在业务场景中，有许多是需要应用能够通过摄像头的方式来访问相关的音视频数据，比如美颜、摄像头多路复用、IP摄像头接入视频会议等。这些功能通过虚拟摄像头的方式来实现，是一个比较通用的解决方案。那么如何及选用哪种技术方案来开发虚拟摄像头呢？本文从windows角度评估其相关技术可行性。
回到问题：应用操作虚拟摄像头，我们可以从Windows的应用是如何操作摄像头来评估。
Windows发展史上，主要使用了以下框架来操作摄像头：
应用程序可以通过VFW、DirectShow、Media Foundation等一个或多个方式来操作摄像头。那么实际情况是如何的呢？
大量的操作摄像头的程序都是使用DirectShow框架，有小部分还在使用VFW框架。新近开发的程序或者对老版本程序的更新中，相当数量的程序使用Media Foundation框架代替了DirectShow。更有甚者，UWP框架的程序（就是Windows10平台新出来的，为了 “大一统“ 目的，这个目前也是小众，能否发展做大谁知道），对驱动级别的摄像头限制更大，已经不再支持老内核流框架。
所以，摄像头应用框架选择现状为：
| 应用框架 | 方案 | 实现案例 |
|---|---|---|
| VFW | 无 | 无 |
| DirectShow | ksproxy.ax | OBS-VirtualCam，C++ |
| Media Foundation | MFCreateVirtualCamera（win11） | https://github.com/microsoft/Windows-Camera，C# |
| Media Foundation | IMFMediaSource（Vista） | 无 |
1、VFW：Video for Windows，是一种趋于废弃的windows驱动模型。指Microsoft推出的关于数字视频的一个软件开发包，VFW的核心是AVI文件标准。围绕AVI文件，VFW推出了一整套完整的视频采集、压缩、解压缩、回放和编辑的应用程序接口。发展趋势：VFW（95） → WDM（98/2000/xp） → WDF（xp之后）。
2、UVC：USB Video Class，USB视频类，是一种为USB视频捕获设备定义的协议标准。是Microsoft与另外几家设备厂商联合推出的为USB视频捕获设备定义的协议标准，已成为USB org标准之一。事实上最新版本windows中，UVC自动加载usbvideo.sys，器内部也是使用ks.sys，即也是使用下面的Kernel Stream流驱动框架。参考：USB 视频类 (UVC) 相机实现指南
3、Kernel Streaming：内核流式传输 (KS) 指的是 Microsoft 提供的服务，支持对流式数据进行内核模式处理。Microsoft 提供了三种多媒体类驱动程序模型： port class、stream class和 AVStream。这些类驱动程序在系统文件 portcls.sys、 stream.sys和 ks.sys中 (内核模式 dll) 的导出驱动程序实现。 在 Windows XP 和更高版本中， ks.sys称为 AVStream。
4、AVStream：是Kernel Streaming三种多媒体驱动模型之一，也是最新版本模型，包含了音视频的部分。在 AVStream 驱动程序模型中，供应商提供与 Microsoft 提供的类驱动程序交互的微型驱动程序，如下图所示。
5、Windows USB摄像头驱动程序栈架构
从上面的图可以看到，厂商只提供硬件和固件，并且这个固件应该满足UVC规范，而其余的由Windows系统包圆了。其中ks.sys与AVStream、portclass.sys之间的关系如下：
6、方案对比
| 驱动框架 | 说明 | 实现案例 |
|---|---|---|
| VFW | 过时的技术，不推荐 | 无 |
| UVC | 实现USB摄像头驱动 | e2esoft的VCam |
| Kernel Stream：Port Class | 主要是音频 | 无 |
| Kernel Stream：Stream Class | 主要是视频，参考：Stream Class | |
| Kernel Stream：AVStream | 音视频最新驱动框架，参考：AVStream | avshws、avscamera |
| 类别 | 方案 | 平台兼容 | 应用兼容 | 实现难度 | 是否可以开关 | 是否需要管理员权限 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 应用层 | direct show | >=98 | 一般 | 中 | 是 | 否 |
| mfd- MFCreateVirtualCamera | >=win11 | 一般 | 中 | 是 | 创建、销毁需要 | |
| mfd - IMFMediaSource | >=vista | 一般 | 较难 | 是 | 否 | |
| 驱动层 | VFW | >=95 | 一般 | 难 | 否 | 安装需要 |
| UVC | >= xp sp2 | 最好 | 最难 | 否 | 安装需要 | |
| KS - Stream Class | >= xp | 一般 | 较难 | 是 | 安装需要 | |
| KS - AVSteam | >= xp | 较好 | 较难 | 是 | 安装需要 |
如上图所示，无论应用层以哪种方式操作摄像头，最终都会汇聚于Kernel Streaming驱动层，而Kernel Streaming对于USB摄像头又依赖于UVC驱动。所以总结如下：
综上，建议选择AVSteam驱动框架开发虚拟摄像头。
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