ScreenForge

Windows 原生高性能视频录制程序

C++20 · Qt6 · Direct3D11 · WGC · NVENC · WASAPI · FFmpeg · CMake

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概述

ScreenForge 是一个 Windows 原生视频录制程序，采用 GPU 零拷贝管线架构，从屏幕捕获到编码全程保持数据在 GPU 驻留，无需 CPU 回读。

项目采用渐进式阶段开发，每个阶段产出可编译的真实代码，支持 GitHub Actions 自动化构建。

架构亮点

WGC 屏幕捕获 ──┐
               ├─→ FrameQueue(SPSC 无锁队列) ─→ NVENC 编码 ─→ MP4 封装
WASAPI 音频 ───┘
(QPC 统一时钟)    (60fps Pacing，满丢最旧)    (GPU 零拷贝)    (fragmented MP4)

技术栈

模块	技术
屏幕捕获	Windows Graphics Capture (WGC) — ID3D11Texture2D，GPU 驻留，零拷贝
帧管线	SPSC 有界无锁队列，QPC 60fps Pacing，满丢最旧策略
视频编码	NVIDIA NVENC (H.264)，BT.709 色彩转换，DirectX 输入
音频录制	WASAPI Loopback / 麦克风，48kHz stereo，AAC
用户界面	Qt6 Widgets，系统托盘，快捷键，配置持久化
视频封装	FFmpeg libavformat — fragmented MP4，崩溃安全
模拟器	完整沙盒模拟链路，无需 GPU 即可运行验证

功能

• ✅ 屏幕录制（全屏/窗口/区域选择）
• ✅ 音频录制（系统声音/麦克风/两者）
• ✅ NVIDIA NVENC 硬件编码（H.264，GPU 零拷贝）
• ✅ 沙盒模拟模式（无 GPU 也能运行）
• ✅ Qt6 图形界面（开始/暂停/停止，实时状态监控）
• ✅ 系统托盘、快捷键（Ctrl+F9）
• ✅ 崩溃安全的 fragmented MP4 输出
• ✅ 2 小时稳定性测试
• ✅ CI 自动化构建（GitHub Actions）

构建

使用 GitHub Actions（推荐）

Fork 或推送后，在 GitHub Actions 页面选择 Build ScreenForge workflow，自动使用 windows-2022 runner 编译。

产物下载：Artifacts → ScreenForge-win64.zip

本地构建（Windows + NVIDIA GPU）

前置依赖：

依赖	版本	路径
Visual Studio 2022	17.x	含 MSVC v143 工具集 + Windows 10 SDK 10.0.22621+
Qt	6.5.3	C:/Qt/6.5.0/msvc2019_64 或设置 QT_ROOT
NVIDIA Video Codec SDK	12.x	设置 NVENC_SDK_ROOT
FFmpeg dev	6.x/7.x	设置 FFMPEG_ROOT

构建步骤：

# Simulation 模式（无需 NVENC/FFmpeg）
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File scripts/windows_build.ps1 -Mode Simulation -RunSmoke

# Hardware 模式（需 NVENC SDK + FFmpeg）
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File scripts/windows_build.ps1 -Mode Hardware -RunTests

手动构建：

cmake -B build -DCMAKE_PREFIX_PATH=C:/Qt/6.5.0/msvc2019_64 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build --config Release
windeployqt build/bin/Release/ScreenForge.exe

运行

# 启动图形界面
ScreenForge.exe

# 沙盒模拟录制测试（无需 GPU）
ScreenForge.exe --sandbox-demo --seconds 10 --out output.mp4 --json report.json

# 硬件录制测试（需 NVIDIA GPU）
ScreenForge.exe --hardware-record-test --seconds 60 --fps 60 --out recording.mp4

# 稳定性测试（2 小时）
ScreenForge.exe --stability-test --hours 2

# 音频录制测试
ScreenForge.exe --audio-record-test --seconds 60 --out recording_with_audio.mp4

项目结构

ScreenForge/
├── CMakeLists.txt              主构建文件
├── src/
│   ├── app/                    Qt 入口 + 硬件装配层
│   ├── ui/                     Qt6 Widgets 图形界面（纯 UI，无硬件依赖）
│   ├── graphics/               D3D11 设备管理 + GPU 检测
│   ├── capture/                WGC 屏幕捕获源
│   ├── pipeline/               帧队列 + 60fps Pacing 管线
│   ├── encoder/                NVENC 编码器接口 + 硬件实现
│   ├── simulation/             沙盒模拟器（SyntheticFrameSource, NvencSimulator）
│   ├── audio/                  WASAPI 音频捕获（系统声音 + 麦克风）
│   ├── muxer/                  FFmpeg MP4 封装
│   └── recorder/               录制引擎（状态机 + 链路集成）
├── sandbox/                    独立沙盒演示模块
├── scripts/                    构建脚本
├── docs/                       文档
├── .github/workflows/build.yml GitHub Actions CI
└── README.md

开发路线图

Phase	内容	状态
0	工程初始化 — CMake + Qt6 + D3D11 设备	✅
1	WGC 屏幕捕获	✅
2	D3D11 Frame Pipeline（SPSC 队列 + 60fps Pacing）	✅
3-A	NVENC 编码器实现（BT.709 + QPC PTS）	✅
3-B-Sim	沙盒模拟验证	✅
4-A	FFmpeg MP4 封装（fragmented MP4）	✅
4-B	RecorderEngine 视频链路集成	✅
5-A	真实硬件录制 MVP（NVENC）	✅
5-B	稳定性测试（2 小时）	✅
6-A	WASAPI 音频录制	✅
7-A	Qt6 用户界面产品化	✅
7-B	编译审计与构建模式	✅
8	发布与文档	🔜

许可证

MIT