函数] K --> L[视频编码/网络传输]
  1. 性能优势对比
技术 帧率(FPS) CPU占用率 支持系统
GDI 10-15 15-25% WinXP+
DXGI 60-120 1-3% Win8+
Mirror驱动 30-60 5-10% Win7及以下

二、代码实现框架

  1. 初始化阶段
// 创建D3D设备与DXGI工厂 
D3D11CreateDevice(nullptr, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, nullptr, 0, 
                   nullptr, 0, D3D11_SDK_VERSION, &d3dDevice, nullptr, nullptr);

IDXGIDevice* dxgiDevice = nullptr;
d3dDevice->QueryInterface(__uuidof(IDXGIDevice), (void**)&dxgiDevice);

IDXGIAdapter* adapter = nullptr;
dxgiDevice->GetAdapter(&adapter);

IDXGIOutput* output = nullptr;
adapter->EnumOutputs(0, &output); // 多屏需遍历输出
  1. 帧捕获循环
IDXGIOutputDuplication* duplication = nullptr;
output->DuplicateOutput(d3dDevice, &duplication);

while (true) {
    DXGI_OUTDUPL_FRAME_INFO frameInfo;
    IDXGIResource* screenResource = nullptr;

    HRESULT hr = duplication->AcquireNextFrame(500, &frameInfo, &screenResource);
    if (hr == DXGI_ERROR_WAIT_TIMEOUT) continue; // 无变化 

    // 处理鼠标指针 
    if (frameInfo.PointerPosition.Visible)
        ProcessMouseCursor(frameInfo.PointerPosition, frameInfo.PointerShapeBuffer);

    // 获取纹理数据 
    ID3D11Texture2D* screenTexture = nullptr;
    screenResource->QueryInterface(__uuidof(ID3D11Texture2D), (void**)&screenTexture);

    // 映射到CPU可读内存 
    D3D11_TEXTURE2D_DESC desc;
    screenTexture->GetDesc(&desc);

    ID3D11Texture2D* stagingTexture;
    CreateStagingTexture(desc, &stagingTexture);

    d3dDeviceContext->CopyResource(stagingTexture, screenTexture);

    // 处理数据（需处理RowPitch对齐）
    ProcessFrameData(stagingTexture);

    duplication->ReleaseFrame();
}

三、高级优化方案

  1. 局部捕获优化
// 设置捕获区域 
RECT captureRect = { left, top, right, bottom }; 

// 创建裁剪纹理 
D3D11_BOX box = { 
    captureRect.left,  captureRect.top,  0,
    captureRect.right,  captureRect.bottom,  1 
};

d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
    stagingTexture, 0, 0, 0, 0, 
    screenTexture, 0, &box);
  1. 性能调优参数
参数 推荐值 说明
AcquireTimeout 33ms (30FPS) 超时防止阻塞
StagingTexture格式 DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM 兼容多数场景
FrameRetention 3帧缓冲 避免丢帧
多线程处理 启用 分离捕获与编码线程

3 性能优化参数 |参数类型| 推荐值/方法| 作用说明| |-|-|-| |AcquireTimeout |30-100ms| 避免长时间阻塞| |数据拷贝| 多线程分段拷贝| 利用CPU多核优势| |内存管理| 预分配环形缓冲区| 减少动态内存分配开销| |GPU映射模式 |D3D11_MAP_READ_NO_OVERWRITE| 避免显存访问冲突|

4 高级功能扩展 * 鼠标光标集成 通过DXGI_OUTDUPL_FRAME_INFO.PointerPosition获取位置，叠加绘制系统光标图标

  • 多显示器支持 遍历所有IDXGIOutput，为每个显示器创建独立Duplication实例

  • 硬件编码集成 结合NVIDIA NVENC或Intel QSV，实现RGB→YUV转换及H264硬编码：

libyuv::ARGBToNV12(src_rgb, dst_y, dst_uv, width, height); 
avcodec_send_frame(enc_ctx, yuv_frame);

四、错误处理关键点

switch (hr) {
case DXGI_ERROR_DEVICE_REMOVED:
    HandleDeviceLost(); // 重新初始化设备 
    break;
case DXGI_ERROR_ACCESS_LOST: 
    duplication->Release();
    output->DuplicateOutput(...); // 重新获取复制接口 
    break;
case E_INVALIDARG:
    AdjustCaptureRect(); // 检查区域越界 
    break;
}

五、代码示例

参见GitHub仓库（基于上述原理实现）：

  1. DXGI初始化与适配器枚举
  2. 多显示器支持实现
  3. 鼠标指针合成处理
  4. 局部区域捕获优化
  5. 帧数据对齐与格式转换
  6. 错误重试与资源释放

六、扩展应用场景

  • 游戏直播：结合NVENC硬编实现<5ms延迟
  • 远程桌面：差异区域检测降低带宽
  • 工业检测：ROI区域+OpenCV实时分析
  • 通过配置文件（.ini）可动态调整：
[Capture]
Width=1920
Height=1080
FPS=60 
Region=0,0,800,600 
Mouse=1 ; 是否捕获鼠标

完整代码

Github