本文主要介绍摄像头（相机）如何采集数据，用于类似摄像头本地显示软件，以及流媒体数据传输场景如传屏、视讯会议等。
摄像头采集有多种方案，如AForge.NET、WPFMediaKit、OpenCvSharp、EmguCv、DirectShow.NET、MediaCaptre（UWP），网上一些文章以及github已经有很多介绍，这里总结、确认技术选型给大家一个参考
1. AForge.NET
AForge视频库是基于DirectShow技术开发的，提供了捕捉、处理和显示视频流接口，以及图像丰富的图像处理功能，如滤镜、特征提取和物体检测。详见官网开源仓库 andrewkirillov/AForge.NET(github.com)
我们下面看下AForge录制代码，安装Nuget包依赖：
1 <PackageReference Include="AForge.Video" Version="2.2.5" />
2 <PackageReference Include="AForge.Video.DirectShow" Version="2.2.5" />
3 <PackageReference Include="System.Drawing.Common" Version="8.0.8" />摄像头显示：
1 private void StartButton_OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
2 {
3 // 获取所有视频输入设备
4 var videoDevices = new FilterInfoCollection(FilterCategory.VideoInputDevice);
5 if (videoDevices.Count > 0)
6 {
7 // 选择第一个视频输入设备
8 var videoSource = new VideoCaptureDevice(videoDevices[0].MonikerString);
9 // 注册NewFrame事件处理程序
10 videoSource.NewFrame += new NewFrameEventHandler(videoSource_NewFrame);
11 // 开始摄像头视频源
12 videoSource.Start();
13 }
14 }
15
16 private async void videoSource_NewFrame(object sender, NewFrameEventArgs eventArgs)
17 {
18 // 获取当前的视频帧，显示
19 var image = ToBitmapImage(eventArgs.Frame);
20 await Dispatcher.InvokeAsync(() => { CaptureImage.Source = image; });
21 }摄像头录制视频流：
1 private async void videoSource_NewFrame1(object sender, NewFrameEventArgs eventArgs)
2 {
3 // 获取当前的视频帧
4 // 将Bitmap转换为byte[]，用于流媒体传输
5 byte[] byteArray = BitmapToByteArray(eventArgs.Frame, out int stride);
6 // 将byte[]转换为BitmapImage，用于临时展示
7 BitmapImage image = ByteArrayToBitmapImage(byteArray, eventArgs.Frame.Width, eventArgs.Frame.Height, stride, eventArgs.Frame.PixelFormat);
8 await Dispatcher.InvokeAsync(() => { CaptureImage.Source = image; });
9 }其中的数据转换，这里要把分辨率stride同byte[]数据一同储存，不然后续数据是无法处理的：
1 // 将Bitmap转换为byte[]
2 public byte[] BitmapToByteArray(Bitmap bitmap, out int stride)
3 {
4 Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height);
5 BitmapData bitmapData = bitmap.LockBits(rect, ImageLockMode.ReadOnly, bitmap.PixelFormat);
6 //stride是分辨率水平值，如3840
7 stride = bitmapData.Stride;
8 int bytes = Math.Abs(bitmapData.Stride) * bitmap.Height;
9 byte[] rgbValues = new byte[bytes];
10
11 // 复制位图数据到字节数组
12 Marshal.Copy(bitmapData.Scan0, rgbValues, 0, bytes);
13
14 bitmap.UnlockBits(bitmapData);
15 return rgbValues;
16 }
17
18 // 将byte[]转换为BitmapImage
19 public BitmapImage ByteArrayToBitmapImage(byte[] byteArray, int width, int height, int stride, PixelFormat pixelFormat)
20 {
21 var bitmapImage = new BitmapImage();
22 using (var memoryStream = new MemoryStream())
23 {
24 var bmp = new Bitmap(width, height, stride, pixelFormat, Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(byteArray, 0));
25 // 保存到MemoryStream中
26 bmp.Save(memoryStream, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Bmp);
27 memoryStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
28 bitmapImage.BeginInit();
29 bitmapImage.StreamSource = memoryStream;
30 bitmapImage.CacheOption = BitmapCacheOption.OnLoad;
31 bitmapImage.EndInit();
32 bitmapImage.Freeze();
33 }
34 return bitmapImage;
35 }详见Demo代码 kybs00/AForgeNETDemo (github.com)
经验证，延迟较大，对比Windows系统相机不够清晰
2. WPFMediaKit
WPFMediaKit也是基于DirectShow的，它提供了一些封装便于在WPF应用中使用媒体功能。Sascha-L/WPF-MediaKit (github.com)
使用 WPFMediaKit 要录制摄像头视频，需要结合 WPFMediaKit 提供的视频捕获功能和其他库（例如 AForge 或 FFmpeg）来实现录制功能。
这里引用WPFMediaKit、AForge.Video.FFMPEG俩个Nuget包，然后通过定时器捕获当前视频帧：
1 var bitmap = new Bitmap(videoCaptureElement.Width, videoCaptureElement.Height, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format24bppRgb);
2 var bitmapData = bitmap.LockBits(new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height),System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.WriteOnly,bitmap.PixelFormat);
3 try
4 {
5 videoCaptureElement.VideoCaptureDevice.GetCurrentVideoFrame(out IntPtr frame);
6 System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(frame, 0, bitmapData.Scan0, videoCaptureElement.Width * videoCaptureElement.Height * 3);
7 }
8 finally
9 {
10 bitmap.UnlockBits(bitmapData);
11 }这个定时器的实现比较low。延时较低、较流畅，但与Win系统相机对比也是不够清晰
3.MediaCapture（UWP）
MediaCapture是Windows 8及以上版本的WinRT API，专为捕获音频、视频和照片设计。
MediaCaptuer是UWP应用的API 使用 MediaCapture 捕获基本的照片、视频和音频 - UWP applications | Microsoft Learn，要在WPF内使用需要引入俩个Nuget包：
1 <PackageReference Include="Microsoft.Toolkit.Wpf.UI.XamlHost" Version="6.1.2" />
2 <PackageReference Include="Microsoft.Windows.SDK.Contracts" Version="10.0.26100.1" />初始化MediaCapture:
1 var mediaCapture =new MediaCapture();
2 var videos = await DeviceInformation.FindAllAsync(DeviceClass.VideoCapture);
3 var settings = new MediaCaptureInitializationSettings()
4 {
5 VideoDeviceId = videos[0].Id,
6 StreamingCaptureMode = StreamingCaptureMode.Video,
7 };
8 await mediaCapture.InitializeAsync(settings);分几个场景，分别输出Demo。录制本地文件，注释已经很详细了并不重复解释，直接看代码：
1 private MediaCapture _mediaCapture;
2 private InMemoryRandomAccessStream _randomAccessStream;
3 private async void StartButton_OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
4 {
5 // 1. 初始化 MediaCapture 对象
6 var mediaCapture = _mediaCapture = new MediaCapture();
7 var videos = await DeviceInformation.FindAllAsync(DeviceClass.VideoCapture);
8 var settings = new MediaCaptureInitializationSettings()
9 {
10 VideoDeviceId = videos[0].Id,
11 StreamingCaptureMode = StreamingCaptureMode.Video,
12 };
13 await mediaCapture.InitializeAsync(settings);
14
15 // 2. 设置要录制的数据流
16 var randomAccessStream = _randomAccessStream = new InMemoryRandomAccessStream();
17 // 3. 配置录制的视频设置
18 var mediaEncodingProfile = MediaEncodingProfile.CreateMp4(VideoEncodingQuality.Auto);
19 // 4. 开始录制
20 await mediaCapture.StartRecordToStreamAsync(mediaEncodingProfile, randomAccessStream);
21 }
22
23 private async void StopButton_OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
24 {
25 // 停止录制
26 await _mediaCapture.StopRecordAsync();
27 // 处理录制后的数据,保存至"C:\Users\XXX\Videos\RecordedVideo.mp4"
28 var storageFolder = Windows.Storage.KnownFolders.VideosLibrary;
29 var file = await storageFolder.CreateFileAsync("RecordedVideo.mp4", Windows.Storage.CreationCollisionOption.GenerateUniqueName);
30 using var fileStream = await file.OpenAsync(Windows.Storage.FileAccessMode.ReadWrite);
31 await RandomAccessStream.CopyAndCloseAsync(_randomAccessStream.GetInputStreamAt(0), fileStream.GetOutputStreamAt(0));
32 _randomAccessStream.Dispose();
33 }摄像头显示，通过UWP-WindowsXamlHost承载画面（置顶）：
1 private async void StartButton_OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
2 {
3 _mediaCapture = new MediaCapture();
4 var videos = await DeviceInformation.FindAllAsync(DeviceClass.VideoCapture);
5 var settings = new MediaCaptureInitializationSettings()
6 {
7 VideoDeviceId = videos[0].Id,
8 StreamingCaptureMode = StreamingCaptureMode.Video,
9 };
10 await _mediaCapture.InitializeAsync(settings);
11 //显示WindowsXamlHost
12 VideoViewHost.Visibility = Visibility.Visible;
13 //绑定画面源
14 _captureElement.Source = _mediaCapture;
15 await _mediaCapture.StartPreviewAsync();
16 }MediaCapture是UWP平台的实现方案，直接给CaptureElement赋值绑定画面源。直接用CaptureElement渲染速度很快，这个实现逻辑同windows系统相机是一样的
另外，使用MediaCapture也可以捕获画面帧事件，用于流媒体数据捕获收集：
1 // 配置视频帧读取器
2 var frameSource = mediaCapture.FrameSources.Values.FirstOrDefault(source => source.Info.MediaStreamType == MediaStreamType.VideoRecord);
3 _frameReader = await mediaCapture.CreateFrameReaderAsync(frameSource, MediaEncodingSubtypes.Argb32);
4 _frameReader.FrameArrived += FrameReader_FrameArrived;
5 await _frameReader.StartAsync();如下方所示，监听FrameArrived，使用Windows.UI.Xaml.Media.Imaging.BitmapImage渲染展示（仅用于展示，延迟很高）：
1 private async void FrameReader_FrameArrived(MediaFrameReader sender, MediaFrameArrivedEventArgs args)
2 {
3 var frame = sender.TryAcquireLatestFrame();
4 if (frame != null)
5 {
6 var bitmap = frame.VideoMediaFrame?.SoftwareBitmap;
7 if (bitmap != null)
8 {
9 // 在这里对每一帧进行处理
10 await Dispatcher.InvokeAsync(async () =>
11 {
12 var bitmapImage = await ConvertSoftwareBitmapToBitmapImageAsync(bitmap);
13 _captureImage.Source = bitmapImage;
14 });
15 }
16 }
17 }如需要将SoftwareBitmap转为buffer字节数据，可以按如下处理：
1 public async Task<byte[]> SoftwareBitmapToByteArrayAsync(SoftwareBitmap softwareBitmap)
2 {
3 // 使用InMemoryRandomAccessStream来存储图像数据
4 using var stream = new InMemoryRandomAccessStream();
5 // 创建位图编码器
6 var encoder = await BitmapEncoder.CreateAsync(BitmapEncoder.PngEncoderId, stream);
7 // 转换为BGRA8格式，如果当前格式不同
8 var bitmap = SoftwareBitmap.Convert(softwareBitmap, BitmapPixelFormat.Bgra8, BitmapAlphaMode.Premultiplied);
9 encoder.SetSoftwareBitmap(bitmap);
10 await encoder.FlushAsync();
11 bitmap.Dispose();
12
13 // 读取字节数据
14 using var reader = new DataReader(stream.GetInputStreamAt(0));
15 byte[] byteArray = new byte[stream.Size];
16 await reader.LoadAsync((uint)stream.Size);
17 reader.ReadBytes(byteArray);
18
19 return byteArray;
20 }以上，MediaCapture能实现摄像头显示及录制相关功能。MediaCapture代码Demo详见Github：kybs00/CameraCaptureDemo: 摄像头预览、捕获DEMO (github.com)
这是我个人电脑本地监听帧转Image显示的延迟，差不多180ms：
3.其它
OpenCvSharp是OpenCV在C#环境中的包装，提供跨平台的计算机视觉和图像处理功能 shimat/opencvsharp: OpenCV wrapper for .NET (github.com)。2K视频较为流畅，4K视频延迟较低但显示效果较差
其它的如EmguCV是另一个基于OpenCV的C#包装组件库，具有与OpenCVSharp相同的强大功能 emgucv/emgucv: Emgu CV (github.com)
DirectShow.NET，提供对DirectShow API的托管包装，使得在.NET框架中可以直接使用DirectShow的强大功能来进行视频捕获和处理 pauldotknopf/DirectShow.NET。DirectShow本身性能较好，但DirectShow.NET作为托管包装，性能会受一定影响。延迟效果待验证
此处就不一一例写Demo了
我们看看性能数据，4K屏设备+4K摄像头，通过本地摄像头预览显示。对各方案的延时统计数据：
验证了下MediaCaptre的延时与系统相机差不多。通过任务管理器我们可以看到，系统相机CPU占用3%，但GPU是15%。
使用了硬件加速，性能方面很不错，所以摄像头采集推荐MediaCaptre方案
值得一提的是，公司大屏HDMI采集卡信号Hdmi Record即6911龙讯固件，采用MediaCapture采集画面会稳定很多，减少了黑屏、粉屏的概率。从这点也说明Windows系统相机的原生实现方案，兼容性更好
另外，这里验证的方案都是针对4K摄像头，如果是8K摄像头，其性能要求更高了，后面单独介绍
参考列表：
使用 MediaCapture 捕获基本的照片、视频和音频 - UWP applications | Microsoft Learn
[C#] 使用Accord.Net，实现相机画面采集，视频保存及裁剪视频区域，利用WriteableBitmap高效渲染 - 孤独成派
.net中捕获摄像头视频的方式及对比(How to Capture Camera Video via .Net) - Wuya
C# 利用AForge进行摄像头信息采集 - 老码识途呀
WPF摄像头使用(WPFMediaKit) - 深秋无痕
C#使用OpenCvSharp4库读取电脑摄像头数据并实时显示_c#显示摄像头画面
作者：唐宋元明清2188