042-Windows抓屏-DXGI
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
- 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。
- 接口层级：
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
- 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
- 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
- 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
- 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);
- 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）：
- DXGI初始化与适配器枚举
- 多显示器支持实现
- 鼠标指针合成处理
- 局部区域捕获优化
- 帧数据对齐与格式转换
- 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