DirectDraw下MMX指令视频显示调节实现
2010-03兵工自动化
29(3) Ordnance Industry Automation
·91·doi: 10.3969/j.issn.1006-1576.2010.03.031
DirectDraw下MMX指令视频显示调节实现
宋方伟1,2，刘勇1，聂诗良2，王能1
（1. 中国兵器工业第五八研究所军电部，四川绵阳 621000；2. 西南科技大学信息工程学院，四川绵阳 621010）摘要：针对DirectDraw视频调节显示接口函数存在的不足，采用多媒体增强指令集（MMX）实现DirectDraw
视频调节接口。从DirectDraw的一般工作流程、双缓冲显示原理和DirectDraw显示实现对DirectDraw视频播放器
进行原理分析设计；介绍了MMX技术的使用流程；并进行了试验分析。试验表明，该方法运行速度快、效率高、
视频流畅。
关键词：DirectDraw；MMX；视频调节
中图分类号：TP302.7 文献标识码：A
Implementation of Video Adjustment Based on MMX in DirectDraw
SONG Fang-wei1,2, LIU Yong1, NIE Shi-liang2, WANG Neng1
(1.Dept. of Military Electronic, No. 58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China;
2. School of Information Engineering, Southwest University of Science & Technology, Mianyang 621010, China)
Abstract: Aiming at the shortage of the interface function for video adjustment in DirectDraw, used multimedia enhance instruction set (MMX) to realize video adjustment interface. Based on the general DirectDraw workflows, double buffer principle and realization of video display in DirectDraw, analyze the principle of DirectDraw player. Introduce the workflow of MMX and make an experimental analysis. The experiments results prove the method has high efficiency and high speed, and the video is easy and smooth.
Keywords: DirectDraw; MMX; Video adjustment
0 引言
DirectX是微软推出的基于Windows操作系统的流媒体应用程序接口函数API，主要包括DirectDraw和DirectShow。其中DirectDraw主要负责2D加速，实现对显示内存和系统内存的直接操作；而DirectShow是微软公司为简化或减低音/视频开发难而为音视频开发人员定制的开发包、软件库。采用DirectShow，虽然能在很短的时间内搭建自己的视频播放系统，但是由于对显示设备、编/解码算法、音/视频同步等技术的屏蔽，当需要对这些技术细节进行处理时，很不灵活；而DirectDraw 直接对显示设备进行操作，可以定位到具体的帧、像素，因此可灵活地对视频进行处理。但如果采用标准C函数来实现海量的数据处理，会占用大量的系统资源，其效率也很低。MMX利用单指令多数据流（Single-Instruction Multiple-Data，SIMD）技术，开发了很多算法内部蕴藏的并行机制[1]，使播放系统的效率得以提高。故采用Intel公司的MMX 媒体增强指令集技术来实现视频调节显示功能。
1 DirectDraw视频播放器原理及设计1.1 DirectDraw的一般工作流程
1) 创建一个DirectDraw对象；
2) 设置协作模式；
3) 设置显示模式；
4) 创建主表面和一个离屏面；
5) 往离屏面写入帧数据；
6) 通过Flip（页面翻转）交换主表面和后台表面，在这个工作流程中，最后2步完成了显示一帧的工作，以每秒固定的频率反复进行，也可按照定时器时间进行，十分灵活。
1.2 双缓冲显示原理
创建一个主表面，一个离屏面，在离屏面中先写入数据，再通过Flip交换到主表面显示出来的方法称为双缓冲。如果不这样做，直接画到可见的主表面上面，而省去了离屏面及Flip过程，屏幕上会有明显的闪烁[2]。
1.3 directdraw显示实现
由于YUV格式的视频在视频压缩、通讯、编码方面广泛使用，以YUV4:2:0格式视频为例实现视频显示和视频调节。DirectDraw相关函数包括在
收稿日期：2009-10-03；修回日期：2009-12-17
作者简介：宋方伟（1983-），男，四川人，在读硕士，从事音视频处理、嵌入式系统设计研究。
兵工自动化
·92·第29卷
ddraw.h中：
BOOL InitDDraw(void)
{
// 创建DirectDraw对象
DirectDrawCreate(NULL, &lpDD, NULL);
// 设置为独占模式
lpDD->SetCooperativeLevel(hWndCopy,
DDSCL_EXCLUSIVE | DDSCL_FULLSCREEN);
// 设置显示模式
lpDD->SetDisplayMode(ScreenW,ScreenH, BitDepth);
// 创建主表面
ZeroMemory(&ddsd, sizeof(ddsd));
ddsd.dwSize = sizeof(ddsd);
ddsd.dwFlags = DDSD_CAPS;
ddsd.ddsCaps.dwCaps= DDSCAPS_PRIMARYSURFACE; lpDD->CreateSurface(&ddsd,&lpDDSPrimary, NULL)；
// 创建（YUV4：2：0）格式离屏表面
ZeroMemory(&ddsd, sizeof(ddsd));
ddsd.dwSize = sizeof(ddsd);
ddsd.ddsCaps.dwCaps = DDSCAPS_OFFSCREENPLAIN; ddsd.dwFlags=DDSD_CAPS|DDSD_HEIGHTDDSD_WIDTH| DDSD_PIXELFORMAT;
ddsd.dwWidth = width;
ddsd.dwHeight = height;
ddsd.ddpfPixelFormat.dwSize=sizeof(DDPIXELFORMAT); ddsd.ddpfPixelFormat.dwFlags=DDPF_FOURCC|DDPF_YUV; ddsd.ddpfPixelFormat.dwFourCC = MAKEFOURCC('Y','V', '1', '2');
ddsd.ddpfPixelFormat.dwYUVBitCount = 8;
lpDD->CreateSurface(&ddsd, &lpDDSOffscreen, NULL)；
}
初始化后把像素数据写到离屏面，再翻转到主屏幕便能够显示。
2 MMX技术的使用
MMX技术是对IA指令集增强的指令系，可用SIMD形式将64位寄存器中所有的打包数据元素并行操作。MMX技术增加了8个64位的MMX寄存器（MM0-MM7），另外还有EAX、EBI、ECX、EDX 4个寄存器用于MMX指令。
在进行视频显示时，通常需要加入调节视频亮度、对比度以及让视频旋转等功能。虽然Directdraw 提供了IdirectDrawColorControl和IdirectDrawGammaControl接口实现色彩调节，使用DDBLTFX 结构的dwRotationAngle成员作为页面的旋转角度（specified in 1/100th of a degree）来完成显示旋转。但是在实践中发现需要显卡支持，而且支持这些接口的显卡很难找到。由于directdraw 十分靠近底层，可以处理帧和像素。故使用纯C语言实现单帧亮度调节：for（i=0；i *(lpy+i)=*(lpy+i)+a; 其中，lpy为指向Y分量数据的指针，a为变化系，很明显，一般的操作要进行h*w次运算。 采用嵌入式MMX汇编指令来实现，代码如下： __int64 c=a; //构造变化系数 for(int l=0;l<8;l++){ c=c<<8; c|=a;} __asm{ emms mov esi, pin mov edi, pout mov ecx, loop movq mm1, c; start_loop: movq mm0,[esi] paddusb mm0,mm1 movq [edi],mm0 add esi,8 add edi,8 dec ecx jnz start_loop emms } } pin为指向亮度分量输入指针，pout为亮度分量变化后输出指针，a为亮度增加系数。可以看出，MMX一次打包8个字节，合并到一个寄存器中进行运算。 由于对比度的计算一般采用乘法，而MMX指令的乘法相对复杂，故巧妙地采用加法来实现对比度（即亮度分量）的变化，代码如下： BYTE* pin = lpY; int b=(__int64) abs(contrast); __asm{ emms mov esi, pin mov edi, pout mov edx, loop start_loopc: movq mm0,[esi] mov ecx,b movq mm1,[esi] //完成整数倍的加法运算 loopadd: paddusb mm0,mm1 dec ecx jnz loopadd dec edx mov ecx,edx movq [edi],mm0 add esi,8 宋方伟，等：DirectDraw下MMX指令视频显示调节实现·93·第3期 add edi,8 dec ecx jnz start_loopc emms } lpY=pcout; } 3 试验结果 在奔腾双核1.73 GHz，2G内存，集成显卡intel mobile 945显卡的笔记本上进行试验。基于Visual C++和DirectDraw设计出播放器。通过观察单独播放视频，选择c调节亮度，选择MMX调节亮度等,得到下面实验结果数据，如表1。 试验证明了DirectDraw技术在进行视频显示时的灵活性和接近底层硬件的特性。MMX得益于IA 的“SIMD”结构，把8个字节打包到64位的寄存器进行运算，使得每次操作8个字节，并且可在一个时钟周期内完成2条指令。 表1 实验结果数据 试验项播放 亮度调 节（c） 亮度调节 mmx 对比度 （c） 对比度mmx cpu占用率8%25% 11% 72% 18% 单帧处理时间27 μs 5 μs 51 μs 9 μs 4 结束语 采用MMX指令实现DirectDraw视频调节接口，其运行速度快、视频流畅、效率高，能为多媒体数据处理提供有效帮助。 参考文献： [1] Intel Corporation. Intel Architecture Software Developer’s Manual Volume 1: Basic Architecture[Z]. Order Number 243190. USA: Intel Corporation, 1997. [2] Microsoft Corporation. DirectX 9.0 Programmer's Reference[S]. USA: Microsoft Corporation, 2002. [3] 骆云志, 刘治红. 视频监控技术发展综述[J]. 兵工自动 化, 2009, 28(1): 1-3. ********************************************************************************************************** （上接第90页） 通过如下2种方式得到这些数据： http_request.responseText：以文本字符串的方式返回服务器的响应 http_request.responseXML：以XMLDocument 对象方式返回响应。处理XMLDocument 对象可以用JavaScript DOM函数。 根据以上步骤，可实现一个简单AJAX的Web 应用。通过分析，可归纳出基于AJAX的可用的Web开发框架，供重复调用。完整的框架代码如下： 3 结束语 AJAX技术改变了Web应用的交互方式。通过利用客户端闲置的处理能力，把一些以前需要通过服务器完成的任务转嫁到客户端，减轻了服务器的负担，提高了客户端的响应速度，缩短了用户等待时间，改善了用户体验。 参考文献： [1] 孙卫琴. 精通STRUTS[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004. [2] 阎宏. Java与模式[M]. 北京: 电子工业出版社, 2002. [3] 宁波. J2EE 结合UML在企业级系统中的应用[J]. 计算 机工程与科学, 2004, 26(13): 82-86. [4] 孙卫琴. 精通Struts: 基于MVC的Java Web设计与开发 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.